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(xiang)比,其(qi)技術成(cheng)熟度(du)較低。針對(dui)先進發動機(ji)的服役(yi)特點和設(she)計(ji)要求(qiu),特別(bie)是用(yong)(yong)(yong)于高溫(wen)(wen)環境(jing)的轉動部件,需開展(zhan)大量的工(gong)(gong)程化應用(yong)(yong)(yong)研究,如高溫(wen)(wen)環境(jing)下蠕(ru)變-疲勞-環境(jing)交互作用(yong)(yong)(yong)、阻燃性能(neng),微織構對(dui)疲勞性能(neng)的影(ying)響(xiang),表面完整性技術,鍛(duan)件和零(ling)件內部和表面殘(can)余應力分析(xi)及(ji)其(qi)對(dui)使用(yong)(yong)(yong)性能(neng)影(ying)響(xiang),使用(yong)(yong)(yong)壽命(ming)預(yu)測及(ji)失效分析(xi)等(deng),解決工(gong)(gong)程化應用(yong)(yong)(yong)相(xiang)關的材料設(she)計(ji)、制造(zao)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝等(deng)關鍵(jian)技術。

　　工業鑄錠(ding)成分高純化和均勻化控制(zhi)技術

　　TA29,TB12以(yi)及TiAl合(he)(he)金(jin)的(de)合(he)(he)金(jin)化(hua)復雜(za)、合(he)(he)金(jin)元素含(han)量高,且(qie)塑性低,這(zhe)類合(he)(he)金(jin)鑄錠的(de)制備難度大(da)(da),主要表現在:錠型(xing)擴(kuo)大(da)(da)時因凝固熱(re)應力易出(chu)現開裂,成分均勻性控制難度大(da)(da),容易產生偏析(xi)。采用(yong)(yong)(yong)傳統的(de)真空自(zi)耗(hao)電(dian)極電(dian)弧(hu)爐熔煉(lian)工(gong)(gong)藝,應適當增加熔煉(lian)次數,并控制熔煉(lian)電(dian)流(liu)、提(ti)縮(suo)電(dian)流(liu)、錠型(xing)尺(chi)寸、坩堝冷(leng)卻方式等。對于TiAl合(he)(he)金(jin),可(ke)以(yi)采用(yong)(yong)(yong)等離子體(ti)冷(leng)爐床(chuang)熔煉(lian)工(gong)(gong)藝生產鑄錠。采用(yong)(yong)(yong)冷(leng)爐床(chuang)熔煉(lian)工(gong)(gong)藝可(ke)以(yi)有效去除(chu)夾雜(za)和改善成分偏析(xi),這(zhe)對于發動(dong)機關(guan)鍵轉動(dong)件(jian)用(yong)(yong)(yong)的(de)鈦合(he)(he)金(jin)材料顯得尤為重要。我(wo)國已擁有多(duo)臺(tai)等離子體(ti)冷(leng)爐床(chuang)熔煉(lian)設備,具備了實(shi)驗室(shi)研究(jiu)、工(gong)(gong)業化(hua)生產的(de)能力和條件(jian)。

　　大規格棒(bang)材和特(te)殊鍛件(jian)制備技術

　　航(hang)空(kong)鍛(duan)(duan)(duan)(duan)件(jian)用(yong)的(de)(de)鈦合(he)金原(yuan)材(cai)料一(yi)般采用(yong)棒(bang)材(cai),輪盤、機匣(xia)、整(zheng)體(ti)葉(xie)盤、風扇葉(xie)片(pian)等(deng)大(da)(da)型(xing)鍛(duan)(duan)(duan)(duan)件(jian)一(yi)般采用(yong)大(da)(da)規(gui)格(ge)棒(bang)材(cai),對于(yu)小型(xing)的(de)(de)壓氣機葉(xie)片(pian)、渦輪葉(xie)片(pian)鍛(duan)(duan)(duan)(duan)件(jian),采用(yong)小規(gui)格(ge)棒(bang)材(cai)。隨(sui)著先進發動(dong)機趨(qu)向(xiang)于(yu)采用(yong)整(zheng)體(ti)葉(xie)盤、整(zheng)體(ti)葉(xie)環的(de)(de)結(jie)構形(xing)(xing)式,相應鍛(duan)(duan)(duan)(duan)件(jian)和棒(bang)材(cai)的(de)(de)規(gui)格(ge)尺寸加大(da)(da),控制大(da)(da)規(gui)格(ge)棒(bang)材(cai)的(de)(de)組織均(jun)勻(yun)性(xing)(xing)對于(yu)保證鍛(duan)(duan)(duan)(duan)件(jian)的(de)(de)質(zhi)量至關重要(yao),需(xu)要(yao)選擇合(he)適(shi)的(de)(de)鍛(duan)(duan)(duan)(duan)壓設備(bei)(bei),優化設計鍛(duan)(duan)(duan)(duan)造(zao)工藝(yi)。對于(yu)TB12和TiAl合(he)金的(de)(de)鑄錠,因鑄態金屬的(de)(de)鍛(duan)(duan)(duan)(duan)造(zao)變形(xing)(xing)抗力大(da)(da)、工藝(yi)塑性(xing)(xing)低、對變形(xing)(xing)溫度(du)敏感、容易出現鍛(duan)(duan)(duan)(duan)造(zao)開(kai)裂,鑄錠宜采用(yong)高(gao)(gao)溫擠壓開(kai)坯工藝(yi)制備(bei)(bei)大(da)(da)規(gui)格(ge)棒(bang)材(cai),不(bu)僅可(ke)以提高(gao)(gao)變形(xing)(xing)的(de)(de)均(jun)勻(yun)性(xing)(xing)、保證有足夠的(de)(de)變形(xing)(xing)量,還可(ke)以提高(gao)(gao)棒(bang)材(cai)的(de)(de)生產效率(lv)和批次穩(wen)定性(xing)(xing)。

　　鈦(tai)合金(jin)的(de)(de)顯(xian)(xian)微組織(zhi)(zhi)和晶體學織(zhi)(zhi)構(gou)是影響(xiang)力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)主要因素,原(yuan)因在于(yu)α相的(de)(de)各向異性(xing)(xing)(xing)。控制(zhi)(zhi)鍛件顯(xian)(xian)微組織(zhi)(zhi)的(de)(de)形態以及顯(xian)(xian)微組織(zhi)(zhi)和織(zhi)(zhi)構(gou)的(de)(de)均(jun)勻性(xing)(xing)(xing),不(bu)僅可(ke)以改善(shan)平均(jun)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)水平,還(huan)可(ke)以提(ti)高零部件的(de)(de)蠕變-疲勞(lao)(lao)(lao)交互(hu)作用性(xing)(xing)(xing)能(neng),即保載疲勞(lao)(lao)(lao)性(xing)(xing)(xing)能(neng),減小不(bu)同批次部件的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)數據分散(san)性(xing)(xing)(xing)。對于(yu)這些(xie)新型(xing)高溫鈦(tai)合金(jin),特別(bie)是TiAl合金(jin),因有(you)序結構(gou)的(de)(de)引入(ru),使得織(zhi)(zhi)構(gou)問(wen)題(ti)更(geng)為復(fu)雜和重要,對高低周疲勞(lao)(lao)(lao)性(xing)(xing)(xing)能(neng)和保載疲勞(lao)(lao)(lao)性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)影響(xiang)也更(geng)為復(fu)雜。在棒材和鍛件制(zhi)(zhi)備時要嚴(yan)格控制(zhi)(zhi)組織(zhi)(zhi)和織(zhi)(zhi)構(gou)。

　　整(zheng)體葉盤和(he)整(zheng)體葉環零件機械(xie)加工技(ji)術

　　由于先(xian)進發動機性(xing)能水(shui)平的(de)(de)不斷提(ti)高(gao)(gao),整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)體葉(xie)盤(pan)、整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)體葉(xie)環等(deng)已成為發展(zhan)趨勢。整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)體葉(xie)盤(pan)葉(xie)片(pian)(pian)(pian)的(de)(de)結構復(fu)雜(za)、通(tong)道開敞性(xing)差(cha)、葉(xie)片(pian)(pian)(pian)薄、彎扭大、剛性(xing)差(cha)、易變形(xing),設計時對其幾何(he)精(jing)度(du)水(shui)平、綜合質量(liang)水(shui)平要求越(yue)來越(yue)高(gao)(gao),機械加(jia)工(gong)(gong)和表(biao)(biao)面(mian)完(wan)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)性(xing)的(de)(de)保(bao)證變得越(yue)來越(yue)困難[30] 。對于葉(xie)片(pian)(pian)(pian)尺(chi)寸(cun)較小(xiao)的(de)(de)壓氣機整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)體葉(xie)盤(pan)和整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)體葉(xie)環,葉(xie)型(xing)一般采用高(gao)(gao)速數控銑削方法(fa)加(jia)工(gong)(gong),控制零(ling)件加(jia)工(gong)(gong)變形(xing),采用振動光(guang)飾(shi)去應(ying)力技術以(yi)改善零(ling)件表(biao)(biao)面(mian)殘余應(ying)力分布,之(zhi)后(hou)對葉(xie)片(pian)(pian)(pian)部分型(xing)面(mian)進行(xing)修磨和磨粒流拋光(guang),葉(xie)型(xing)尺(chi)寸(cun)精(jing)度(du)高(gao)(gao),葉(xie)型(xing)誤(wu)差(cha)小(xiao)于0.1mm,葉(xie)片(pian)(pian)(pian)表(biao)(biao)面(mian)粗糙度(du)Ra達到0.2μm的(de)(de)水(shui)平,提(ti)高(gao)(gao)零(ling)件的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)質量(liang)和表(biao)(biao)面(mian)完(wan)整(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)性(xing)。應(ying)采用電(dian)化學方法(fa)來加(jia)工(gong)(gong)TiAl合金葉(xie)片(pian)(pian)(pian)的(de)(de)型(xing)面(mian)。

　　材料性(xing)能評(ping)價(jia)及(ji)應用設計技術

　　上述(shu)4類(lei)材(cai)(cai)料(liao)(liao)還處于(yu)工程(cheng)化研究和試用(yong)階段(duan),積累的(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)數(shu)據(ju)不充分(fen)(fen),影(ying)響(xiang)了材(cai)(cai)料(liao)(liao)和部(bu)(bu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)(ji)選材(cai)(cai)和強(qiang)度計(ji)(ji)(ji)算。與(yu)普通鈦合(he)(he)金(jin)相(xiang)(xiang)比,這4類(lei)高溫(wen)(wen)鈦合(he)(he)金(jin)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)(xing)(xing)(xing)、斷裂(lie)韌(ren)度、沖擊(ji)韌(ren)度均更低(di),缺口(kou)敏感性(xing)(xing)(xing)(xing)大,裂(lie)紋尖端的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力通過(guo)局部(bu)(bu)塑性(xing)(xing)(xing)(xing)變(bian)形(xing)而下降的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力較差。特(te)別是TiAl合(he)(he)金(jin),具(ju)有相(xiang)(xiang)當(dang)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)室溫(wen)(wen)拉伸塑性(xing)(xing)(xing)(xing)和抗疲(pi)勞(lao)(lao)裂(lie)紋擴展性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng),但(dan)在(zai)接近700℃時(shi)會(hui)(hui)顯著改善 ,而且初(chu)始蠕變(bian)變(bian)形(xing)速率大。根(gen)據(ju)這類(lei)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)點,設(she)計(ji)(ji)(ji)并(bing)制定(ding)(ding)科學(xue)合(he)(he)理的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術指(zhi)標,發(fa)揮熱(re)強(qiang)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)同時(shi),應(ying)(ying)保證有足夠的(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)(xing)(xing)(xing),充分(fen)(fen)重視(shi)制件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)斷裂(lie)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。發(fa)動(dong)機設(she)計(ji)(ji)(ji)選材(cai)(cai)和強(qiang)度計(ji)(ji)(ji)算時(shi),需要建立(li)完整的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)設(she)計(ji)(ji)(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)數(shu)據(ju)庫。對于(yu)低(di)塑性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)TiAl合(he)(he)金(jin),應(ying)(ying)根(gen)據(ju)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing),確定(ding)(ding)合(he)(he)理的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)(bu)件(jian)設(she)計(ji)(ji)(ji)和定(ding)(ding)壽方法,以及成(cheng)本合(he)(he)算的(de)(de)(de)(de)(de)供應(ying)(ying)鏈。合(he)(he)理控制TiAl合(he)(he)金(jin)制件(jian)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)(ji)應(ying)(ying)力水(shui)平,避免出(chu)現明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力集中,提高表面(mian)完整性(xing)(xing)(xing)(xing)。科學(xue)評(ping)價(jia)這些鈦合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)阻燃性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)也至關重要。此外,無論(lun)整體葉盤(pan)還是整體葉環(huan),在(zai)高溫(wen)(wen)下使(shi)用(yong)時(shi),同一(yi)(yi)個零件(jian)上存在(zai)溫(wen)(wen)度梯度,一(yi)(yi)部(bu)(bu)分(fen)(fen)材(cai)(cai)料(liao)(liao)會(hui)(hui)約束另一(yi)(yi)部(bu)(bu)分(fen)(fen)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)形(xing),在(zai)溫(wen)(wen)度梯度的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下會(hui)(hui)引起熱(re)應(ying)(ying)力,影(ying)響(xiang)部(bu)(bu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)和使(shi)用(yong)可(ke)靠性(xing)(xing)(xing)(xing)。