高温钛合金中杂质元素Fe的扩散行为及其对蠕变抗力的损害作用

高温钛合金是先进航空发动机压气机应用的理想材料,代替钢或镍基高温合金,可以显著提高发动机的推重比和服役性能.随着钛合金使用温度的提高,高温蠕变抗力越来越成为影响其使用温度和使用寿命最关键的力学性能.在400～600℃的温度范围内,钛合金的蠕变变形一般受位错攀移机制所控制,蠕变激活能近似等于有效扩散激活能,因此,扩散是影响钛合金高温蠕变抗力的最主要因素.杂质元素Fe在钛合金中具有反常大的扩散能力,是Ti自扩散系数的103～105倍,在Ti中的扩散可能受离解扩散机制所控制.钛合金中的微量Fe同时会显著促进Ti的自扩散,提高位错攀移速率,从而降低蠕变抗力.为了改善高温钛合金的蠕变性能,需要严格控制原材料如海绵钛和中间合金中杂质Fe的含量.     

国外航空发动机用钛合金的发展现状

论述了俄罗斯、欧美耐热钛合金发展的历程以及在航空发动机上的应用情况.随着航空工业的发展,要求钛合金具有耐更高温度下的疲劳、蠕变、热稳定性以及抗氧化性能,以适应先进发动机的设计要求,因此近半个多世纪以来人们从未停止过对先进材料的研发,已使钛合金的使用温度从350℃提高到目前的600℃,满足了先进发动机对材料的需求.从发动机材料的发展历程分析认为,开发耐热性能良好的TiAl基金属间化合物将是满足未来先进发动机用材的方向之一.     

某钛合金材料零件车铣复合工艺技术研究

在现代航空业,金属钛作为一种新型的最为不可或缺的金属元素备受航空从业者的关注。钛高温合金在真空的条件下熔炼主要是金属元素钛为基础的合金材料,而且钛高温合金的制造过程也是相当的复杂,期间采用了各种工艺进行了加工强化,只有这样才能使钛合金材料的热强度性、热稳定性能极高,并且能适应飞机飞行中发动机因高速运行所产生的至少在800℃以上的高温环境。钛合金材料的优点使其为航空制造业所青睐,但是同时也给加工制造航空发动机的行业带来相当大的难度。由于钛合金材料在实际加工过程中一般采用高转速、大进给、小切深的加工技术,但是我国加工钛合金材料的加工工艺不成熟。加工时零件对刀具的冲击非常大,对刀具性能、加工效率、零件性能都造成了很大的影响,极其容易造成刀具的崩刃,甚至导致零件报废。本文主要对于现阶段某钛合金零件车铣加工工艺的优化进行研究。     

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复合材料在航空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。     

航空发动机用关键钛合金部件先进设计及制造技术

钛合金具有优异的各项性能,在航空发动机的关键部件中得到了重要应用。通过介绍世界知名飞机发动机制造公司的钛合金宽弦风扇叶片设计及制造技术、钛合金整体叶盘和叶环设计及制造技术以及钛合金机匣精密成型设计及制造技术的发展现状,指出钛合金宽弦风扇及整体叶盘、整体叶环制备技术和钛合金机匣精密成型技术是我国新型高性能航空发动机开发所必需掌握的关键技术,应当尽早突破。     

TC4钛合金风扇盘裂纹分析

TC4钛合金是国内外用量最多、使用范围最广的一种钛合金,已成功地在多种先进的航空发动机上得到了应用。国内装有TC4钛合金压气机盘和叶片的航空发动机,有些已经通过了长期地面试车,有些已经经历了一定时间的飞行考验。国外采用TC4钛合金做压气机部件的发动机也很多。 自行设计的某型涡轮风扇发动机一级TC4钛合金风扇盘示于图1a。本文通过对此盘榫槽部位裂纹(图1b)的分析,提出钛合金使用中     

高温钛合金的等温疲劳及热机械疲劳行为

热机械疲劳(TMF)在一定程度上会缩短喷气式发动机的某些零件的寿命,因此,在高温下服役的发动机必须具备较高的热应变循环疲劳性能.考虑到安全性,很有必要进行温度波动对材料疲劳行为影响的测试.这种疲劳测试称为热机械疲劳测试TMF测试在钢铁和镍基超合金上得到广泛使用.然而,由于传统的钛合金使用温度比较低,同时TMF测试周期长,费用高,很少有人在钛合金上进行,直到像IMI834和Ti-1100等高温钛合金出现后,才对钛合金进行了TMF测试.     

钛合金叶片燃烧后冷却过程的三维热流耦合数值模拟

为了理解航空发动机钛火发生后叶片的冷却过程,采用有限元方法结合ROTOR37转子模型,分别对550℃阻燃钛合金(TF550钛合金)和600℃高温钛合金(TA29钛合金)燃烧后压气机通道内温度场、流场进行数值模拟研究。结果表明:相对马赫数对于压气机通道内叶片散热有一定的影响,其中叶尖燃烧区域在0.7~1的低马赫数区域散热能力最佳;相对于前缘燃烧区域,叶尖燃烧区域的冷却过程更为复杂,且冷却速率比前缘燃烧区域低一个数量级;在叶尖燃烧区域内,TF550钛合金和TA29钛合金的冷却温度差异比较显著,在1000~2500K温度区间内的差别最大,前者比后者低100K以上,在300~500K温度区间内前者比后者低30K以内;叶尖燃烧区域流场的温度畸变会增加喘振的剧烈程度,设计叶片时应充分考虑燃烧对喘振裕度的影响。     

低温钛合金材料应用现状及发展趋势

随着对深空领域的进一步探索,氢氧发动机以其大推力、高稳定性、无污染等优点受到了越来越多的重视。低温钛合金作为氢氧发动机低温结构的重要材料,直接影响着氢氧发动机的综合性能。以TA7ELI,TC4ELI,CT20为重点对象,详细介绍了低温钛合金的发展历史及研究现状,对目前各国广泛应用的低温钛合金性能进行了综合对比,同时介绍了低温钛合金在不同温度下的变形机理及失效形式。此外,对低温钛合金的主要成形工艺进行了详细论述。最后,基于以上介绍,提出低温钛合金未来应该朝着更高性能、更低成本以及开发新型成形工艺3个方向发展。     

Ti—15—3铸件有希望用于飞机和发动机

钛合金铸件早已用作飞机和发动机构件,但一般只用于要求重量轻和强度适中的部位。对于要求强度很高的部位,设计师仍主要依靠沉淀硬化不锈钢,在强度要求很严格的区域,用这种不锈钢来加强钛合金,这就抵消了钛合金重量轻的优点。最新的研究表明,β钛合金有很大的强度潜力,可以使钛合金在强度要求很高的应用中充分发挥重量轻的优势。     

航空与航天用钛合金的发展

自从30年以前人们第一次利用钛合金作为燃气涡轮航空发动机的压气机叶片以来,钛合金的用量显著增加,现已广泛应用在航空发动机和飞机骨架中。钛合金在燃气涡轮发动机中的应用30年来,钛合金的操作温度已由300℃左右提高到600℃。具体地说,1948年时IMI318合金用在325℃,1958年时IMI550合金用在400℃,1965年时IMI684合金用在     

我国航空用变形钛合金材料

钛合金材料作为一种20世纪中叶出现并发展起来的新兴结构材料,因其具有优异的耐腐蚀性、高的比强度以及无磁性等一系列独特的优点,在航空航天等高端工业部门获得了广泛应用,目前飞机机体结构中的隔框、大梁、起落架以及航空发动机压气机匣、轮盘、叶片等承力部件大量使用钛合金材料制造。在上世纪60年代,美国、英国、前苏联等工业发达国家就已经在飞机及航空发动机制造中大量使用钛合金材料。我国钛合金材料在航空工业中的应用起步较晚,上世纪80年代开始才陆续在飞机及航空发动机制造中少量使用钛合金材料,但是进入21世纪之后,我国航空工业钛合金材料的应用水平大幅度提升。对我国目前已经进入工业化生产并在航空工业中获得工程化应用的变形钛合金材料进行了系统阐述。     

高温钛合金的应用及其发展前景

<正>随着经济的迅速发展和生产力的不断提高,钛(Ti)及钛合金的可应用范围越来越广阔。就当前来说,钛合金的主要作用仍然是作为高温合金在航空发动机中使用,其应用领域有待进一步拓宽。从使用温度来说,在21世纪初虽然已经突破了20世纪50年代的400℃极限,提升到600℃。但是如何解决600℃以上的钛合金蠕变抗力和高温抗氧化性会随温度不断升高而迅速下降这一难题,成为高温钛合金发展必须突破的瓶颈。     

钛合金的工艺加工特性

钛及其合金由于密度小、强度高、比强度大、高低温性能优异等优点,被广泛应用于航空航天等领域。现代飞机特别是其发动机尤其需要利用钛合金提供的这些优异性能。美国大名鼎鼎的SR-71“黑鸟”钛合金材料占了总重的93％,可称作是一种全钛飞机。在最新的波音787、空客A380、F-22战斗机、F-35战斗机等新机型也都大量采用了钛合金材料,据统计在F-22上钛合金材料占总材料的55％,而其发动机F119上钛合金材料也占了42％左右。     

医用酒精溶液对TC4钛合金力学性能的影响

在常温下对经医用酒精浸泡过的TC4钛合金试样进行单轴拉伸实验和超声疲劳实验,以研究医用酒精溶液对TC4钛合金力学性能的影响.单轴拉伸实验结果表明酒精对TC4钛合金的单轴拉伸力学性能影响极小,而经酒精浸泡再放置一段时间后,TC4钛合金的屈服强度有一定的变化.超声疲劳疲劳试验结果表明TC4钛合金经酒精浸泡后,其疲劳性能明显下降.酒精对TC4钛合金力学性能影响,是由于医用酒精降低了TC4钛合金内局部塑性,钛合金在酒精溶液中发生渗氢反应,使钛合金固溶氢浓度增加,在外载荷作用下,氢向材料缺陷处扩散富集,形成氢脆降低了材料局部塑性.     

钛合金在HF-HNO_3混合酸中酸洗试验分析

钛合金的酸洗通常在HF-HNO_3混合酸液中进行。在酸洗过程中,最重要的问题是防止钛及其合金的吸氢,因为钛合金在氢含量超过一定量后,其所值零件对应力集中敏感,使冲击韧性或缺口抗拉强度显著下降,或是构件在低速变形时发生脆断,这种在较低的应力作用下,会导致在工作过程中发生脆性断裂的现象就是氢脆。该文针对HF-HNO_3混合酸不同浓度及腐蚀时间进行试验,摸索了不同槽液浓度、时间对钛合金材料氢量的影响规律,并对试验速度进行了分析。     

IMI公司的几种高温钛合金

英国IMI钛有限公司研制高温钛合金已有30余年历史,发展了一系列有专利权的高温钛合金应用于航空燃气涡轮发动机,其工作温度分别达到300～600℃。该公司最早重视添加硅对提高高温性能的有利影响,导致发展了α+β和β热处理状态的近α合金。IMI公司面临的挑战是进一步提高钛合金的最高工作温度,实现满意的拉伸、疲劳和蠕变强度,并结合发展可焊性,可加工性,金相稳定性和抗氧化腐蚀性。     

金属与粉末冶金

<正>美铝公司将收购德国Tital公司扩展钛合金业务美铝公司宣布进一步扩展其全球航空业务,实现方式是收购Tital公司。此项收购将加强美铝的国际地位,捕捉先进喷气发动机部件的增长需求。德国Tital公司是飞机发动机和机身钛合金与铝合金结构铸件的领导者。过去5年公司钛合金的收入增长了70%,源于下一代喷气发动机将钛合金作为发动机结构部件的解决方案。美铝CEO表示:"收购是公司打造强大的航空增长     

航空发动机性能测试受感部试验研究

发动机工作过程中性能测试是生产和研制的重要环节,要想获得发动机的性能参数,必须在测量段安装受感部,而受感部的安装又或多或少的影响了发动机的流场,所以减少对发动机流场的影响会使测量数据更加真实。本文介绍了该种复合式受感部的设计及研究过程,阐述了一种复合式受感部设计研制的步骤。     

热等静压工艺参数对ZTC4钛合金力学性能的影响

为了使ZTC4钛合金铸件具有较优的力学性能,系统地研究了热等静压温度、时间、压力等工艺参数对ZTC4钛合金铸板力学性能的影响.结果表明:热等静压工艺参数变化对ZTC4钛合金室温拉伸性能、弯曲性能都有影响,其中对ZTC4钛合金伸长率的影响最为明显,但对冲击性能影响不显著.综合考虑各因素,在920℃/125MPa/2h热等...