高推重比航空发动机用新型高温钛合金研究进展

综述了我国航空发动机用高温钛合金材料体系的发展状况．针对未来高推重比航空发动机对新型轻质耐高温结构材料的需求,重点介绍了TiAl合金和SiC纤维增强钛基复合材料2种关键的新型高温钛合金国外研究进展和应用情况。目前我国航空发动机主要应用的是α＋β型钛合金,工作温度均在500℃以下,在更高温度使用的近α型钛合金（如600℃高温钛合金）尚处于研发阶段。国外对TiAl合金的研究已近20年,在航空发动机领域已公开报导了10多种TiAl零部件,并且完成了地面装机试验,试验结果非常理想。SiCf／Ti复合材料在航牵发动机上的典型应用是叶环类和轴类零件,美、英等国均研制出了多个零部件,并进行了发动机考核试验。TiAl和SiCf／Ti复合材料将是新一代高推重比航空发动机用的2种关键结构材料。     

TC11钛合金压气机盘闭模锻造过程中的缺陷预测

TC11钛合金压气机盘在实际生产中存在各种缺陷,降低了压气机盘的使用性能.将基于试验数据建立的TC11钛合金高温塑性变形时的延性损伤演化模型以及本构模型与有限元相结合,对某TC11钛合金压气机盘等温闭模锻造过程中的温度、等效应变和损伤变量的分布进行了数值分析,同时预测了塑性失稳区的位置.为优化其成形工艺提供了一种有效的方法.     

TA15钛合金的高周疲劳性能和断裂特征

研究了双态组织的TA15钛合金的高周疲劳性能和疲劳断裂特征,结果表明,β转变组织中次生α相的数量和形态对疲劳性能有显著影响,次生相α相的球化显著降低了合金抗裂纹扩展的能力,而大量的片状次生α相则通过造成疲劳裂纹的分枝有效地降低了疲劳裂纹的扩展速度,提高了疲劳极限.     

TiAl合金全片层组织的热稳定性研究

研究了Al含量、冷却速率和添加硼元素对TiAl合金全片层组织在1150℃的热稳定性的影响。研究表明：Al含量在46％～48％（原子分数,下同）范围的二元TiAl合金的Al含量越高,γ偏析程度越严重,铸造片层组织的热稳定性越差;Ti-48AI合金α单相区固溶处理后炉冷的粗片层组织的稳定性远远优于空冷的细片层组织,空冷细片层组织容易在晶界处发生不连续粗化转变,并且空冷片层晶粒内的魏氏片层（LW）与基体的界面往往与晶界一同成为片层组织发生分解的起始部位;Ti-48A1合金中添加0．8％B因晶界TiB2相的存在能有效抑制细片层组织的晶界不连续粗化,但γ相从TiB2／基体界面和晶界重新形核生长可使片层组织转变为均匀的细晶近γ组织。     

Al_2O_3-Ti系梯度功能材料残余热应力的有限元分析

采用有限元方法（ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ）对Ａｌ２Ｏ３－Ｔｉ系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力进行了线弹性分析。详细讨论了梯度层数目、梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响，确定了各项最佳参数。非梯度功能材料（ＮＦＧＭ）与优化后的梯度功能材料的残余热应力对比结果显示：梯度功能材料缓和热应力的效果十分显著。     

钛合金片层组织两相区变形时的流动软化机理分析

钛合金片层组织在两相区变形时流动应力随应变的增加普遍表现为快速硬化和持续软化的特征.为了研究该流动软化的机理,采用等温热压缩实验研究了TC11合金片层组织在温度890—995℃和应变速率0.01—10s~(-1)范围内的热变形行为.理论计算表明α/β片层界面(α片层内孪晶界)产生的Hall-Petch强化效应远大于片层束集边界.TC11合金片层组织高温变形的流动软化机理可归结为硬滑移模式向软滑移模式转变导致Hall-Petch强化效应的减弱.     

钛合金中的硬α缺陷及其等离子体冷炉床熔炼控制技术

本文分析了钛合金中硬α夹杂物的性质及其产生原因,调研了国内外因硬α缺陷引发的飞机飞行事故和发动机故障,认为硬缺陷是影响发动机转子零件使用可靠性最主要的潜在威胁之一.硬α夹杂物具有很高的熔点和极大的脆性,很容易成为发动机转子部件过早疲劳断裂失效的裂纹源.与真空自耗电弧炉相比,利用等离子体冷炉床熔炼技术(PACHM),可以有效地消除钛合金中的硬夹杂物.等离子体冷炉床熔炼技术是生产航空发动机转子级优质钛合金的一种有效的熔炼方法.     

喷丸对钛合金TC4磨削加工表面完整性的影响

对4种表面状态(磨削1,磨削2,磨削1+喷丸以及磨削2+喷丸)的钛合金TC4开展了表面完整性研究.测试了4种表面状态的粗糙度、残余应力和半高宽,并确定了室温疲劳极限.结果表明,磨削工艺对于钛合金TC4的半高宽和疲劳性能有较大影响,不同工艺磨削后X射线衍射峰半高宽分别为2.1.和2.5.,旋转弯曲疲劳极限分别为406 MPa和432 MPa;而喷丸后,由于表面强化层深度大于磨削影响层,残余压应力和加工硬化的作用大幅度提高了疲劳极限,并使不同加工状态的试样疲劳性能趋近一致(585 MPa和594 MPa),消除了由于磨削方法不同导致的表面完整性差别.     

激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场与热应力场

用有限元法对激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场和残余热应力场进行了模拟计算,并对烧结过程试样中的温度分布进行了实时测量.结果表明:激光照射面(Al2O3层)和背光面(Ti层)的温度落差为325℃.陶瓷侧温度梯度大于金属侧,成分梯度指数p值愈大,陶瓷侧温度梯度愈大.试样内残余热应力分布受p值控制,依据残余热应力最小且陶瓷层为压应力的设计准则,确定了激光烧结Al2O3/Ti系FGM的最佳成分梯度指数p=0.5.     

γ-TiAl合金全片层组织室温变形协调行为

研究Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2B全片层组织室温变形结构中γ/γ片层间变形协调行为.引入多晶体塑性变形的几何协调因子m,并利用矩阵分析方法计算120-旋转有序型、真孪晶型和伪孪晶型γ/γ界面两侧片层中各种滑移系之间的m值,与实验结果比较发现,通过计算m值可以预测不同类型γ/γ界面两侧片层中的有效滑移系,120-旋转有序型γ/γ界面几何协调性最好,1/6<112-]{111}形变孪晶可以通过1/2<110-]{111}普通位错协调变形;对于真孪晶型界面,1/6<112-]{111}形变孪晶可以扩展通过,并仍以1/6<112-]{111}孪晶变形进行协调.