600℃高温钛合金的研发

近年来,随着航空航天事业的发展,高温钛合金的研究与应用受到了越来越多的关注。目前,各国研发的600℃高温钛合金主要有IMI834、Ti-1100、BT36、BT18Y、Ti60和Ti-600合金等,其中,前4种已获得工业应用。首先概述了600℃高温钛合金的合金化特点,指出未来高温钛合金仍将向着成分多元化方向发展,稀土元素的应用是研究重点方向之一。接下来对几种典型的高温钛合金的性能特点、室高温力学性能进行了重点介绍,最后展望了其未来重点发展的方向。     

高温钛合金的发展和应用

本文介绍了国际上高温钛合金的发展和研究现状,涉及的主要钛合金有:美国的Ti-64,Ti-6246,Ti-1100合金;英国的IMI系列钛合金;俄罗斯的BT8,BT9,BT18,BT36和我国自行研制的Ti-60,Ti-600合金等。讨论了这些合金的化学成分、主要特性及应用情况,总结了高温钛合金的发展方向和一般规律,得出结构:各国发展高温钛合金的方向基本一致,从合金体系来说,Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系近α钛合金在高温钛合金中占主导地位;Si元素几乎是高温钛合金中必不可少的重要元素;Nb,Y,Ce,Nd等稀土元素可提高合金的抗氧化性能,正得到越来越广泛的应用。     

两种Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系近α型钛合金的性能对比研究

以具有典型组织状态的Ti60和Ti834两种近α型钛合金为研究对象,对比分析了这两种合金600℃×100 h热暴露前后的室温拉伸性能以及这两种合金经激光冲击强化后的性能变化。结果表明:Ti60合金的室温拉伸强度明显高于Ti834合金,而塑性相对较低;经600℃×100 h高温热暴露以后,Ti60和Ti834合金的强度变化均不大,而塑性均急剧降低;激光冲击处理后再经热暴露,Ti60合金和Ti834合金的塑性均进一步降低,可见激光冲击处理对近α型高温钛合金的热稳定性能是不利的。     

钛合金抗高温氧化研究之发展

以高温钛合金的发展为基础,阐述高温钛合金使用温度从350℃到高于650℃的发展历程,介绍国内外高温钛合金工业发展和工艺科技,合金元素法和表面涂层法是发展高温钛合金的主要途径,600℃成为钛合金高温抗氧化的分界线,在钛合金基体上添加防护涂层可提高抗氧化性能,两种方法结合使钛合金的高温抗氧化温度得到提升。     

550℃用高温钛合金的研发

应高推比航空发动机的需求,英国、美国、俄罗斯、中国等对高温钛合金进行了大量的研究工作。世界各国研发的550℃用高温钛合金主要有IMI829、Ti-6242S、BT25、BT25Y、Ti-55、Ti-53311S和Ti-633G合金等。简述了这几种合金的合金化特点,介绍了合金化的各种元素在合金中所起的作用,重点阐述了Si元素对合金蠕变性能的影响;同时回顾了这几种钛合金的研发状况、室高温拉伸性能、应用状况,以及稀土元素对部分高温钛合金组织性能的影响等,并展望了其未来的发展趋势与重点研究方向。     

航空发动机用BT25和BT25y热强钛合金评述

BT25和BT25y是含有高熔点金属W的Ti—Al-Zr-Sn—Mo—W—Si系马氏体钛合金,由于其优异的热强性能在航空发动机中得到应用。概述了BT25和BT25y钛合金的加工工艺、热处理丁艺对性能的影响及其室温和高温的力学性能等。介绍了宝钛集团有限公司等单位合作研究热强钛合金——BT25、BT25y及BT25y改进型的状况,通过添加与钛熔点和密度相近的多元中间合金,保证了这二三种合金成分的均匀性,力学性能达到国外同类合金的水平。     

西北有色金属研究院钛合金研究进展

概述了西北有色金属研究院（NIN）研发的部分高温、高强、低成本、超塑性及低温钛合金近年来的研究进展。指出：使用温度在550～650℃之间的高温钛合金中，550℃高温钛合金已获得应用，Ti-600合金因室温和600℃下综合性能优异，尤其是极佳的蠕变性能，可以用做高推重比发动机压气机轮盘和叶片，具有较好的应用前景；在强度级别为1000～1600MPa的高强钛合金中，Ti—B20合金和Ti-1300合金适宜制作高强或超高强钛合金弹簧；低成本钛合金、超塑性温度较低且应变速率较高的超塑性钛合金、低温钛合金的研究从未间断过，某些合金也已得到应用；NIN今后研究重点是建立已研发合金的规范体系，降低其制造成本，提高其使用性能，最终使其获得广泛应用。     

西北有色金属研究院研制的部分钛合金及产业化

西北有色金属研究院是我国重要的钛合金研究与开发的单位之一，近40年来，一直致力于钛合金的研究、开发及产业化，仿制与创新研制出近60种钛合金，一些仿制的钛合金已大批量生产，获得成功的应用，如纯Ti、TC4、半TC4、Ti．Pd、Ti．Mo．Ni、BT20、BT16、HT7M等等；一些创新研制的钛合金也已获得成功的应用和批量生产，如TC21、Ti75、Ti31、CT20、Ti12LC等等，为我国钛合金的发展做出了突出贡献。本文简要综述了西北有色金属研究院仿制与创新研制的部分钛合金及其产业化。     

Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si合金中温变形行为的研究

正Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si(也称BT3-1)是一种在汽轮机叶片领域比较常用的两相钛合金。大多数研究都是针对其800℃以上的变形行为,而服役温度600℃以下的变形行为却几乎没有被讨论过。我们必须注意到800℃以上的高温变形行为在很多方面完全不同于600℃以下的中温变形行为,比如     

发动机用Ti600高温钛合金组织及力学性能研究

应用光学显微镜、X射线衍射仪、力学性能测试等手段对航空发动机用Ti600高温钛合金的微观组织及力学性能进行了实验测试研究。结果表明:Ti600合金板材主要由等轴初生α晶粒和少量层片状的α+β共晶组织构成,晶粒细小,组织均匀,晶粒尺寸主要分布在2~4μm左右。Ti600合金板材在常温下具有较高的强度和塑性,随着温度的升高,抗拉强度和屈服强度表现出微弱的增长趋势,延伸率明显增大。Ti600合金板材为塑性断裂,具有韧窝型断口。     

2种轧制温度下BT25钛合金棒材组织与性能

研究了980oc和950℃2种温度轧制的BT25钛合金棒材的室、高温拉伸性能、热稳定性能以及持久性能。研究结果表明,所研究的2种温度下得到的轧制棒材的性能均满足用户提出的标准要求。它们的高温拉伸性能、冲击韧性相当,980℃轧制棒材的室温拉伸性能优于950℃轧制棒材,但后者的热稳定性优于前者,550℃热暴露100h后,后者犟性降低程度较小。BT25钛合金棒材组织比较均匀,均为初生“相和条状届转变组织构成的双态组织,且变形温度较低时,组织较细小,合金的综合性能较高,尤其是热稳定性能较好。     

在工业中采用钛合金的微弧氧化

目前钛及钛合金已广泛用于航空航天、机器制造、造船及石化生产等工业领域。在某些特殊场合 ,如核潜艇、直升机、核反应堆中 ,钛合金零部件往往能满足其在各种苛刻条件 (高温、侵蚀性介质、循环载荷、高压、α、β、γ射线、高强度辐照等 )下的使用要求。因此 ,在腐蚀 -流动性介质中 ,特别是在接触海水的装备中 ,如船舶动力装置中广泛采用了钛合金 (见表 1 )。表 1　船舶动力装置中采用的主要钛合金类型钛合金牌号应用范围和使用条件BT1- 0 0 在 10 0℃～ 2 0 0℃下的泵、管道及装置BT1- 0 在 10 0℃～ 2 0 0℃下的泵、管道及装置OT4 - 1…     

钛合金表面热喷涂NiCrAl涂层和热障涂层的氧化性能

采用超音速等离子喷涂技术在TC4和Ti40钛合金表面制备NiCrAl及NiCrAl+ZrO2热障涂层,测定TC4、TC4+NiCrAl、TC4+NiCrAl+ZrO2、Ti40、Ti40+NiCrAl、Ti40+NiCrAl+ZrO2在600℃下的氧化动力曲线。通过扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析研究钛合金、NiCrAl涂层和热障涂层组织形貌。结果表明:TC4在600℃的抗氧化性能优于Ti40;NiCrAl涂层与热障涂层能明显提高TC4和Ti40在600℃下的抗氧化性;600℃下氧化100h后,NiCrAl涂层、NiCrAl+ZrO2涂层与TC4界面处出现了扩散带和锯齿状的相,而与Ti40界面处只出现了扩散带,未发现锯齿状的相。     

含氢热加工技术在耐热钛合金中的应用前景

俄罗斯、美国、英国等国家的一些耐热钛合金 ,如 BT18Y,BT36 ,BT2 5 Y,IMI834,Ti110 0 ,Ti 6 2 4 2等的工作温度水平、机械与使用综合性能的提高靠采用传统的热处理和热加工方法已没有什么潜力可挖了 ,以金属间化合物 Ti3 Al为基的耐更高温度的钛合金由于大量使用 Nb,Mo和 V进行合金化 ,价格贵、密度大 ,且常温与热加工时塑性又低 ,因而限制了它的应用。 Ti3 Al(α2 相 )可在α和α+β为基的耐热合金中作强化相 ,但是在5 0 0℃～ 6 0 0℃长时间保温过程中 (>10 0 h)α2 会析出而导致塑性、断裂韧性和抗裂性的急剧下降 ,因此在传统上…     

一种新型耐650℃高温钛合金的氧化行为

研究了新型耐650℃高温钛合金Ti650在600～700℃下的氧化行为。通过氧化增重试验研究了氧化动力学规律，采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析了氧化膜的相结构和表面形貌，同时测试了氧化层对力学性能的影响。结果表明，Ti650合金氧化过程分为氧化初始阶段(<50 h)和氧化稳定阶段(50～100 h)。氧化初期质量增益迅速上升，当氧化时间超过50 h后，氧化速度减慢并趋于平稳，氧化进入稳定阶段。Ti650合金的氧化反应指数n值大于2,表明Ti650合金在700℃以下具有良好的抗氧化性能。Ti650合金的氧化反应产物主要为TiO₂,呈颗粒状。随着氧化温度的升高和氧化时间的延长，TiO₂颗粒尺寸增大。     

温度对一种高固溶强化β钛合金损伤行为的影响

Ti25V15Cr0.3Si合金含有40%左右的合金元素,是一种高固溶强化的β钛合金。测试了Ti25V15Cr0.3Si合金在室温(25℃)至600℃下的裂纹扩展性能,发现随着温度升高,裂纹扩展速率增大。与Ti6Al4V和β21S合金相比,室温下Ti25V15Cr0.3Si合金的裂纹扩展速率高于Ti6Al4V而低于β21S合金。600℃高温下,Ti25V15Cr0.3Si合金的裂纹扩展速率与β21S在650℃时的水平相当。研究结果表明,合金的屈服强度、弹性模量、断裂韧性、氧化性能和组织结构特征综合影响着Ti25V15Cr0.3Si合金的裂纹扩展损伤行为。从室温到300℃,随温度的升高,Ti25V15Cr0.3Si合金的屈服强度和弹性模量降低同时断裂韧性升高,因此裂纹扩展速率变化不明显;而从500～600℃,温度升高氧化加剧,合金疲劳裂纹扩展速率明显增加。与Ti6Al4V合金相比,室温下,Ti25V15Cr0.3Si合金相对于Ti6Al4V合金具有较低的弹性模量以及等轴的β组织,裂纹扩展速率较高。而与β21S合金相比,Ti25V15Cr0.3Si合金的屈服强度和弹性模量高于β21S合金,因此裂纹扩展速率较低。6...     

Ti60合金等温锻造工艺研究

Ti60合金是我国自主研制的一种近α型高温钛合金。研究了等温锻造温度对Ti60合金显微组织、室温拉伸性能的影响,对比分析了合金600℃热暴露前后的性能变化规律。结果表明:随等温锻造温度的升高,Ti60合金锻态组织中初生等轴α相含量逐渐减少,β转变组织所占比例增多;两相区低温锻造的合金塑性最好,而β锻造的合金强度和塑性均较低,近β锻造的合金具有最佳的热稳定性能;在600℃经100 h热暴露后,合金均表现出强度略有升高,而塑性大幅降低的现象。     

科技动态

日本新制耐高温复合钛合金近日,日本金属材料研究所的专家制成了一种新型的复合钛合金,它在650℃的高温下不会产生软化,而普通高温钛合金所能承受的最高工作温度为600℃。这种复合钛合金的制造工艺是:首先制造高温钛合金粉末(6%Al、4%Zr、2%Mo、2%Sn)和作为强化材料钛铝金属间化合     

热强钛合金BT25组织与性能

介绍了前苏联航空发动机用热强钛合金（或高温钛合金）BT25的发展概况，并对BT25合金的成分特点、热处理强化优点等做了进一步阐述，给出了退火状态下的物理性能，在说明热强钛合金微观组织与力学性能关系的基础上给出了BT25合金的各种力学性能。     

国际简讯

添加钽的耐热钛合金钛在低温条件下α相是稳定的,但在高温下不稳定,会向β相作相转变。日本专家研究了钛的α相与β相之间提高其相边界温度的基本理论数据以及其它金属元素在钛合金中的作用,结果表明,如用钽置换钛合金中的铌,就可提高α相向β相作相转变的温度。根据这一研究结果,日本一所大学和一家公司联合制造了一种添加钽的新型耐热钛合金,其相转变温度从1030℃提高到1054℃。这种耐热钛合金可在600℃以上的高温下正常工作,其使用寿命是一般钛合金的3~5倍。(李有观)低成本制造钛合金钛合金具有强度高、比重小和不容易腐蚀等优点,但因生…