阻燃钛合金Ti40铣削加工性研究

钛合金因优异的物理力学和化学特性(如密度低、比强度高、耐蚀性好等特点)而被广泛应用于航空航天等领域[1].虽然其综合机械性能良好,但其可燃性却极大地限制了其在一些苛刻环境条件下的应用,如高性能航空发动机的高温、高压气流环境等,在这样的背景下,阻燃钛合金应运而生[2-3].20世纪90年代,国际上已研制出多种阻燃钛合金,如美国的Alloy C合金、俄罗斯的BTT-1和BTT-3合金.国内也于1993年研制成功阻燃钛合金Ti40和Ti14.其中,Ti40具备更好的综合力学性能[4],它是一种单一β相钛合金,β相稳定元素含量高达40％,高温性能良好,长时间工作温度在500℃左右.     

航空发动机高温钛合金非等温氧化行为研究进展

阻燃性能是衡量航空发动机钛火安全的关键性能指标,通常采用钛合金材料/构件抵抗热自燃、点燃和扩展燃烧的能力进行综合评价。针对高性能航空发动机对先进高温钛合金的需求,在回顾近期抗点燃性能和抗燃烧性能试验技术研究基础上,重点从抗热自燃性能的层面介绍阻燃钛合金、高温钛合金及钛铝金属间化合物的非等温氧化行为及阻燃机理的研究进展,并对未来发展方向进行展望。     

TC11钛合金表面阻燃涂层的抗点燃性能及机理研究

采用摩擦氧浓度点燃方法,研究YSZ+NiCrAl-B.e复合涂层对TC11钛合金抗点燃性能的影响,并结合摩擦磨损分析和非稳态热传导计算,探讨复合涂层的阻燃机理。结果表明:YSZ+NiCrAl-B.e复合涂层显著提高了钛合金的抗点燃性能,其临界着火氧浓度约为钛合金基体的2.3倍;钛与复合涂层构成摩擦副的摩擦性能高于钛与钛;NiCrAl-B.e层对提高钛合金抗点燃性能的影响不明显。摩擦点燃过程中,YSZ层能够大幅度降低钛合金基体的温度升高,阻隔了热量的快速传输,从而起到延迟点燃钛合金的作用,在这个意义上,该体系涂层中YSZ层是阻燃层,热量阻隔是主要的阻燃机理。     

二次时效处理对Ti40合金力学性能的影响

研究了四种不同二次时效热处理制度对β型阻燃钛合金Ti40力学性能的影响,并分析合金的微观组织.结果表明,延长550℃时效保温时间,合金塑性降低明显;时效温度从550℃提高到700℃,对塑性影响较大,特别是热暴露后的塑性降低较快;对相的分析表明其原因主要是时效时间的延长和温度的提高都会增加Ti5Si3相的析出与长大;但延长时效时间和提高时效温度可以有效提高材料的持久性能.     

新型阻燃Ti40合金TIG焊焊接性能研究

研究新型阻燃钛合金Ti40合金的TIG(tungest inert gas)焊焊接性能,采用金相、SEM等方法分析Ti40合金焊缝及热影响区的组织变化.结果表明,Ti40合金钨极氩弧焊焊缝室温、高温拉伸性能良好,冲击性能较低.焊接之后的热处理制度对组织有一定的改善.经500℃×100h热暴露后,晶界粗化,为连续α相.     

航空发动机用TC11钛合金抗点燃性能及机理研究

采用摩擦点燃方法研究摩擦接触压力P和预混气流氧浓度c0对TC11钛合金抗点燃性能的影响,建立定量描述TC11钛合金抗点燃性能的P-c0关系,并结合原位观察、SEM和EDS等手段给出TC11钛合金点燃与抗点燃的微观机理。结果表明,TC11钛合金的P-c0关系曲线符合抛物线规律,P从0.05MPa增至0.25MPa时,点燃对应的c0降低约32.5%;TC11钛合金点燃的c0至少比TC4钛合金高20%,即TC11钛合金的抗点燃性能显著高于TC4钛合金;摩擦过程产生强烈的火花,着火首先发生在具有原生金属表面的微凸体上;点燃过程形成燃烧区、熔凝区、热影响区和过渡区四个具有不同特征的区域;富Al和Mo的钛基固溶体相降低热影响区Ti向熔凝区的扩散速率,限制燃烧区Ti与O的优先反应,并与熔凝区O的大量固溶共同阻止O向热影响区的继续扩散,从而提高微凸体的抗点燃性能。     

Ti40阻燃钛合金的基础研究

阻燃钛合金具有重要的应用前景,Ti40合金是我国研制的新型阻燃钛合金.重点综述Ti40合金的基础理论研究结果,如变形机理、氧化机理、阻燃机理等.     

阻燃钛合金Ti40的热物理性能及力学性能

作为一种功能性钛合金,Ti40阻燃钛合金的热物理性能数据首次被报道。采用真空自耗电弧熔炼技术制备的Ti40合金铸锭成分均匀,利用热挤压开坯+包套保护锻造方法制备的板坯组织均匀。性能测试结果表明:Ti40合金的室温抗拉强度为950 MPa级,且在500℃下具有良好的热暴露性能、高温蠕变性能和高温持久性能。在室温到600℃范围内,合金的杨氏模量和剪切模量随着温度的升高呈线性下降,泊松比随着温度升高而缓慢增加;线性热膨胀曲线随着温度升高呈抛物线增加,平均线膨胀系数随着温度的升高呈线性增加。     

一种稀土改性的先进高温钛合金

本文简要介绍了西北有色金属研究院研制的新型高温钛合金 Ti633G 的组织与性能特点。Ti633G 的名义成分为 Ti—6.5Al—3Sn—3Zr—1Nb—0.3Mo—0.2Gd.它是以 IMI829为基础,通过添加少量稀土元素钆(Gd)改性而成的。合金的设计思想着重在搞好蠕变—疲劳—热稳定性的配匹,获得良好的综合性能.添加0.2Gd 可使 IMI829合金的平均β晶粒尺寸由500μm减小到100μm,并抑制高温下β晶粒长大。Ti633G 中存在三种结构的 Gd_2O_3氧化物粒子和 S_2型硅化物——(TiZr)_6Si_3粒子.将 Ti633G 与 IMI829合金的拉伸、蠕变、疲劳和热稳定性进行了对比,并讨论了 Gd 在高温钛合金中的作用。Ti633G 是在航空发动机上应用的“本质细晶粒的”先进高温钛合金,使用温度可达550℃。     

热处理对650 ℃短时用Ti650板材显微组织和力学性能的影响

研制了一种Ti-Al—Sn—Zr—Mo—W—Si系650℃短时应用的Ti650钛合金板材。采用光学显微镜和扫描电镜分析了不同的热处理制度对11mm和2mm厚两种规格板材的显微组织的影响，并测试了力学性能。结果表明：经三重热处理后，Ti650钛合金拥有良好的室温、650℃拉伸性能和室温冲击性能。     

离子辅助沉积Al膜层增强Ti811钛合金高温微动疲劳抗力

为提高Ti811钛合金高温微动疲劳抗力,利用离子辅助沉积技术在Ti811钛合金表面制备Al膜层。对比研究多弧离子镀(MIP)和离子辅助多弧沉积(IAD)Al膜层的膜基界面成分分布、膜基结合强度、显微硬度、摩擦学性能。探讨IAD铝膜层对Ti811合金微动疲劳抗力的影响。结果表明,利用离子辅助多弧沉积技术可以获得膜基结合强度高、硬度低、减摩润滑性能好的Al膜层,该膜层能够显著提高Ti811钛合金350℃时的微动疲劳抗力。     

热暴露对TC11钛合金断裂行为的影响

对TC11钛合金经不同温度和时间热暴露后的拉伸性能进行了考察,对不同热暴露后断裂行为的变化及其原因进行了分析研究。结果表明,热暴露温度不高于550℃,热暴露后的室温拉伸性能与未处理时相差不大,断面由纤维区和剪切唇区组成,无放射区;热暴露温度高于550℃时,热暴露后TC11钛合金的塑性急剧下降,断面由放射区和剪切唇区组成,无纤维区,且放射区收敛于断面上靠近试样表面附近,点源。放射区微观上可见韧窝、准解理及沿相界、晶界分离的混合形貌特征,不同于纤维区的等轴韧窝形貌,且剪切唇区可见解理、准解理脆性断裂特征。热暴露后TC11钛合金这种宏微观断裂行为的变化是由试样表面氧污染层的缺口效应、针状α2(Ti3Al)相的析出以及次生α与β的长大所致。     

增材制造600℃高温钛合金研究进展

先进航空发动机高压压气机550～600℃环境使用的关键/重要件对600℃高温钛合金提出迫切需求。但是,难成形的复杂构件以及梯度/复合结构与功能一体化构件等的制造,采用传统铸造、锻造等工艺技术难以满足需求和研发要求。增材制造是先进制造技术的典型代表,拥有材料设计-制造一体化、复杂设计-定制一体化等独特优势,为600℃高温钛合金新材料/新技术研发提供了新的途径。目前国内外已开始关注通过增材制造的方式制备600℃高温钛合金,重点研究材料-工艺-组织-性能的关系。本文首先简要回顾600℃高温钛合金研究,其次重点介绍不同增材制造工艺下600℃高温钛合金沉积态和后处理态的微观组织特点;在综合性能研究方面,列举并分析拉伸性能、蠕变性能、热疲劳性能和抗氧化性能等关键性能;在复杂设计/复合结构章节,论述以600℃高温钛合金为基体的复合材料和梯度结构增材制造的研究进展。最后,对增材制造600℃高温钛合金材料开发、复合工艺探索、缺陷控制和性能评价标准建立等研究方向进行展望。     

钛合金在飞机上的应用

随着航空工业的发展和对综合性能优良材料的需求,高温钛合金、阻燃钛合金、TiAI金属间化合物以及高强、高韧、高损伤容限型钛合金及钛基复合材料等将成为钛合金的主要发展方向     

TC11钛合金微动磨损及疲劳防护工艺的探讨

对 TC1 1钛合金抗微动磨损及抗微动疲劳的表面强化工艺进行了研究。试验结果表明,渗氮、等离子喷涂 1 2 % Co包 WC及 α-Al2 O3、离子镀 Ti N及 ( Ti+ B) N、离子注入 N+等对TC1 1钛合金的抗微动磨损能力均有所改善。其中,离子镀 Ti N及 ( Ti+ B) N防护效果较好,形成的表面强化层自身强度高且具有一定厚度,与基体结合性好,降低摩擦系数,使材料的抗微动磨损能力有较大的提高     

TB5钛合金脉冲阳极氧化膜电偶腐蚀性能研究

通过脉冲阳极氧化技术在TB5钛合金表面制备一种抗电偶腐蚀的氧化膜,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪分析了钛合金阳极氧化膜的组织形貌和晶体结构,测量了TB5钛合金与钢及铝合金间的电偶腐蚀性能,并采用电化学的方法探讨了钛合金阳极氧化膜的抗电偶腐蚀的机理。结果表明,该氧化膜为厚度约为2~3μm的多孔结构膜,由锐钛型Ti O2晶体和无定型的Ti O2混合组成;电化学分析显示,钛合金阳极氧化后反应电阻增大导致电偶腐蚀电流密度降低;因此,对钛合金进行脉冲阳极氧化处理可以有效降低钛合金电偶触腐蚀敏感性。     

28钢和406钢的化学成分对其组织和性能影响的研究

采用相同条件下感应电炉熔炼、电渣重熔,经锻造和退火,930℃加热、油中淬火,不同温度回火2小时后空气冷却,测定拉伸性能、梅氏冲击韧性、三点弯曲 K_(1c) 值和WOL 试样在3.5%Nacl 水溶液的 K_(1scc)值,比较了含碳量为0.27、0.31%的 Cr3SiNiMoWV系钢(28钢系列)和0.32%C 的 SiMnCrMoV 系钢(降碳406钢)的性能。试验结果表明,碳对超高强度钢在回火马氏体状态下的强韧性和抗延迟断裂性能具有决定性的作用。相同碳含量条件下 Cr3SiNiMoWV 系钢具有比 SiMnCrMoV 系钢更高的冲击韧性;当碳含量稍高时,在550℃回火后具有较高的强韧结合和耐延迟断裂的性能。降碳406钢在低温回火后的各项性能并不逊色。     

连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展

连续SiC纤维增强钛基(SiC_f/Ti)复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温等特点,在航空航天领域具有重要的应用前景。本文总结了SiCf/Ti复合材料的应用、制备、性能调控和检测技术,并提出了SiCf/Ti复合材料未来需要突破的瓶颈问题。SiC_f/Ti复合材料单向性能优异,在环类转动件(叶环、涡轮盘等)、杆件(涡轮轴、连杆、紧固件等)以及板类构件(飞机蒙皮等)具有明显应用优势。常用的SiC_f/Ti复合材料的制备方法有箔压法和基体涂层法,箔压法适合制备板类结构件,基体涂层法适用于缠绕形式的结构件,如环、盘以及杆等。SiC_f/Ti复合材料的性能主要取决于SiC纤维、钛合金基体以及纤维/基体界面。SiC纤维微观结构和性能对制备工艺具有较强的敏感性,通过反应器结构和沉积条件调控获得性能稳定的SiC纤维是研究重点之一。钛合金基体可通过物理气相沉积的方法涂敷到纤维表面,制备出钛合金先驱丝,这是后续制备出高质量构件的关键。界面微观结构、热稳定性、力学性能与纤维表面的涂层密切相关,因此涂层种类和结构调控是SiC<...     

航空发动机钛火故障及防护技术

钛合金以其优良的特性在航空发动机上得以广泛应用,在显著提高发动机性能的同时,也带来了另外一个严重的问题——钛火故障。本文阐述了钛火故障的危害及原因,介绍了改进结构设计、发展钛合金阻燃涂层和阻燃钛合金等钛火防护技术。     

Ti-Cr合金的燃烧行为及燃烧产物分析

以DCSB法点燃Ti Cr二元合金 ,研究该合金的燃烧行为及其燃烧产物。结果表明 :Ti (>10 % )Cr合金元素的燃烧速度较低 ,Cr含量大于 15 %的合金阻燃效果更明显 .Ti Cr合金燃烧产物表面及Ti (<10 % )Cr合金的燃烧产物与基体的界面均开裂多孔 ,不可能阻止氧向基体内扩散 ;而Ti (>10 % )Cr合金的燃烧产物与基体的界面氧化物比较致密 ,降低了燃烧速度。Ti Cr合金的燃烧产物是TiO2 、TiO和TiCrO3