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。     

Ti150与TC19异种钛合金钎焊工艺与接头性能研究

高温钛合金Ti150是能在600℃环境下长期服役的新型高温钛合金,TC19钛合金是一种富β的α+β两相钛合金,具有高强度、高韧性的特点。采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni(wt.%)非晶合金箔带作为钎料,进行了Ti150高温钛合金与TC19钛合金的真空钎焊连接工艺研究。通过扫描电镜分析接头组织,利用万能试验机测试接头室温和高温拉伸强度。结果表明:在930℃/35 min钎焊条件下,接头室温抗拉强度955.3 MPa,500℃高温抗拉强度达到540.0 MPa,550℃高温抗拉强度达到505.6 MPa,接头室温拉伸试样断裂于焊缝,断口总体为脆性断裂,接头高温500℃、550℃拉伸试样均断于Ti150基体上或近Ti150端面上,Ti150基体端断口有明显的延伸塑性变形。     

钛合金基础性问题研究

分析了国内近四年钛合金的基础性研究,诸如600℃高温钛合金的蠕变机理、高Nb-TiAl基合金的变形机制、颗粒增强钛基复合材料的复合机制及断裂行为、阻燃钛合金的阻燃机理、氧化机理及变形过程的计算机模拟、SiC长纤维增强的TC4和Ti40基复合材料界面、非理想状态下近α-Ti合金的超塑性机理、钛合金的近β锻造理论、α-Ti合金的低温变形机理及低温循环变形行为、透声钛合金的透声行为等,提出了钛合金的发展趋势.     

Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金的研究进展

对高温钛合金研究主要包括3个方面,一个是Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系的近α合金,一个是Ti-Al金属间化合物以及钛基复合材料。主要就Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系近α高温钛合金,从合金设计原则、各国主要的高温钛合金、600℃高温钛合金的特点、发展高温钛合金的问题及解决的途径、高温钛合金合金化探讨等5个方面进行了综述。     

钛合金在航空领域的发展与应用

钛合金具有较高的比强度和较好的高温强度,广泛应用于航空领域飞机机身结构材料和航空发动机材料。介绍了目前钛合金在航空领域的应用现状,重点介绍了高性能钛合金的研究现状,包括高强度钛合金、高温钛合金以及阻燃钛合金。最后总结归纳了我国航空钛合金的发展趋势。     

惯性摩擦焊在商用航空发动机中的应用与研究现状

惯性摩擦焊作为一种典型固相焊接工艺,因其优异的焊接工艺性能,已广泛应用于国外先进航空发动机的风扇、压气机及涡轮等核心转动部件的焊接制造,代替了原始的螺栓连接结构,有效降低了制造成本,并减轻了发动机质量,提高了推重比。目前,国内外学者针对航空发动机用钛合金、高温合金及粉末高温合金的惯性摩擦焊接工艺和数值模拟等技术进行了一系列研究,通过分析总结国内外研究和应用现状,指出国内外在惯性摩擦焊技术方面的差距,以推动国内加快惯性摩擦焊接技术的研究工作,提升惯性摩擦焊接技术研究水平,支撑先进航空发动机的研制。     

新型耐热BT25Y钛合金

据报道,前苏联航空材料研究所研制出新型耐热。α+β钛合金BT25Y,其名义成分为6.5％Al、4.0％Mo、2.0％Sn、0.6％W、0.2％Si,余为钛。该合金与目前批量生产的耐热钛合金相比,在500～550℃的温度下具有较高的短时和持久强度,是指定用于制造航空发动机圆盘和叶片材料。     

航空用损伤容限型钛合金研究与应用

为了满足新型飞机的大尺寸、高减重、长寿命和低成本的设计与应用需求,采用损伤容限型钛合金材料及其应用技术是一条重要途径。国外发达国家已经在新型损伤容限型钛合金材料研制和在先进飞机上的应用方面走在了前列,特别是像中强度的Ti-6Al—4VELI和高强度的Ti一6—22—22S等,已经成功地应用在了美国F-22／F-35,C-17等新一代飞机中,大大地提高了飞机的使用寿命和战斗力。这几年我国先后自主创新发展了中强度损伤容限型钛合金TC4-DT和高强度损伤容限型钛合金TC21,建立了损伤容限型钛合金的口处理加工技术,为我国新型飞机的研制奠定了材料应用技术基础。通过分析国内外损伤容限型钛合金材料及其新型加工工艺技术的研究发展情况,结合我国新型损伤容限型钛合金材料研究进展,重点探讨了新型损伤容限型钛合金的材料特点、性能水平和应用前景。     

Ti60高温钛合金环件组织性能与分析

Ti60高温钛合金具有优良的综合机械性能和抗蠕变性能,是我国航空及国防工业急需的新型高温钛合金.由于Ti60高温钛合金属于难变形材料,其锻造加热温度范围小,变形抗力和微观组织对热力参数敏感,因此在实际生产中锻件组织与性能的稳定性较差.本文对Ti60高温钛合金在3t自由锻锤进行改锻试验,研究其改锻成形热处理后的组织性能,...     

航空用钛合金研究进展

对航空用钛合金的研究应用情况进行综述。从合金基体相组成角度,将钛合金分为α型钛合金、α+β型钛合金和β型钛合金。着重介绍钛合金在航空发动机、飞机机身、航空紧固件等方面的应用;讨论航空用钛合金研究目前存在的问题,结果表明:提高高温热稳定性、增强蠕变抗力和降低成本是航空用钛合金今后的发展方向。     

近α型、(α+β)型和近β型钛合金的高温力学性能

研究了近α型TA15和Ti60、(α＋β)型TC21和近β型TB17钛合金在100、400、500、600、650和700 ℃时的高温力学性能。结果表明,温度在100~500 ℃时,TB17合金的高温强度最高,TA15合金的高温强度最低,TC21合金的高温强度高于Ti60合金;当温度超过600 ℃后,TB17合金的高温性能变化幅度最大,强度最低,Ti60合金的变化幅度最小,强度最高,TC21合金的强度介于TA15与Ti60合金之间,并逐渐与TA15合金接近;当温度在100 ℃时,4种合金应变硬化和应变软化作用相当,应力-应变曲线处于较为平衡的状态;当温度在400 ℃时,TB17合金变形以应变软化为主,应力随着应变增加显著降低;当温度在600 ℃时,TC21和TA15合金变形也开始以应变软化为主,但TA15合金应力的下降幅度低于TC21合金;直到温度在650 ℃时,Ti60合金变形才以应变软化为主。     

Laser cladding of titanium alloy coating on titanium aluminide alloy substrate

1　INTRODUCTIONInthedesignandmanufactureofaviationindus try ,differentpartsoftheaircraftengineshouldmeetthedifferentrequirementsonoperatingtemperatureandserviceperformance .Thesoundbondofdissimi laralloysisthekeytechniquefordevelopingnovele quipmentsandimprovingtheirintegralperformance .Lowdensityandexcellenthigh temperaturepropertiesofTiAlalloysmakethem promisinghigh temperaturestructuralmaterials .Successfuljoiningofthesematerialswillincreasetheirutilityinengineer ing[1,2 ] .Somejoinin…     

Tensile Behavior of SiC Fiber-Reinforced γ-TiAl Composites Prepared by Suction Casting

The process of preparing SiC fiber-reinforced y-TiAl composites by the conventional methods is difficult and complicated due to the high reactivity,high melting point and poor deformability of y-TiAl alloys.In this work,suction casting,a promising method for preparing SiC_f/TiAl composite,had been attempted.In the process,y-TiAl alloy melt was introduced rapidly into a mold within pre-arranged fibers that were coated with additional layer of titanium alloy.This simple method successfully prevented serious reactions between the alloy melt and the fibers which remained intact during the solidification process.The interfacial reaction layer was observed by optical microscopy,scanning electron microscopy(SEM).The interfacial reaction products were identified by transmission electron microscopy(TEM).Tensile tests of the matrix alloy and composites were performed at room temperature and 800 ℃.The results exhibited that the tensile strength of SiC_f/γ-TiAl composite was higher than that of the matrix alloy at both room temperature and 800 0 C.At room temperature,tensile strength of SiC_f/γ-TiAl composite was increased by about 7%(50 MPa),whereas a double increase in tensile strength 14%(100 MPa)was obtained at 800 ℃.The titanium alloy coating on the fiber not only prevented the serious interfacial reaction between the y-TiAl alloy melt and the SiC fiber,but also played a role in delaying the propagation of cracks in the matrix to the fiber at 800 ℃.The fracture mechanism of the composite was analyzed by fracture metallographic analysis.     

Manufacturing a TiAl alloy by high-energy ball milling and subsequent reactive sintering

A TiAl alloy was fabricated by high-energy ball milling and subsequent reactive sintering from the mixed powders of Ti and Al. High-energy ball milling produced a kind of particular composite powders with an extremely fine altemative Ti and Al lamella structure. The composite powders not only possessed good consolidation and densification characteristics, but also resulted in the augment of nucleation rate of α and γ titanium aluminides during solid-phase reactive sintering After a series of processing, pressing, degassing, extrusion, and sintering, the resultant TiAl alloy presented high relative density and refined grain sizes of （α2 ＋ γ） lamella and γ phases. The compressive yield strength of the sintered TiAl reached 600 MPa at 800℃.     

箔-纤维-箔法制备Mof/TiAl复合材料的显微组织与性能

利用箔-纤维-箔法和热压烧结成功制备出Mo_f/Ti48Al复合材料,并分析了Mo纤维对TiAl合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过635 ℃,3 MPa,10 h+680 ℃,3 MPa,4 h的两步低温热压,箔材中的Al完全反应完,TiAl箔叠层材料形成致密的Ti/TiAl₃板材,合金致密基本无孔洞。再通过1200 ℃,36 h的高温退火,Ti与TiAl₃在高温下继续反应,形成γ-TiAl、α-Ti₃Al相。高温退火后的钼纤维与基体合金发生了扩散反应,形成了扩散区域,此区域内主要相组成为TiMo、AlMo₃,钼纤维与基体合金通过扩散紧密结合在一起,界面未发现孔洞和因应力形成的裂纹。相比于未添加钼纤维的合金,添加10vol%钼纤维的复合材料抗弯性能有明显的提高,钼纤维在合金中起到了强韧化作用。     

TC4钛合金表面B-Al复合渗层的组织和性能

采用固体粉末包埋渗两步法,在TC4钛合金表面先1050 ℃渗硼 4~6 h再950~1050 ℃渗铝 4 h制备出B-Al复合耐磨渗层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、波谱仪(WDS)和能谱仪(EDS)、显微硬度仪和摩擦磨损试验机对复合渗层的物相组成、显微组织、微区成分、表面硬度和摩擦因数进行测试和分析。结果表明:B-Al复合渗层厚为37~115 μm,主要由TiB₂相和TiAl₃相组成,外层是弥散分布TiB₂的TiAl₃层,向内依次形成厚度较小的TiAl₂、TiAl及Ti₃Al等Ti-Al金属间化合物层。B-Al复合渗层表面硬度为1041.7~1429.4 HV0.1,约为TC4钛合金硬度的3.03~4.16倍;经1050 ℃×6 h渗B后1050 ℃×4 h渗Al,其摩擦因数约为0.3,较TC4钛合金基体下降约25%。     

时效处理对稀土钪微合金化钛合金组织与性能的影响

为提高钛合金在高温下的服役寿命,开展了稀土钪微合金化钛合金材料高温蠕变试验研究。将Ti64-0.25Si-xSc(x=0,0.3)合金在950 ℃×0.5 h,AC固溶后,分别在不同的温度和时间下时效,对合金的维氏硬度和高温抗蠕变性能进行测试,将蠕变曲线按时间硬化蠕变模型ε=Aσⁿt^m拟合,借助OM、TEM表征分析合金的微观组织演变。结果表明,合金在510 ℃下时效6 h的蠕变性能最为优异,加入稀土钪可以抑制晶粒的长大,改变晶粒的取向,促进网篮组织的形成,在合金中形成的Sc₂O₃可以净化基体,对提高钛合金的高温抗蠕变性能有着明显的作用。合金微观结构中存在大量的位错相互作用,堆积缠绕,合金的蠕变机制主要是位错的滑移。     

Ti80钛合金两相区高温变形本构模型及热加工图

为了确定Ti80钛合金热变形的最佳工艺窗口,采用Gleeble3500热模拟试验机对Ti80钛合金进行了高温压缩试验,试验变形温度为850~1050 ℃,应变速率为0.05~1 s^-1。结果表明,Ti80钛合金对变形温度和应变速率极其敏感,流变应力随着应变速率的增加和变形温度的降低而显著升高,近β区的流变应力分布会发生突变。应用线性回归方法,建立Ti80钛合金的高温本构方程,计算出Ti80钛合金在两相区的变形激活能为308 kJ/mol,并基于Prasad失稳准则,建立Ti80钛合金的热加工图,最终确定在变形温度为880~930 ℃的两相区变形条件下,Ti80钛合金在高应变速率下可以充分发生动态再结晶,从而获得理想的组织性能。     

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弋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。     

Al—Ti—C中间合金的相组成及其细化特性

用专利方法制备出各种成分的Al-Ti-C中间合金作为铝及铝合金的晶粒细化剂。对该系列中间合金的组织和物相分析表明：在制备中间合金过程中,C与Ti反应充分,生成TiC和TiAl3两种管二相,且TiAl3析出量取决于中间合金的Ti含量和Ti/C含量比。用于纯铝的晶粒细化试验表明：与Al-Ti-C中间合金相比,Al-Ti-C中间合金的晶粒细化效率更高;Al-Ti-C中间合金只有在组织中TiC与TiAl3保持适当比例时,才能对纯铝产生良好的晶粒细化效果,不含TiAl3的Al-Ti-C中间合金的晶粒细化作用很微弱;用Al-Ti-C中间合金细化纯铝晶粒时,响应时间短,但衰退较快,且不能通过熔体搅拌法予以消除。分析和探讨了Al-Ti-C中间合金的晶粒细化机理,认为“碳化物理论” 不能充分解释Al-Ti-C的晶粒细化机理,提出“Ti在TiC或TiAl3颗粒表面富集引发包晶反应”的晶粒细化机制。