新一代600℃高溫鈦合金材料的合金設計及應用展望

蔡建明， 曹春曉

(北京航空材料研究院 先進鈦合金航空科技重點實驗室，北京100095)

現代軍用戰斗機和民用飛機的優異性能在很大程度上依賴于先進航空發動機的應用，而發動機的快速發展與高溫鈦合金的大量應用密切相關。高溫鈦合金材料是鈦合金研究的重要領域，是一個國家鈦合金研究水平和航空技術發展水平的重要標志。新一代高推重比(10 以上)航空發動機，其壓氣機系統的工作條件惡劣，在依靠整體葉盤(blisk)、整體葉環(bling)、焊接結構等輕量化結構的同時，對兼具輕質、高強、耐熱、抗氧化等特性的鈦基合金，如600℃高溫鈦合金、Ti2AlNb、TiAl 合金、纖維增強鈦基復合材料等提出迫切需求及更高的性能要求［1］。與結構鋼、鋁合金、鎳基高溫合金等相比，高溫鈦合金在600℃以下在比強度、比蠕變強度和比疲勞強度方面優勢明顯［2］，以鈦代鎳，在保持相同強度和服役性能的情況下，可減重1.7 倍，這對提高發動機的推重比和使用性能效果顯著［3］。超聲速飛行器的發展對高溫鈦合金的應用也產生濃厚興趣，隨著飛行速度的提高，飛行器表面溫度越來越高，如馬赫數為6 的飛行器表面溫度已達650℃以上，因此急需高溫鈦合金用于制造蒙皮、骨架等構件。另外，新一代的空天飛機、超高聲速導彈等，其發動機及機體的高溫部件也急需高耐熱性的鈦合金。

高溫鈦合金研究的努力方向一直是致力于提高其使用溫度，即提高熱強性，同時合金須保持良好的熱動力學穩定性，即保證部件在設計壽命期內保持持續的物理和力學性能。……