高温钛合金的现状与前景

简要回顾国内外固溶强化型高温钛合金材料的发展历史,分析英、美、俄等国的高温钛合金研究与应用情况及发展趋势。介绍国内自主研制、使用温度在550~650℃范围内的三种钛合金新材料及其相关技术发展,对国内高温钛合金材料进行初步梳理。参考国外高温钛合金研究、应用经验及发展趋势,结合国内实际情况,对国内高温钛合金材料体系的建立及完善提出具体建议,并展望国内高温钛合金近期研究重点和未来发展方向。     

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。     

新一代600℃高温钛合金材料的合金设计及应用展望

先进航空发动机及超声速飞行器的发展对耐热轻质的600℃高温钛合金材料提出了迫切需求。600℃高温钛合金主要用于制造发动机600℃以下高温段高压压气机轮盘、叶片、整体叶盘、机匣以及飞行器机身构件、蒙皮等,可以显著减轻结构重量,大幅提高发动机的推重比和飞行器的飞行速度和机动性。600℃高温钛合金的设计受蠕变与热稳定性本质矛盾的限制,为了最大程度发挥高温蠕变抗力,同时兼顾塑性、热稳定性等,基于当量设计准则和扩散理论,设计研制新的600℃高温钛合金材料TA29,合金系为Ti-Al-Sn-Zr-Nb-Ta-Si-C。TA29钛合金具有优异的热强性,良好的断裂韧度、塑性和热稳定性,其整体叶盘部件成功通过了发动机强度考核试验,有望推广应用于先进航空发动机、超高声速导弹等飞行器的高温结构部件。应加强TA29钛合金高温蠕变-疲劳-环境交互作用、微织构、表面完整性、残余应力分析及其对使用性能影响等研究。     

中国航发北京航空材料研究院铸造钛合金技术中心

正中国航发北京航空材料研究院是我国较早开展钛合金及其制造精确成型技术研究的单位,是航空航天系统的专业化钛合金材料研究单位,其中铸造钦合金及其精确成型技术专业至今已有50余年的历史。铸造钛合金技术中心(以下简称中心)主要从事航空航天、汽车船舶等行业用常规钛合金、高温钛合金、高强钛合金、钛铝系金属间化合物等轻质高温高强材料研制及其精确成型技术研究和产品研制,是北京市先进     

高温合金和钛合金的电火花加工研究新进展

高温合金和钛合金由于性能优越,被广泛应用于航天航空领域。但由于高温合金高温强度大且导热性差,加工硬化等现象严重,在机加工过程中刀具磨损严重,加工表面质量较差;钛合金塑性小,钛的活性较强容易被氧化或是产生氢脆性,在机加工时会出现严重的加工硬化和粘刀现象,加工难度较大。电火花加工依靠火花放电产生的局部高温来蚀除材料,工具电极和工件不接触,加工不受材料的机械性能限制,因此对于高温合金和钛合金的加工有重要的意义。从电火花成形加工、电火花线切割加工、微细电火花加工、电火花铣削、电火花表面强化和其他电火花加工方式6个方面综述了高温合金和钛合金材料电火花加工研究的新进展,并介绍了主要的研究成果。     

钛合金在飞行器中的作用

介绍国内50多年以来,发展比较成熟和使用性能稳定可靠的一些钛合金,可供设计人员选用。同镍基高温合金和不锈钢相比,钛合金的组织比较复杂,对制造工艺比较敏感,这也是在制造钛合金零部件时,必需注意的问题。本文介绍和推荐了高强钛合金TC18、TC21和TB6的一些基本性能,高温钛合金则介绍和推荐了TC25、TC11、TC6、TC4、TA19和TA15合金,与国外的Ti-100、IMI834、BT18Y、BT25Y和BT36等高温钛合金相比,TC25和TA15合金综合性能较好,加工制造工艺比较简单,成本低,更适合在国内推广应用。同时也对钛合金的发展趋势作了一些说明。     

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.     

中航工业北京航空材料研究院铸钛技术中心

<正>中航工业北京航空材料研究院铸造钛合金技术中心主要从事航空航天及汽车船舶等行业用铸造常规钛合金、高温钛合金、高强钛合金、TiAl系金属间化合物等轻质高温高强新材料的研制及其精密成型制造技术研究,具有完备的钛合金精密铸造科研生产线,形成了钛合金熔模精密铸造、砂型铸造、石墨型铸造等工艺,技术水平处于国内领先地位,并致力于不断提高材料应用及其精密     

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.     

B/Y复合微合金化高温钛合金显微组织及性能研究

研究了B/Y复合微量添加对高温钛合金凝固过程及显微组织的影响,分析了不同变形温度下高温钛合金的显微组织演变过程,测试了高温钛合金在室温和650℃下的拉伸性能。结果表明,B/Y微量复合添加使高温钛合金凝固过程中产生成分过冷,形成了包裹于β晶界的链状TiB增强相和晶界、晶内弥散分布的稀土氧化物颗粒,显著细化了原始β晶粒,抑制了β晶界的移动,使晶内析出的α片层长径比减小。不同温度轴向压缩变形后,高温钛合金饼坯不同位置处显微组织存在不均匀现象,TiB增强相促进了次生α相的球化。力学性能结果分析表明,两相区变形合金具有较好的强塑性匹配,B/Y复合添加后高温钛合金650℃拉伸强度得到明显提升。     

从教职工健康普查中看高脂血症患病情况

对中国民航学院１９９３年中老年教职工健康普查中所发现的高脂血症患者情况进行了总结。统计结果表明，３５岁以上教职工５８７人中高脂血症患病率为２７．０６％。其中男性患病率为３０．０６％，女性患病率为１４．０８％，男性高于女性。普查中还发现患高血压病的职工同时合并高脂血症者占高血压组的３７．７１％，而无高血压的教工患高脂血症者占无高血压组的２５．５６％，两者有明显差异，并随着受检人年龄组的增高，高脂血症的患病率有所增高。     

带前缘涡轮动叶内冷通道流动换热数值模拟

在静止条件下,通过数值模拟的方法对接近真实的带前缘涡轮工作叶片腔模型内的流动与换热进行了分析.结果表明:腔内斜肋引发的三维涡对换热产生了巨大的影响,在一倍肋高范围内, Y-Z 和 X-Y 平面上都出现了肋后涡,使得此处传热系数降低;在 X-Z 平面上,第2通道产生一对方向相反的涡,第3通道只产生一个涡.两个通道中的涡都占据整个横截面,这些涡增加了通道流阻.冲击和气膜流动主导了前缘通道内的换热,冲击产生的一对涡加强了流动掺混,促进了前缘吸、压力面上的换热,而高速的气膜出流推动了这一过程.相同流量工况下,第2通道带肋表面的平均换热和局部换热都是最好的,而光滑的第1通道总压降最小,综合换热性能在各个通道中最高.随着雷诺数的增加,各通道吸、压力面的局部换热和平均换热都增强,但压降系数变化不大.      

粘性跨音速喷管流场计算

本文继用隐式近似因子分解法成功地计算无粘跨音速喷管流场之后,用同样的方法,结合任意曲线坐标系,通过非定常方程在相当长时间后的定常解,针对矩形截面喷管和轴对称喷管粘性跨音速流场,求解了可压缩层流薄层N-S方程,获得了核心流,特别是边界层中的流动参数.对于矩形截面和轴对称两种喷管进行了计算,其结果和实验数据相当一致.将本文的方法应用到粘性两相流动计算,可望较多的节省机时.     

伸缩机翼变体飞机气动特性研究

伸缩机翼变体飞机通过机翼伸缩调整机翼展长,从而改变机翼面积和展弦比,改变飞机的气动布局和机翼的气动特性,满足多任务点的设计要求。简要介绍伸缩机翼变体飞机的发展历史,重点研究一种采用伸缩机翼设计的超音速飞机的气动特性变化。研究结果表明：亚音速时机翼展长伸长,展弦比增大,飞机诱导阻力降低,升阻比提高,可以明显提高飞机的航程;超音速时机翼展长缩短,展弦比减小,飞机的波阻降低,升阻比增大,提高了超音速飞行性能。伸缩机翼概念用于超音速飞机设计时能很好地兼顾亚音速巡航和超音速冲刺。     

航空发动机中介轴承的故障特征与诊断方法

提出了转差域频谱和转差域包络谱的概念,建立了诊断航空发动机中介轴承故障的方法.利用发动机高、低压转差作为触发信号,对发动机振动信号进行等转差周期采集,并在转差域对振动信号进行频谱和包络谱分析.结果表明:不平衡响应、不对中响应以及外环静止的轴承故障响应等振动信号在转差域频谱和转差域包络谱上的位置随转速变化;而中介轴承的故障响应在转差域频谱上的边频成分间距不随转速变化,具有倍频“恒间距”特征;在转差域包络谱上的位置也不随转速变化,具有“恒频”特征.带外环故障的中介轴承实验表明:转速变化时,在转差域包络谱中,外环故障特征倍频成分位置不变;在转差域频谱中,出现间隔宽度恒定为外环故障特征倍频的频率成分.      

航空动力发展的历史性机遇

从航空发动机的诞生到最先进的航空动力研制计划的实施,较详尽地分析了世界航空动力的发展态势;从军用和民用2方面论述了航空发动机在国民经济中的重要地位;总结了中国航空发动机研制水平与世界先进水平存在较大差距的原因,展望了中国动力发展的历史性机遇。     

关于加大产业结构调整力度的思考

本文从我国产业结构调整的现状及存在的问题出发，针对一般加工产业生产能力过大，高水平的加工能力不足这一突出问题进行了原因分析，在此基础上，就我国加速优化产业结构的客观基础和可能，提出了关于加大产业结构调整力度的七点思考建议。     

鲁棒技术在飞机总体设计中应用的新发展

在回顾传统鲁棒设计方法的基础上，详细论述了鲁棒技术在多学科环境中，尤其是在飞机总体设计中的应用状况和最新发展，侧重讨论了多学科鲁棒设计中的不确定性分析、敏度分析和鲁棒设计模拟，并给出了多学科鲁棒设计的一般流程。对鲁棒设计领域中的不确定性、鲁棒设计和多学科3个专业术语进行了定义，并在最后展望了鲁棒设计在工程领域的研究前景。     

智能旋翼的频域神经控制

 频域内的神经控制方法在振动主动控制中因其允许复杂的控制算法,适合于智能旋翼的控制。在建立频域智能旋翼系统模型的基础上,提出了频域内的智能旋翼神经控制方法。采用正交设计方法选取训练样本,建立频域神经模拟器,然后按照提出的算法进行控制。仿真结果表明提出的算法有效,并且具有较好的鲁棒性。     

爆震管同一截面处压力测量试验

为得到爆震管内同一截面上压力波的分布特性,在60mm×60mm×2000mm方爆震管内,用乙炔(C₂H₂)和空气混合物进行了单爆震研究.在距离封闭端1400,1600mm两个截面的不同位置处分别安装4个高频响压力传感器测得压力值.实验在光滑爆震管和安装扰流器的爆震管内分别进行,结果表明:①同一截面的压力波大小并不一样,安装扰流器的爆震管内得到充分发展的爆震波,且爆震波不是一个平面波;②壁面处压力波的压力大于爆震管道中间压力.