600℃高溫鈦合金、阻燃鈦合金、TiAl合金、SiCf/Ti復(fù)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(shù)成熟度較低。針對(duì)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的服役特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求,特別是用于高溫環(huán)境的轉(zhuǎn)動(dòng)部件,需開展大量的工程化應(yīng)用研究,如高溫環(huán)境下蠕變-疲勞-環(huán)境交互作用、阻燃性能,微織構(gòu)對(duì)疲勞性能的影響,表面完整性技術(shù),鍛件和零件內(nèi)部和表面殘余應(yīng)力分析及其對(duì)使用性能影響,使用壽命預(yù)測及失效分析等,解決工程化應(yīng)用相關(guān)的材料設(shè)計(jì)、制造加工工藝等關(guān)鍵技術(shù)。

工業(yè)鑄錠成分高純化和均勻化控制技術(shù)

TA29,TB12以及TiAl合金的合金化復(fù)雜、合金元素含量高,且塑性低,這類合金鑄錠的制備難度大,主要表現(xiàn)在:錠型擴(kuò)大時(shí)因凝固熱應(yīng)力易出現(xiàn)開裂,成分均勻性控制難度大,容易產(chǎn)生偏析。采用傳統(tǒng)的真空自耗電極電弧爐熔煉工藝,應(yīng)適當(dāng)增加熔煉次數(shù),并控制熔煉電流、提縮電流、錠型尺寸、坩堝冷卻方式等。對(duì)于TiAl合金,可以采用等離子體冷爐床熔煉工藝生產(chǎn)鑄錠。采用冷爐床熔煉工藝可以有效去除夾雜和改善成分偏析,這對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)件用的鈦合金材料顯得尤為重要。我國已擁有多臺(tái)等離子體冷爐床熔煉設(shè)備,具備了實(shí)驗(yàn)室研究、工業(yè)化生產(chǎn)的能力和條件。

大規(guī)格棒材和特殊鍛件制備技術(shù)

航空鍛件用的鈦合金原材料一般采用棒材,輪盤、機(jī)匣、整體葉盤、風(fēng)扇葉片等大型鍛件一般采用大規(guī)格棒材,對(duì)于小型的壓氣機(jī)葉片、渦輪葉片鍛件,采用小規(guī)格棒材。隨著 發(fā)動(dòng)機(jī)趨向于采用整體葉盤、整體葉環(huán)的結(jié)構(gòu)形式,相應(yīng)鍛件和棒材的規(guī)格尺寸加大,控制大規(guī)格棒材的組織均勻性對(duì)于 鍛件的質(zhì)量至關(guān)重要,需要選擇合適的鍛壓設(shè)備,優(yōu)化設(shè)計(jì)鍛造工藝。對(duì)于TB12和TiAl合金的鑄錠,因鑄態(tài)金屬的鍛造變形抗力大、工藝塑性低、對(duì)變形溫度敏感、容易出現(xiàn)鍛造開裂,鑄錠宜采用高溫?cái)D壓開坯工藝制備大規(guī)格棒材,不僅可以提高變形的均勻性、 有足夠的變形量,還可以提高棒材的生產(chǎn)效率和批次穩(wěn)定性。

鈦合金的顯微組織和晶體學(xué)織構(gòu)是影響力學(xué)性能的主要因素,原因在于α相的各向異性?？刂棋懠@微組織的形態(tài)以及顯微組織和織構(gòu)的均勻性,不僅可以改善平均的性能水平,還可以提高零部件的蠕變-疲勞交互作用性能,即保載疲勞性能,減小不同批次部件的性能數(shù)據(jù)分散性。對(duì)于這些新型高溫鈦合金,特別是TiAl合金,因有序結(jié)構(gòu)的引入,使得織構(gòu)問題更為復(fù)雜和重要,對(duì)高低周疲勞性能和保載疲勞性能的影響也更為復(fù)雜。在棒材和鍛件制備時(shí)要嚴(yán)格控制組織和織構(gòu)。