600℃高溫（wēn）鈦合金、阻燃（rán）鈦合金（jīn）、TiAl合金、SiCf/Ti複合（hé）材料是新型的高性能高溫鈦合金（jīn）,與普通鈦合金材料（liào）相比,其技（jì）術成熟（shú）度較低。針對先進發動機的服役特點和設計要（yào）求,特別是用於高（gāo）溫環境的轉（zhuǎn）動部件（jiàn）,需開展大量的（de）工程化應（yīng）用研究,如高溫環境下蠕變-疲勞-環境交互作（zuò）用、阻燃性能,微織構對疲勞性（xìng）能的影響,表麵完整性技術（shù）,鍛件和零件內部和表（biǎo）麵殘餘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（chéng）化應用相關的材料設（shè）計、製造加工工藝等關鍵技（jì）術。

工業鑄錠成分高純化和均勻化控製（zhì）技術（shù）

TA29,TB12以及TiAl合金的合（hé）金化複雜、合金元（yuán）素含量高,且塑性低,這類合金鑄錠的製備難度大,主要表現在:錠（dìng）型擴大時因凝固熱應力易出現開裂,成分均勻性控製難度大,容易產生偏析。采用傳（chuán）統的真空自耗電極電弧爐熔煉工藝,應適當增加熔煉次數,並控製（zhì）熔煉電流（liú）、提縮電流（liú）、錠型尺寸、坩堝冷卻方式等。對於TiAl合金,可以采用等離子體冷爐（lú）床熔煉工藝生產鑄錠。采用冷（lěng）爐床熔煉工藝可以有效去除夾雜和改善成分偏析,這（zhè）對於（yú）發（fā）動機關鍵轉動件用的鈦合金材料（liào）顯得尤為重要。我國已擁有多台等離子體冷爐（lú）床熔煉設備,具（jù）備了實驗室研（yán）究、工業化生產的能力和條件。

大規格棒材和特殊鍛件製備技術

航（háng）空鍛件用的鈦合金原材（cái）料一般采用棒材（cái）,輪盤、機（jī）匣、整體葉盤、風（fēng）扇葉片（piàn）等大型鍛件一般采用大規格棒材,對於小型的壓氣機葉片、渦輪葉片鍛件,采（cǎi）用小規格棒材。隨著先進發動機（jī）趨向於采用整體葉盤、整體葉環的結構（gòu）形式,相應鍛件和棒材的規格尺寸加大（dà）,控製大規格棒（bàng）材的組織均勻性對於保證（zhèng）鍛件的（de）質（zhì）量至關重要,需要選擇合適的鍛壓設備,優化設計鍛造（zào）工藝。對於TB12和TiAl合金（jīn）的鑄錠,因鑄態金（jīn）屬的鍛造（zào）變形抗力大、工藝塑性低、對變形溫度敏感、容易出現鍛（duàn）造開裂,鑄錠宜采用高溫擠壓開坯工藝製備大規（guī）格棒材,不僅可以提（tí）高變形的均勻性、保證（zhèng）有足夠的變形量（liàng）,還可以提（tí）高棒（bàng）材的生產效率和批次穩定性。

鈦合金（jīn）的顯微組織和（hé）晶（jīng）體學織構是影響力學性能的主要因素,原因在於α相的各向異性（xìng）。控製（zhì）鍛件顯微（wēi）組織的形態以及顯微組（zǔ）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（jí）保載疲勞（láo）性（xìng）能,減（jiǎn）小不同批次部件的性能數據（jù）分散性（xìng）。對於這些新型高溫鈦合金,特別是TiAl合金,因有序結構的引入,使得織構問題更為複雜和重要,對高低周疲勞性能和保載疲勞性能的影響也更為複雜。在棒材和鍛件製備時（shí）要嚴格控製組織和織（zhī）構。

整體葉盤（pán）和整體葉環零件機械加工技術

由（yóu）於先進發動機（jī）性能水平的不斷（duàn）提高,整體葉盤、整體葉環等已成為發展趨勢（shì）。整體葉盤葉（yè）片的結構複雜（zá）、通道開敞性差、葉片薄、彎扭大、剛性（xìng）差、易變形,設計（jì）時對其幾何精度（dù）水平、綜合質量水平要求越來越高（gāo）,機械加工和表麵完整性的保證變得越來越困難[30] 。對於葉（yè）片尺寸較小（xiǎo）的壓氣機整體葉盤（pán）和整體葉環,葉型一（yī）般采用高速數控（kòng）銑（xǐ）削方法加工,控製零件加工變（biàn）形（xíng）,采用振動光飾去（qù）應力技術以（yǐ）改善零件表麵殘餘應力分布,之後對葉片（piàn）部分型麵進行修磨和磨粒流拋光,葉型尺（chǐ）寸精度高,葉型誤差小於0.1mm,葉片表麵（miàn）粗糙度（dù）Ra達到0.2μm的水平,提高零件的表麵質量和表麵（miàn）完整性。應采用電（diàn）化學方法來加工TiAl合金葉片的型麵。

材料性（xìng）能評價及應（yīng）用設計技術

上述4類材料還處（chù）於工程化研究和試用階（jiē）段,積（jī）累的（de）性能數據不充分,影響了材料和（hé）部件的設計選材和強度計算。與普通鈦合金相比,這（zhè）4類高溫鈦合金材料的塑性、斷裂韌度、衝擊（jī）韌度均更低,缺口敏（mǐn）感性大,裂紋尖端的應力通（tōng）過局部塑性變（biàn）形而下（xià）降的能力較差。特別是TiAl合金,具有相當低的室溫拉伸塑性和抗疲勞裂紋擴展性能,但在接近700℃時會顯著改善[31] ,而且初始蠕變變形速（sù）率大。根據這類材料的特點,設計並製定科學合理的技術指標,發揮熱強性（xìng）的同時,應保證有足夠的塑性,充分重視製件的斷（duàn）裂性能。發動（dòng）機設計選（xuǎn）材（cái）和強（qiáng）度計算時,需要建立完整的材料設計性能數據庫。對於低塑性的TiAl合金,應根據材料的特性（xìng）,確定合理的部件設（shè）計和（hé）定壽方法,以及成本合算的供應鏈[32] 。合理控製TiAl合金製件結（jié）構的設（shè）計應（yīng）力水平,避免出現明顯的應力集中,提（tí）高表麵完整性[31] 。科學評價這些鈦（tài）合金的阻燃性能也至關重要。此外,無論整體葉盤還是整體葉環,在高（gāo）溫下使用時,同一個零件上存在（zài）溫度梯度,一部分材料會約束另一部分材料的（de）變形,在溫（wēn）度梯度的（de）作用（yòng）下會引起熱應力,影響（xiǎng）部（bù）件（jiàn）的疲勞性能和使用可（kě）靠性。

超（chāo）高周疲勞性能研（yán）究

實際上鈦合金材料不存在高周疲勞極限。美國的發動機結構完整性項（xiàng）目(Engine Structural Integrity Program,ENSIP)1999版和2004版均要（yào）求鈦合金發動機零部件的（de）高周疲勞壽命最（zuì）低應達到109周次[33] 。隨著作用應（yīng）力的下降,疲勞裂紋萌生位置由表麵傾向於在內部發生[34] 。對於600℃高溫鈦合金整體葉盤、鈦基複合材料整體葉環（huán）以及（jí）TiAl合金葉片,因葉片的疲勞性能對振動應力非常敏（mǐn）感,應（yīng）充分研究其超高周疲勞行為及性能。合理選用（yòng）適當的表麵（miàn）強化手段（duàn）,如激光衝擊強化和低塑性拋光等,以（yǐ）提高葉片的超高周疲勞性能,防止葉片失效引起內物損傷和災難性失效。