【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，可以較明顯地減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比。下面簡(jiǎn)述各國(guó)開(kāi)發(fā)的主要高溫鈦合金的情況。 美國(guó)于 1954 年研制成功的鈦合金 Ti6Al4V，奠定了高溫鈦合金發(fā)展的基礎(chǔ)，由于兼有兩相特征，因此作為高溫結(jié)構(gòu)材料得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著使用條件的提高， Ti64 合金滿足不了需要，主要有：耐熱性不夠好、淬透性不理想、冷加工性較差、制備工藝復(fù)雜等。在 20 世紀(jì) 60 年代，開(kāi)始了 Mo 含量較高的Ti6246 和 Ti6242，將鈦合金的使用溫度提高到了 450～ 500℃。 Ti6242 合金作為耐高溫材料廣泛應(yīng)用于大型運(yùn)輸機(jī)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上。 20 世紀(jì) 70 年代，美國(guó)活性金屬公司通過(guò)添加 Si元素，開(kāi)發(fā)了使用溫度超過(guò) 500℃的 Ti6242S合金， Si 的加入提高了合金的蠕變性能，其組織是轉(zhuǎn)變?chǔ)禄w加等軸α相，通常α相的比例在 80%以上。采用細(xì)化β晶粒控制針狀組織的方法，實(shí)現(xiàn)合金疲勞強(qiáng)度和端變強(qiáng)度兼顧，使之在 565℃下具有高強(qiáng)度、高剛度、抗蠕變和好的熱穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用十渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件。 20 世紀(jì) 80 年代初，通過(guò)調(diào)整 A Sn、 Mo 和 8 Si 元素的含量，使其使用溫度達(dá)到 600℃。合金對(duì)雜質(zhì)元素 O和 Fe 含量的控制十分嚴(yán)格，要求 w(O)%， w(Fe)%，其特點(diǎn)是具有較低的韌性和較大的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，據(jù)了解 Ti1100合金已用于制造萊康明公司 T552712 改型發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)輪盤和低壓渦輪叫片等零件。 英國(guó)開(kāi)發(fā)鈦合金的指導(dǎo)思想與美國(guó)不同，以α相固溶強(qiáng)化作為提高蠕變強(qiáng)度的主要手段，側(cè)重于研究以提高蠕變強(qiáng)度為目標(biāo)的近β型鈦合金。 20 世紀(jì) 50年代中期研制 IMI550 合金成功，確立了開(kāi)發(fā)高溫鈦合金的基礎(chǔ)技術(shù)。 60年代，為提高蠕變強(qiáng)度，開(kāi)發(fā)了 IMI679 和 IMI685 合金。這些合金在英國(guó) RollsRoyce公司制造的多種發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。 20 世紀(jì) 70～ 80年代，英國(guó)研究開(kāi)發(fā)了以改善疲勞強(qiáng)度為主的 IMI829和 IMI834合金，其中成分不但使合金的抗氧化能力和蠕變性能大大提高，而且有效地細(xì)化了宏觀和微觀組織，工作溫度可望達(dá)到近 600℃。 俄羅斯早期研發(fā)的高溫鈦合金 (如 BT31)是含有共析型β元素 Cr 和 Fe 的TiAlMoCrFeSi 系合金，能有效強(qiáng)化α和β相，并能提高中溫強(qiáng)度和熱強(qiáng)性。為提高耐熱性，研發(fā)了 BT BT9和 BT18合金，這些合金均不含有共析型β元素，因而合金的熱強(qiáng)性能和工作壽命均有所提高。于 20世紀(jì) 70年代研發(fā)的高溫鈦合金中加入了 1%的 W，合金有更好的熱穩(wěn)定性和更高的熱強(qiáng)性能。 80 年代，在原有合 金成分基礎(chǔ)上，改進(jìn)和研發(fā)了 BT18y、 BT25y、 BT81 和 BT8M1 等合金，除BT25y合金含有 W元素外，其他合金只含有 Al、 Sn、 Zr等α穩(wěn)定元素和部分 Mo、Nb 等β穩(wěn)定元素，以及微量的 Si。這些經(jīng)改進(jìn)的合金較原合金均有更好的綜合性能，并延長(zhǎng)了使用壽命。 我國(guó)鈦合金的發(fā)展借鑒了別過(guò)對(duì)鈦研究的做法，也加入了自己的元素，我國(guó)研究開(kāi)發(fā)的高溫鈦合金主要有 TC6，是仿制俄羅斯的 BT31，屬馬氏體型α +β型鈦合金。合金中含有α穩(wěn)定元素 Al、同晶型β穩(wěn)定元素 Mo和共晶型β穩(wěn)定元素Cr、 Fe 和 Si、 β穩(wěn)定系數(shù)為 。該合金具有較高的室溫強(qiáng)度，比 Ti6Al4V高 85 MPa，具有良好的熱強(qiáng)性能，兼具優(yōu)良的熱加工性能。能在 400℃以下長(zhǎng)時(shí)間工作 6000 h 以上，和在 450℃下工作 2022 h，適宜制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤和葉片以及飛機(jī)的框、接頭等承力件。 TC11 鈦 合 金 是 一 種 綜 合 性 能 良 好 的 α + β 型 鈦 合 金 ， 成 分 為 9 ，鋁當(dāng)量為 ，鉬當(dāng)量為 。在 500℃下有優(yōu)異的熱強(qiáng)性能，且具有較高室溫強(qiáng)度。該合金還具有良好的熱加工工藝性，可以進(jìn)行焊接和各種方式的機(jī)加工 。 TC11 鈦合金主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓器盤、葉片、鼓筒等零件。該合金的最高長(zhǎng)期工作溫度為 500℃，生產(chǎn)的半成品有棒材、鍛件、模鍛件和鑄件等。 Ti55 鈦合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 ，是我國(guó)自行設(shè)計(jì)研制的一種近α型耐熱鈦合金。該合金通過(guò)添加適量稀土元素 Nd，細(xì)化了合金組織、提高了合金抗氧化能力。稀土元素在合金中的內(nèi)氧化，使合金基體中的氧含量降低并促使基體中的錫原子向稀土氧化物轉(zhuǎn)移，抑制了 Ti3X 相的析出。同時(shí)，稀土氧化形或的稀土氧化物顆粒作為合金形核的彌 散質(zhì)點(diǎn)及其稀土氧化物顆粒周圍所形成的位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)對(duì)合金起到強(qiáng)化作用，使該合金在使用溫度下具有滿意的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性的最佳匹配。該合金長(zhǎng)時(shí)間工作溫度可達(dá) 550℃，因此，某些場(chǎng)合被稱為 Ti55 鈦合金，主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓段的壓氣機(jī)盤、鼓筒和葉片等零件。實(shí)際上 Ti55是在 TA12A基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種適用于航天 600℃短時(shí)使用的鈦合金合金成分在 TA12A成分范圍內(nèi)，但適當(dāng)降低 Al含量，提高 Mo 含量，使材料工藝塑性得到改善，滿足設(shè)計(jì)要求。 Ti60是世紀(jì) 80 年代末開(kāi)始研制，其后又經(jīng)過(guò)優(yōu)化的近α型高溫鈦合金，設(shè)計(jì)使 用溫度為 600℃，合金電子濃度設(shè)計(jì)值為 ，超過(guò) Ti3X 相形成的特征電子濃度 ，允許有少量α 2相析出以滿足 600℃ 蠕變和持久性能要求，同時(shí)保證熱穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。合金相組成為α相、少量β相、α 2 相和硅化物，主要設(shè)計(jì)用途是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、盤、鼓筒等零部件。 Ti60 合金研制初期，擬用其制作的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和盤采用的是由榫槽 榫頭連接的分離設(shè)計(jì)。壓氣機(jī)盤承受載荷較大，主要強(qiáng)調(diào)蠕變和低周疲勞性能；而葉片受離心力和振動(dòng)載荷作用，主要強(qiáng)調(diào)熱穩(wěn)定性和高周疲勞性能。據(jù)此設(shè)計(jì)需求，早期的 Ti60 合金 采用盤件和葉片分別優(yōu)化的辦法，即盤鍛件采用β鍛造，獲得蠕變、持久、斷裂韌度和疲勞裂紋抗力有優(yōu)勢(shì)的網(wǎng)籃狀組織，但這種組織的熱穩(wěn)定性較差；而葉片采用細(xì)小雙態(tài)組織，以獲得高熱穩(wěn)定性和高周疲勞性能。 高溫鈦合金使用溫度 高溫鈦合金主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片、盤和機(jī)匣等零件，這些零 10 件要求材料在高溫工作條件下 (300600℃ )具有較高的比強(qiáng)度、高溫蠕變抗力、疲勞強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的提高，高壓壓氣機(jī)出口溫度升高導(dǎo)致高溫鈦合金葉片和盤的工作溫度不斷升高。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，固溶強(qiáng)化型 的高溫鈦合金最高工作溫度由 350℃提高到了 600℃。我國(guó)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的工作溫度在 400℃以下的高溫鈦合金主要有 TC4 和 TC6，應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度較低的風(fēng)扇葉片和壓氣機(jī)第 2級(jí)葉片。 500℃左右工作的高溫鈦合金有 TC1 TA15 和 TA7合金，其中 TC11是我國(guó)目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)上用量最大的鈦合金，大量應(yīng)用于我國(guó) WP1 WP1 WS11 等第 2代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)葉片和盤。單純采用固溶強(qiáng)化的鈦合金難以滿足 600℃以上溫度環(huán)境對(duì)蠕變抗力和強(qiáng)度的要求。有序強(qiáng)化的鈦 鋁系金屬間化合物因其高比強(qiáng)度、比剛 度、高蠕變抗力、優(yōu)異的抗氧化和阻燃性能，而成為 6