600℃高溫鈦合金、阻燃鈦合金、TiAl合金、SiCf/Ti復合材料是新型的高性能高溫鈦合金,與普通鈦合金材料相比,其技術(shu)(shu)成(cheng)熟度較(jiao)低。針對(dui)先(xian)進(jin)發動機的服役特點和(he)(he)設計要求(qiu),特別是用于高(gao)溫環境(jing)(jing)的轉動部件(jian),需開展(zhan)大量的工(gong)程化(hua)應(ying)用研究(jiu),如高(gao)溫環境(jing)(jing)下蠕(ru)變-疲勞-環境(jing)(jing)交(jiao)互作用、阻燃(ran)性(xing)能(neng),微織構(gou)對(dui)疲勞性(xing)能(neng)的影(ying)響,表面完(wan)整性(xing)技術(shu)(shu),鍛件(jian)和(he)(he)零件(jian)內(nei)部和(he)(he)表面殘余應(ying)力(li)分(fen)析(xi)及(ji)其對(dui)使用性(xing)能(neng)影(ying)響,使用壽命預(yu)測及(ji)失效分(fen)析(xi)等,解(jie)決工(gong)程化(hua)應(ying)用相關(guan)的材料設計、制造加工(gong)工(gong)藝等關(guan)鍵技術(shu)(shu)。

　　工業鑄錠(ding)成(cheng)分高純化(hua)和(he)均(jun)勻化(hua)控制技(ji)術(shu)

　　TA29,TB12以(yi)及(ji)TiAl合(he)金(jin)的(de)合(he)金(jin)化復雜(za)、合(he)金(jin)元素含(han)量高,且塑(su)性低,這類合(he)金(jin)鑄錠(ding)的(de)制備(bei)難度(du)大,主要表現在:錠(ding)型(xing)擴大時因(yin)凝固熱應(ying)力(li)易出(chu)現開裂,成(cheng)分均勻(yun)性控制難度(du)大,容易產(chan)生偏(pian)析(xi)。采(cai)用傳統的(de)真空自耗(hao)電極電弧爐(lu)熔(rong)煉(lian)(lian)工(gong)藝,應(ying)適當增加熔(rong)煉(lian)(lian)次數(shu),并控制熔(rong)煉(lian)(lian)電流、提縮電流、錠(ding)型(xing)尺(chi)寸、坩堝冷(leng)卻方式(shi)等。對于(yu)TiAl合(he)金(jin),可(ke)以(yi)采(cai)用等離子體冷(leng)爐(lu)床熔(rong)煉(lian)(lian)工(gong)藝生產(chan)鑄錠(ding)。采(cai)用冷(leng)爐(lu)床熔(rong)煉(lian)(lian)工(gong)藝可(ke)以(yi)有效去除夾雜(za)和改(gai)善(shan)成(cheng)分偏(pian)析(xi),這對于(yu)發動機(ji)關鍵轉動件用的(de)鈦合(he)金(jin)材料(liao)顯得尤為重要。我國(guo)已擁(yong)有多臺等離子體冷(leng)爐(lu)床熔(rong)煉(lian)(lian)設備(bei),具備(bei)了實驗(yan)室(shi)研究(jiu)、工(gong)業(ye)化生產(chan)的(de)能(neng)力(li)和條件。

　　大規格棒材和特殊鍛(duan)件制備技術

　　航空(kong)鍛(duan)(duan)(duan)件(jian)用(yong)的(de)(de)(de)鈦合金(jin)原材(cai)(cai)料一(yi)般采(cai)用(yong)棒(bang)(bang)材(cai)(cai),輪盤(pan)、機匣、整(zheng)(zheng)體葉盤(pan)、風扇葉片(pian)等大(da)(da)型(xing)鍛(duan)(duan)(duan)件(jian)一(yi)般采(cai)用(yong)大(da)(da)規(gui)格(ge)棒(bang)(bang)材(cai)(cai),對(dui)(dui)于小型(xing)的(de)(de)(de)壓氣機葉片(pian)、渦輪葉片(pian)鍛(duan)(duan)(duan)件(jian),采(cai)用(yong)小規(gui)格(ge)棒(bang)(bang)材(cai)(cai)。隨著先(xian)進發(fa)動機趨向(xiang)于采(cai)用(yong)整(zheng)(zheng)體葉盤(pan)、整(zheng)(zheng)體葉環的(de)(de)(de)結構形式,相應鍛(duan)(duan)(duan)件(jian)和棒(bang)(bang)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)規(gui)格(ge)尺寸加(jia)大(da)(da),控制(zhi)大(da)(da)規(gui)格(ge)棒(bang)(bang)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)均(jun)勻(yun)性(xing)對(dui)(dui)于保證鍛(duan)(duan)(duan)件(jian)的(de)(de)(de)質量至關重要(yao),需要(yao)選擇合適的(de)(de)(de)鍛(duan)(duan)(duan)壓設備,優化(hua)設計鍛(duan)(duan)(duan)造工(gong)藝(yi)。對(dui)(dui)于TB12和TiAl合金(jin)的(de)(de)(de)鑄(zhu)錠,因鑄(zhu)態金(jin)屬的(de)(de)(de)鍛(duan)(duan)(duan)造變(bian)形抗力大(da)(da)、工(gong)藝(yi)塑性(xing)低、對(dui)(dui)變(bian)形溫度敏(min)感、容(rong)易出現鍛(duan)(duan)(duan)造開(kai)裂,鑄(zhu)錠宜采(cai)用(yong)高溫擠壓開(kai)坯工(gong)藝(yi)制(zhi)備大(da)(da)規(gui)格(ge)棒(bang)(bang)材(cai)(cai),不僅可以提高變(bian)形的(de)(de)(de)均(jun)勻(yun)性(xing)、保證有足夠的(de)(de)(de)變(bian)形量,還(huan)可以提高棒(bang)(bang)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)生產效率和批(pi)次穩定性(xing)。

　　鈦(tai)合金(jin)(jin)的(de)顯(xian)微組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)和(he)(he)晶體學織(zhi)(zhi)構(gou)是影(ying)響力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)主要因素,原因在(zai)(zai)于(yu)α相的(de)各向異(yi)性(xing)(xing)。控制鍛件顯(xian)微組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)的(de)形(xing)態(tai)以(yi)及顯(xian)微組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)和(he)(he)織(zhi)(zhi)構(gou)的(de)均(jun)勻性(xing)(xing),不僅可以(yi)改善平均(jun)的(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)水平,還可以(yi)提(ti)高零部(bu)件的(de)蠕變-疲(pi)(pi)勞(lao)交互作用性(xing)(xing)能(neng)(neng),即保(bao)載(zai)疲(pi)(pi)勞(lao)性(xing)(xing)能(neng)(neng),減(jian)小不同批次部(bu)件的(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)數據(ju)分散性(xing)(xing)。對于(yu)這些新型高溫鈦(tai)合金(jin)(jin),特別是TiAl合金(jin)(jin),因有(you)序結構(gou)的(de)引入,使得(de)織(zhi)(zhi)構(gou)問題(ti)更為復(fu)雜(za)(za)和(he)(he)重(zhong)要,對高低周疲(pi)(pi)勞(lao)性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)(he)保(bao)載(zai)疲(pi)(pi)勞(lao)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)影(ying)響也更為復(fu)雜(za)(za)。在(zai)(zai)棒材(cai)和(he)(he)鍛件制備時要嚴(yan)格控制組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)和(he)(he)織(zhi)(zhi)構(gou)。

　　整體(ti)葉(xie)(xie)盤(pan)和整體(ti)葉(xie)(xie)環零件機械加工技術

　　由于先進發動機性能水平的(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)提(ti)高,整(zheng)體葉(xie)(xie)(xie)盤(pan)、整(zheng)體葉(xie)(xie)(xie)環(huan)等已成為發展趨勢。整(zheng)體葉(xie)(xie)(xie)盤(pan)葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)的(de)(de)(de)結構復雜、通道開(kai)敞性差(cha)(cha)、葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)薄、彎扭大、剛(gang)性差(cha)(cha)、易變形(xing),設計(ji)時對(dui)其幾(ji)何精度水平、綜合質(zhi)量水平要(yao)求越(yue)(yue)來越(yue)(yue)高,機械加(jia)工(gong)和表(biao)(biao)面(mian)(mian)完整(zheng)性的(de)(de)(de)保證變得越(yue)(yue)來越(yue)(yue)困難(nan)[30] 。對(dui)于葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)尺(chi)寸較小的(de)(de)(de)壓氣(qi)機整(zheng)體葉(xie)(xie)(xie)盤(pan)和整(zheng)體葉(xie)(xie)(xie)環(huan),葉(xie)(xie)(xie)型一般采(cai)用(yong)高速數控銑(xian)削方(fang)法加(jia)工(gong),控制零(ling)件(jian)加(jia)工(gong)變形(xing),采(cai)用(yong)振動光飾去(qu)應(ying)力技術以改善零(ling)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)殘余應(ying)力分布,之后對(dui)葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)部分型面(mian)(mian)進行修磨和磨粒流拋光,葉(xie)(xie)(xie)型尺(chi)寸精度高,葉(xie)(xie)(xie)型誤差(cha)(cha)小于0.1mm,葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗糙度Ra達到0.2μm的(de)(de)(de)水平,提(ti)高零(ling)件(jian)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)質(zhi)量和表(biao)(biao)面(mian)(mian)完整(zheng)性。應(ying)采(cai)用(yong)電(dian)化(hua)學(xue)方(fang)法來加(jia)工(gong)TiAl合金葉(xie)(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)的(de)(de)(de)型面(mian)(mian)。

　　材料性能評價及應用(yong)設計(ji)技術

　　上(shang)(shang)述4類材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)還(huan)處于工(gong)程化研究和(he)試用階段,積累(lei)的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能數據不充分(fen),影響(xiang)了材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)和(he)部(bu)(bu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)設計(ji)(ji)(ji)選材(cai)(cai)(cai)和(he)強(qiang)度(du)計(ji)(ji)(ji)算。與(yu)普通鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)相比,這4類高溫(wen)(wen)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)、斷裂(lie)(lie)韌度(du)、沖擊韌度(du)均更低(di),缺口敏感性(xing)(xing)(xing)(xing)大(da),裂(lie)(lie)紋尖端的(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)通過局部(bu)(bu)塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)變形而(er)下降的(de)(de)(de)(de)能力(li)較差。特(te)別是(shi)TiAl合(he)(he)金(jin)(jin),具有相當低(di)的(de)(de)(de)(de)室溫(wen)(wen)拉伸塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)抗(kang)疲勞(lao)裂(lie)(lie)紋擴展性(xing)(xing)(xing)(xing)能,但(dan)在接近700℃時(shi)(shi)會(hui)顯(xian)著改善 ,而(er)且初始蠕變變形速率大(da)。根(gen)據這類材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)特(te)點,設計(ji)(ji)(ji)并制(zhi)(zhi)定(ding)科學合(he)(he)理(li)的(de)(de)(de)(de)技術指標,發揮熱強(qiang)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)同時(shi)(shi),應(ying)保證有足夠的(de)(de)(de)(de)塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)(xing),充分(fen)重(zhong)視(shi)制(zhi)(zhi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)斷裂(lie)(lie)性(xing)(xing)(xing)(xing)能。發動機設計(ji)(ji)(ji)選材(cai)(cai)(cai)和(he)強(qiang)度(du)計(ji)(ji)(ji)算時(shi)(shi),需(xu)要建(jian)立完整的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)設計(ji)(ji)(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)能數據庫。對于低(di)塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)TiAl合(he)(he)金(jin)(jin),應(ying)根(gen)據材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing),確定(ding)合(he)(he)理(li)的(de)(de)(de)(de)部(bu)(bu)件(jian)設計(ji)(ji)(ji)和(he)定(ding)壽方法,以及(ji)成本合(he)(he)算的(de)(de)(de)(de)供應(ying)鏈。合(he)(he)理(li)控制(zhi)(zhi)TiAl合(he)(he)金(jin)(jin)制(zhi)(zhi)件(jian)結構的(de)(de)(de)(de)設計(ji)(ji)(ji)應(ying)力(li)水平,避免(mian)出現明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)集中(zhong),提高表(biao)面(mian)完整性(xing)(xing)(xing)(xing)。科學評價這些鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)阻燃性(xing)(xing)(xing)(xing)能也(ye)至(zhi)關重(zhong)要。此外,無論整體葉盤還(huan)是(shi)整體葉環,在高溫(wen)(wen)下使(shi)用時(shi)(shi),同一(yi)個零件(jian)上(shang)(shang)存(cun)在溫(wen)(wen)度(du)梯度(du),一(yi)部(bu)(bu)分(fen)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)會(hui)約束另一(yi)部(bu)(bu)分(fen)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)變形,在溫(wen)(wen)度(du)梯度(du)的(de)(de)(de)(de)作用下會(hui)引(yin)起熱應(ying)力(li),影響(xiang)部(bu)(bu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)疲勞(lao)性(xing)(xing)(xing)(xing)能和(he)使(shi)用可靠性(xing)(xing)(xing)(xing)。