【正文】 役條件下的力學(xué)性能控制參量和應(yīng)用閾值范圍，揭示組織類(lèi)型和微觀缺陷對(duì)合金裂紋萌生和擴(kuò)展的影響規(guī)律，揭示合金損傷容限性能與微觀組織的關(guān)系，建立具有理論基礎(chǔ)并具有工程應(yīng)用價(jià)值的壽命評(píng)估方法和損傷容限參量設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，為合金在航空、航天及其他領(lǐng)域的工程化應(yīng)用提供有力的技術(shù)支持。主要研究?jī)?nèi)容：（1） 研究β相穩(wěn)定元素和高Nb合金化對(duì)高溫TiAl合金粉末的非平衡相的結(jié)構(gòu)形成與演化規(guī)律影響，得出優(yōu)化的板材成分組織和設(shè)計(jì)原則；（2） 研究成分偏擴(kuò)散以及微偏析對(duì)合金粉末致密化過(guò)程的作用規(guī)律，致密化過(guò)程中Al，Nb，Cr，W等元素在粉末顆粒內(nèi)部和界面的分布狀態(tài)以及擴(kuò)散途徑，以及由此造成的對(duì)致密化過(guò)程物質(zhì)流動(dòng)、原始界面消除以及新結(jié)構(gòu)形成的影響；（3） 雜質(zhì)和缺陷分布及對(duì)粉末冶金高溫TiAl合金損傷機(jī)理。建立從合金粉末熱等靜壓致密化熱機(jī)械處理包套軋制制備大尺寸TiAl合金板材的完整的技術(shù)原型。高溫平衡相組成及雙相鈦鋁基合金梯度溫度場(chǎng)內(nèi)平衡相組成及分布；（5） 定向凝固高溫TiAl合金成分組織工藝參數(shù)力學(xué)性能之間的關(guān)系。主要研究?jī)?nèi)容： （1） 研究冷坩堝無(wú)污染定向凝固高溫TiAl合金的相選擇和組織演化規(guī)律，定向凝固過(guò)程電磁感應(yīng)加熱熔化及凝固界面的控制方法及原理；（2） 合金連續(xù)熔化、鑄造與定向凝固用多功能冷坩堝系統(tǒng)的電熱性能及優(yōu)化設(shè)計(jì)；連續(xù)定向凝固制備合金錠的冷坩堝電磁感應(yīng)熔化/凝固成形過(guò)程組織隨工藝參數(shù)變化規(guī)律及其優(yōu)化；（3） 研究高溫TiAl合金的缺陷演化熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)及鑄造質(zhì)量控制。主要研究?jī)?nèi)容：（1） 研究離心和反重力鑄造過(guò)程中高溫TiAl合金中Ti及高熔點(diǎn)元素對(duì)液固界面生長(zhǎng)特性的作用，揭示不同成分范圍合金包晶凝固過(guò)程中組織和缺陷形成規(guī)律及其對(duì)鑄件可靠性的影響，探索氧、氮等間隙原子對(duì)凝固行為的作用及作用機(jī)理，依此對(duì)鑄造高溫TiAl合金母合金的成分、間隙元素含量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整； （2） 以Pro/E復(fù)雜結(jié)構(gòu)造型、CA法組織模擬、Ansys有限元計(jì)算優(yōu)化組合計(jì)算為基礎(chǔ)研究高溫TiAl精密鑄件軟件接口計(jì)算問(wèn)題，通過(guò)多場(chǎng)耦合作用下高溫TiAl合金精密鑄造過(guò)程的數(shù)值模擬，對(duì)柱狀晶生長(zhǎng)、糊狀區(qū)形成規(guī)律和充型特性進(jìn)行全面描述；（3） 通過(guò)流動(dòng)性、收縮性等工藝性能試驗(yàn)，分析鑄造高溫TiAl合金包晶凝固過(guò)程中組織和缺陷交互形成規(guī)律；通過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)樣和調(diào)整鑄造參數(shù)，揭示精密鑄造高溫TiAl合金的壁厚效應(yīng)及可能的調(diào)控途徑；研究系列變質(zhì)處理方法的作用以及析出物與基體的物理、力學(xué)相容性，進(jìn)行變質(zhì)劑優(yōu)化選擇；進(jìn)而提出綜合優(yōu)化鑄造工藝技術(shù)的思路；（4） 研究熔體與型殼反應(yīng)以及熱交換對(duì)熔體充型流動(dòng)的阻滯作用，分析高溫TiAl合金熔體與鑄型表面反應(yīng)所產(chǎn)生表面硬化層，揭示表面硬化層的形成機(jī)制，研究表面硬化層對(duì)高溫TiAl合金力學(xué)性能的影響，探索有利于抑制表面硬化層形成的型殼面層化學(xué)組分，以減少其對(duì)力學(xué)性能的不利影響；（5） 設(shè)置不同工藝邊界條件制備鑄造TiAl合金標(biāo)樣，通過(guò)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)和整體鑄件的考核，揭示組織和缺陷對(duì)高溫TiAl合金鑄件可靠性的影響規(guī)律，為推動(dòng)高可靠性鑄造高溫TiAl合金進(jìn)入工程應(yīng)用。利用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究熱變形參量對(duì)合金組織性能的影響規(guī)律，建立熱加工工藝優(yōu)化原理；（6） 研究在應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)及外在約束等多場(chǎng)耦合作用下熱變形包套技術(shù)在擠壓、等溫鍛造和軋制中的作用原理，優(yōu)化熱加工工藝參數(shù)。主要研究?jī)?nèi)容：（1） 利用有限元模擬研究高溫TiAl合金等離子冷爐床熔煉和真空自耗電弧熔煉過(guò)程中熱平衡，建立鑄錠凝固過(guò)程傳熱、傳質(zhì)及流動(dòng)的數(shù)學(xué)物理模型。 經(jīng)費(fèi)比例：23%承擔(dān)單位：北京科技大學(xué)，上海交通大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：林均品，46歲，博士，教授，博導(dǎo)主要承擔(dān)人員：陳國(guó)良，宋西平，孫堅(jiān)課題2：高溫TiAl合金的高潔凈度熔煉和加工科學(xué)基礎(chǔ)研究目標(biāo)：建立等離子冷床熔煉高溫TiAl合金的均質(zhì)化和純潔度控制方法，揭示熔煉工藝路線和工藝參數(shù)對(duì)鑄錠夾雜物去除效果及成分組織均勻性的影響規(guī)律。主要研究W、B、Si等對(duì)細(xì)化晶粒及片層間距的作用機(jī)理和效果；研究Mn、稀土元素對(duì)合金鑄造性能的影響；研究添加稀土元素改善高溫抗氧化性的機(jī)制；（5） 研究形變過(guò)程中普通位錯(cuò)超位錯(cuò)孿晶交互作用，Nb降低層錯(cuò)能對(duì)形變和強(qiáng)韌化的影響機(jī)制；（6） V、Mo等元素對(duì)高溫TiAl合金多相有序結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)復(fù)原過(guò)程的影響規(guī)律，以提高合金的熱加工性能。高溫塑性變形②⑤高溫TiAl合金優(yōu)化設(shè)計(jì)①凝固成型 熱塑性變形 粉末冶金 大鑄錠等離子熔煉② 凝固過(guò)程及最終凝固組織控制再結(jié)晶細(xì)晶 致密無(wú)夾雜組織 定向組織 等軸晶 組織性能表征及評(píng)價(jià)⑥預(yù)合金粉+全致密化+包套板材軋制⑤熔模精密鑄造③定向凝固④靜態(tài)再結(jié)晶動(dòng)態(tài)再結(jié)晶圖2 課題之間的關(guān)系圖課題1：高溫TiAl合金成分組織性能設(shè)計(jì)和優(yōu)化原理研究目標(biāo)：揭示針對(duì)高溫條件和具體的制備加工技術(shù)下的合金成分組織性能關(guān)系，主要包括合金元素Nb\Al上下限、微合金化元素的添加原則、多組元高溫TiAl合金的相關(guān)系和新型工程合金的強(qiáng)韌化機(jī)制、多相有序結(jié)構(gòu)的熱形變動(dòng)態(tài)復(fù)原機(jī)制。其中第一個(gè)課題和第六個(gè)課題與其它四個(gè)課題的關(guān)聯(lián)性最大，課題1為不同的制備和加工技術(shù)提供優(yōu)化的合金成分和組織設(shè)計(jì)理論和強(qiáng)韌化機(jī)制，提升高溫TiAl合金的室溫塑性和韌性，以順利完成項(xiàng)目提出的具體性能指標(biāo)；課題6為不同的制備加工技術(shù)有關(guān)的課題提供性能表征方法確保建立統(tǒng)一的性能數(shù)據(jù)庫(kù)，為高溫TiAl合金應(yīng)用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的建立提供數(shù)據(jù)支撐。5 課題之間的關(guān)系：本項(xiàng)目集中在高溫TiAl合金系列上，圍繞輕質(zhì)高溫TiAl的合金設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)及強(qiáng)韌化機(jī)制、高溫TiAl合金凝固過(guò)程組織及缺陷的調(diào)控機(jī)制、高溫TiAl合金粉末冶金制備過(guò)程的流變塑變理論科學(xué)問(wèn)題，根據(jù)本項(xiàng)目的總體思路和預(yù)期目標(biāo)，設(shè)置如下六個(gè)課題：（1）高溫TiAl合金合金成分組織性能設(shè)計(jì)和優(yōu)化原理、（2）高溫TiAl合金的高潔凈度熔煉和加工科學(xué)基礎(chǔ)、（3）高溫TiAl合金熔模鑄造關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)、（4）高溫TiAl合金冷坩堝定向凝固新技術(shù)基礎(chǔ)、（5）高溫TiAl合金板材的粉末冶金及軋制新技術(shù)基礎(chǔ)研究、（6）高溫TiAl金屬間化合物材料使用性能表征和評(píng)價(jià)。從研究基礎(chǔ)、研究人員素質(zhì)到實(shí)驗(yàn)條件均可以滿(mǎn)足本項(xiàng)目的研究需要。高溫結(jié)構(gòu)材料是鋼鐵研究總院的重點(diǎn)研究方向之一，為給我國(guó)航空、航天、艦船和兵器等國(guó)防工業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供高溫合金材料基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，己形成了變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末高溫合金和金屬間化合物四大高溫材料體系和研究隊(duì)伍，建設(shè)了涿州粉末高溫合金科研生產(chǎn)基地和永豐高溫合金產(chǎn)業(yè)基地。鋼鐵研究總院是鋼鐵材料及冶金工藝綜合技術(shù)的科研院所，研究領(lǐng)域涵蓋了以金屬材料為主的材料科學(xué)與工程、冶金生產(chǎn)流程的工藝及裝備技術(shù)、分析測(cè)試技術(shù)和儀器設(shè)備以及產(chǎn)品質(zhì)量控制等方面。西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以航空航天為代表領(lǐng)域的國(guó)防重大材料技術(shù)需求為主要服務(wù)對(duì)象，以先進(jìn)材料精確成形為主要技術(shù)方向，以科學(xué)基礎(chǔ)、技術(shù)創(chuàng)新和工程化應(yīng)用的綜合集成為主要學(xué)術(shù)特色，在凝固組織形態(tài)的形成規(guī)律，多元合金凝固理論方面取得多項(xiàng)得到國(guó)內(nèi)外同行認(rèn)可的研究成果。400mm扁錠（2010年投產(chǎn)）；采用先進(jìn)的等溫鍛造技術(shù)，在萬(wàn)噸液壓機(jī)上鍛造成型國(guó)內(nèi)最大的鈦合金精密鍛件，鍛件尺寸精細(xì)、性能優(yōu)異；國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的6000噸擠壓設(shè)備（2009年投產(chǎn)）；以及4500噸快鍛機(jī)，配合以創(chuàng)新的“軟包套”保溫鍛造技術(shù)等，保證了大尺寸合金的超純凈、無(wú)缺陷材料制備與加工方面的研究工作。900mm、重67kg，鑄錠冶金質(zhì)量良好，成分比較均勻。北京科技大學(xué)新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的TiAl研究平臺(tái)，包括中等規(guī)模的熔煉和熱加工中心、計(jì)算中心、專(zhuān)業(yè)測(cè)試和檢測(cè)平臺(tái)。在材料的力學(xué)性能測(cè)試與表征技術(shù)的研究方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在“七五”和“八五”期間，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)FWP14的研制，編輯、出版了《航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)用材料性能數(shù)據(jù)手冊(cè)》第一、第二冊(cè)，2008年出版了根據(jù)FWS10發(fā)動(dòng)機(jī)的材料性能數(shù)據(jù)編寫(xiě)的第三冊(cè)；在《航空推進(jìn)技術(shù)驗(yàn)證計(jì)劃》研制過(guò)程中編寫(xiě)的第四冊(cè)即將出版并利用存量資源創(chuàng)建了發(fā)動(dòng)機(jī)材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)這些需求牽引的TiAl合金研究，鋼鐵研究總院己對(duì)這種輕質(zhì)高溫材料的性能和工藝特點(diǎn)有了較深入的認(rèn)識(shí)，尤其是在國(guó)防型號(hào)技改支持下建立起了鑄造工藝實(shí)驗(yàn)室和中間試驗(yàn)平臺(tái)，可作為本申請(qǐng)項(xiàng)目的重要支撐條件鋼鐵研究總院積累了較豐富的TiAl 合金增壓渦輪精密鑄造材料和工藝研究經(jīng)驗(yàn)，形成了較強(qiáng)的TiAl 合金材料研究和工藝實(shí)驗(yàn)技術(shù)力量。其中，鑄造TiAl合金增壓器渦輪于2003年11月實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)自主研制的TiAl合金發(fā)動(dòng)機(jī)熱端轉(zhuǎn)動(dòng)部件試車(chē)考核“零”的突破，通過(guò)與鎳基高溫合的對(duì)比試驗(yàn)表明，應(yīng)用這種輕質(zhì)材料可使大型柴油機(jī)的加速響應(yīng)性提高35%以上、且可顯著降低排放煙度和油耗。西北有色金屬院長(zhǎng)期從事Ti合金和TiAl合金研究，具有豐富的知識(shí)積累, 特別是在高NbTiAl合金熔煉的均勻化上有突出的研究成果。并將這些理論研究成果應(yīng)用于對(duì)各種金屬材料的凝固過(guò)程模擬、金屬單晶晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬、合金相組織模擬、三維晶體取向控制、合金性能及服役性能等方面的研究。西北工業(yè)大學(xué)長(zhǎng)期從事Ti及Ti合金、TiAl合金、高溫合金等材料冶金、精密鑄造、稀有金屬材料先進(jìn)塑性成形技術(shù)等的研究與開(kāi)發(fā)，近年來(lái)先后承擔(dān)了數(shù)十項(xiàng)國(guó)家基礎(chǔ)研究和國(guó)防型號(hào)研制任務(wù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在合金熔煉、精密鑄造、冷坩堝定向凝固、高溫塑性變形、異種材料連接等方向上有深厚的研究基礎(chǔ)，已針對(duì)TiAl合金的共性問(wèn)題，從不同學(xué)科角度進(jìn)行學(xué)科交叉和學(xué)科融合，開(kāi)展了精密熱成形技術(shù)的研究工作，在技術(shù)層面上已經(jīng)取得了多項(xiàng)創(chuàng)造性的研