600℃高溫鈦合金、阻燃鈦合金、TiAl合金、SiCf/Ti復合材料是新型的高性能高溫鈦合金,與普通鈦合金材料相比,其技術成熟度較低。針對先進發動機的服役特點和設計要求,特別是用于高溫環境的轉動部件,需開展大量的工程化應用研究,如高溫環境下蠕變-疲勞-環境交互作用、阻燃性能,微織構對疲勞性能的影響,表面完整性技術,鍛件和零件內部和表面殘余應力分析及其對使用性能影響,使用壽命預測及失效分析等,解決工程化應用相關的材料設計、制造加工工藝等關鍵技術。

工業鑄錠成分高純化和均勻化控制技術

TA29,TB12以及TiAl合金的合金化復雜、合金元素含量高,且塑性低,這類合金鑄錠的制備難度大,主要表現在:錠型擴大時因凝固熱應力易出現開裂,成分均勻性控制難度大,容易產生偏析。采用傳統的真空自耗電極電弧爐熔煉工藝,應適當增加熔煉次數,并控制熔煉電流、提縮電流、錠型尺寸、坩堝冷卻方式等。對于TiAl合金,可以采用等離子體冷爐床熔煉工藝生產鑄錠。采用冷爐床熔煉工藝可以有效去除夾雜和改善成分偏析,這對于發動機關鍵轉動件用的鈦合金材料顯得尤為重要。我國已擁有多臺等離子體冷爐床熔煉設備,具備了實驗室研究、工業化生產的能力和條件。

大規格棒材和特殊鍛件制備技術

航空鍛件用的鈦合金原材料一般采用棒材,輪盤、機匣、整體葉盤、風扇葉片等大型鍛件一般采用大規格棒材,對于小型的壓氣機葉片、渦輪葉片鍛件,采用小規格棒材。隨著 發動機趨向于采用整體葉盤、整體葉環的結構形式,相應鍛件和棒材的規格尺寸加大,控制大規格棒材的組織均勻性對于 鍛件的質量至關重要,需要選擇合適的鍛壓設備,優化設計鍛造工藝。對于TB12和TiAl合金的鑄錠,因鑄態金屬的鍛造變形抗力大、工藝塑性低、對變形溫度敏感、容易出現鍛造開裂,鑄錠宜采用高溫擠壓開坯工藝制備大規格棒材,不僅可以提高變形的均勻性、 有足夠的變形量,還可以提高棒材的生產效率和批次穩定性。

鈦合金的顯微組織和晶體學織構是影響力學性能的主要因素,原因在于α相的各向異性。控制鍛件顯微組織的形態以及顯微組織和織構的均勻性,不僅可以改善平均的性能水平,還可以提高零部件的蠕變-疲勞交互作用性能,即保載疲勞性能,減小不同批次部件的性能數據分散性。對于這些新型高溫鈦合金,特別是TiAl合金,因有序結構的引入,使得織構問題更為復雜和重要,對高低周疲勞性能和保載疲勞性能的影響也更為復雜。在棒材和鍛件制備時要嚴格控制組織和織構。