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。     

航空发动机钛火试验技术研究新进展

钛火是现代航空发动机典型的灾难性故障.针对高推重比发动机对钛火试验技术的迫切需求,系统开展了摩擦氧浓度法钛合金燃烧技术及理论研究,建立了阻燃性能评价方法和摩擦着火模型,阐明了阻燃钛合金的阻燃机理.在总结近期研究进展基础上,从钛火的演化规律、机理和防控三个层次,提出钛火试验技术及应用研究的思路和方向,即接近发动机气流环境的阻燃性能综合评价、发动机气流环境的阻燃性能预测模型和阻燃技术的试验验证.未来实现发动机钛火防控体系的科学构建,助推压气机“全钛化”和发动机推重比不断提高.     

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。     

界面在钛合金燃烧过程中的作用

高推重比航空发动机中的钛火在燃烧过程中燃烧界面对钛合金燃烧行为有重要影响。研究结果表明,钛合金燃烧产物与空气的界面及产物内部因膨胀系数、Ｐ－Ｂ比不同等原因,均严重开裂、多孔,不能阻止燃烧的持续进行。纯钛和ＴＣ４合金燃烧产物与基体的界面也如此,而Ｔｉ４０阻燃钛合金的燃烧产物与基体的界面致密,界面产物是稳定的具有保护作用的Ｃｒ２Ｏ３,可阻止空气中可燃气体氧向基体内扩散,降低合金的燃烧速度。以此为基础提出了阻燃钛合金的中断氧输送阻燃机理     

我国航空发动机用几种涂层技术的差距及未来发展

论述了航空发动机隐身、抗冲蚀、防钛火涂层的技术现状.强调研究多元合金化及复合冲蚀涂层、阻燃涂层及阻燃性能测试技术,研究强吸波和低红外发射涂层、宽频带和多频谱隐身、雷达与红外隐身兼容涂层,以促进我国隐身战机的研制.     

航空发动机钛合金机件的阻燃技术

叙述了航空发动机钛合金零部件的燃烧问题 ,介绍了国外阻燃涂层和阻燃钛合金的研究和应用状况     

我国航空用钛合金材料研究现状

评述了我国航空用钛合金材料研制部门近几年研究现状,包括高温钛合金、钛基复合材料、强韧性钛合金、阻燃钛合金等,以及将来的发展趋势.     

航空发动机钛火防护技术及试验验证方法

钛合金在航空发动机上应用广泛,特别是对于追求高推重比的军用发动机更是如此。但采用钛合金存在钛火风险,且钛火故障危害大、发生频率高。分析了钛火故障产生的原因,描述了故障导致的后果,并结合发动机上典型钛火故障,总结了4种较为有效的钛火防护设计技术。阐述了钛火防护技术的试验验证方法和目的,指出只有通过试验验证,才能确认钛火防护技术的安全有效。     

钛合金构件碰摩着火试验器研制及应用

介绍了自主研制的国内首台可变环境条件(压力、温度、流速)旋转碰摩式钛火试验器及相关试验研究,建立了旋转碰摩着火试验流程。通过设定旋转碰摩的工作环境及进给力大小,成功再现了钛合金试样(TC17/TC4)着火、稳定燃烧、燃烧扩展等复杂燃烧过程。该试验器的成功研制,为钛合金构件着火性能及其防护研究提供了试验手段,在航空发动机钛合金燃烧特性评估和防钛火试验研究领域,具有良好的应用前景。     

Ti-V-Cr系阻燃钛合金应用研究进展

阻燃钛合金是为了应对航空发动机钛火隐患而研制高温结构材料。经过近十年的发展,研发出500℃(Ti40)和550℃(TF550)两个耐温级别的Ti-V-Cr系阻燃钛合金,并且在Ti-V-Cr系阻燃钛合金工业铸锭熔炼、挤压开坯、棒材锻造及环锻件轧制等工艺技术方面取得了较大进展。通过拓展摩擦点火实验技术,建立了以P-co曲线定量表征钛合金抗点燃性能的测试方法,测试结果表明,Ti40与TF550阻燃钛合金具有接近的抗点燃性能。综合考虑原材料成本、综合性能和制造工艺等多方面的因素,Ti40和TF550阻燃钛合金各具优势。     

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.     

粉末耐热钛合金组织性能及成形技术

采用热等静压技术及旋转电极粉,采用预合金粉粉末冶金工艺开展了粉末耐热钛合金TC11(Ti-6.5AJ-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)制备技术研究,研制出了全致密粉末TC11合金,通过热处理工艺研究优化粉末TC11材料的组织和性能.利用光学显微镜,对其组织进行了分析,用SEM观察了旋转电极粉末形貌,对室温及高温(550℃)拉伸性能及弹性模量等进行了测试分析.粉末TC11合金的组织和性能与同批次TC11锻棒材料进行了对比研究.利用特殊模具成形,开展了粉末TC11构件近净成形技术的研究,实现了整体大尺寸、带网格加强筋的薄壁粉末TC11合金航天飞行器舱体件近净成形,且未检测出内部缺陷.研究结果表明,粉末TC11合金具有与锻造材料相当的拉伸性能,而弹性模量更优,其金相组织均匀细致,形成了网篮组织,并有围绕其分布的等轴α.粉末TC11合金及合适的近净成形技术可在高性价比、高可靠性的轻质耐热航天飞行器构件制备中得到应用.     

Suppression of Surface Burn in Grinding of Titanium Alloy TC4 Using a Self-inhaling Internal Cooling Wheel

Based on analysis of surface average temperature and burn degree, this article obtains the threshold temperature of surface burn in grinding titanium alloy with cup wheels. Meanwhile, the impact of the burn degree on the metallographic structure of workpiece surface and metallurgical phase transformations is investigated. In order to reduce the grinding temperature and improve the grinding efficiency, a self-inhaling structure cup segmented wheel is developed to generate internal cooling effect. The internal cooling technology is compared with traditional cooling conditions in the grinding experiments on TC4 (Ti-6Al-4V). The results indicate that the self-inhaling internal cooling wheel can reduce the grinding surface temperature by 30% or more, and the grinding efficiency doubles. Utilizing water-based semi-synthetic coolant, the segmented wheel with the self-inhaling structure can further reduce the grinding temperature by about 50%.     

TC11合金燃烧特性初步研究

钛火严重威胁航空发动机用钛安全,开展钛合金燃烧特性研究是发动机合理用钛及采取有效防范措施的基础。通过液滴引燃试验法初步研究了TC11合金的燃烧特性,分析了燃烧的过程特征、试片温度与氧气含量(分压)对启燃的影响及燃烧表面的微观组织。结果表明:在压缩空气/氧气作用下,TA1液滴发生燃烧并将TC11合金试片引燃,燃烧过程中反应剧烈,喷射出大量火花;随着TC11合金试片温度的提高,引燃所需的临界氧气分压逐渐降低;TC11合金试片的烧损表面形成了氧化层,从表面到内部呈现出疏松区、致密区和燃烧影响区三种典型的组织区。     

钛合金焊接结构在先进飞机中的应用及发展

钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能优异等一系列特点,是先进飞机制造中重要的结构材料.钛合金焊接技术在现代飞机制造工程中占有重要的地位,是一种特殊的制造工艺技术.本文重点论述了钛合金焊接的主要特点及存在问题,同时论述了美国及俄罗斯钛合金焊接结构在先进飞机制造工程中的应用现状与发展.     

国内外钛及钛合金材料技术现状、展望与建议

综述了近年来国内外海绵钛和钛合金材料的生产工艺技术状况和研发状况，对海绵钛和钛合金材料的技术发展趋势进行了展望，提出了加快开展电解钛技术工业化攻关和加强残钛回收研发工作的建议。     

钛及钛合金阳极氧化

钛及钛合金氧化膜的厚度、颜色因氧化溶液成份及工艺条件的不同而有所差异,可根据钛及钛合金零件的使用需要进行选择。