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。     

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。     

钛合金蜂窝壁板结构钎焊工艺

针对TC4钛合金蜂窝壁板结构,采用非晶态Ti-Zr-Cu-Ni箔状钎料,研究了钎焊温度、保温时间对钛合金蜂窝壁板结构钎焊接头组织及接头强度的影响,优化出TC4钛合金蜂窝壁板结构最佳钎焊工艺为930℃/12min.     

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。     

TC4钛合金焊后电子束局部热处理残余应力测试

用激光全息干涉法对电子束局部热处理后的TC4钛合金接头残余应力进行了测试,结果表明,经电子束局部热处理后,TC4钛合金焊接残余应力的分布趋势发生了变化,上表面焊缝区较高的残余拉应力得到了降低,且应力峰外移.     

模拟环境下TB12阻燃钛合金燃烧特征与应用设计

采用摩擦试验方法在模拟航空发动机压气机环境下对TB12阻燃钛合金的起燃和扩散燃烧等特性进行了研究。结果表明,TB12阻燃钛合金在摩擦生热作用下会发生燃烧,表现为转静子试验件初始碰磨会引发突然燃烧,局部燃烧烧损使得试验件的高度尺寸减小,但其对扩散燃烧不敏感,燃烧快速停止,未发生类似与TC4钛合金的持续扩散燃烧现象。TB12阻燃钛合金燃烧产物具有较强的黏附性能、较高的强度、润滑功能和导热系数低的特点,黏附在试验件表面可降低摩擦生热量,阻止摩擦热向基体传导,减少了转静子试验件再次引发燃烧的可能性。根据TB12阻燃钛合金燃烧特点,在航空发动机中设计应用于压气机静子叶片,初始碰磨引发TB12阻燃钛合金叶片局部烧损后快速停止,形成的燃烧产物将阻止静子叶片与转子鼓筒直接碰磨,可降低因鼓筒失稳鼓包以及鼓包与悬臂静子叶片碰磨导致航空发动机钛火这一故障风险。     

显微组织对激光增材制造航空发动机用钛合金室温及中温拉伸性能的影响

为探究显微组织对航空发动机用双相钛合金在宽温度范围下拉伸行为的影响,采用激光增材制造技术制备了三种典型的双相钛合金,在室温及400℃下进行拉伸试验,并对拉伸断口与亚表面进行观察。结果表明,室温拉伸测试中,TC17中细小弥散的针状α相强化效果最好。TC11的初生α相的形状及尺寸与TC4相近,但TC11中的纳米级次生α相能够进一步提高强度。TC4中粗大的α相板条抵抗变形的能力差,强度最低。温度对三者的影响是相同的。400℃拉伸时,三种钛合金的强度降低但塑性增加。由于温度升高对相界面的弱化作用,TC17中细小的α相发生显著形变,TC11中次生α相的强化效果减弱,TC4中α相发生剧烈变形。通过对不同钛合金显微组织室温及中温拉伸性能的研究,为探索航空发动机钛合金在宽温度范围的力学性能提供参考。     

可变环境条件下钛合金旋转摩擦着火试验研究

为研究航空发动机压气机钛合金构件发生钛火的形成机理和影响规律,围绕试验件设计、参数测试与状态调控等关键技术进行深入探索,完善了可变环境条件下的钛合金旋转摩擦试验方法,并在此基础上开展了试验件结构、材料与气流参数对钛合金燃烧特性影响的试验研究。试验结果表明:双环结构试验件具有较好的强度和刚度,能够满足钛合金摩擦试验要求;在试验工况范围内,TC4钛合金材料较Ti40材料更容易燃烧,且气流参数对钛合金燃烧特性的影响不明显。     

激光熔化沉积快速成形TC4钛合金的焊接性能

为了探索激光熔化沉积快速成形技术制备TC4钛合金的焊接性能,分别采用电子束焊、激光焊两种方法制备接头试样,并借助金相、硬度试验等方法获得接头力学性能、显微组织及硬度。结果表明:两种焊接方法得到的接头抗拉强度最高达953 MPa,焊接系数均0.9;激光和电子束焊接焊缝为网篮状α'相马氏体组织,热影响区为α相和针状马氏体组织组成。激光熔化沉积快速成形TC4钛合金和传统工艺制造的TC4钛合金在焊接特性方面表现相当。     

TC4钛合金冷却过程中组织变化分析

采用金相显微镜、扫描电镜和 HV -50A 维氏硬度分析仪研究了 TC4钛合金自β相区冷却过程中相组成及微观组织变化。结果表明,TC4钛合金冷却过程中发生β→α相变。冷却速率越小,形成α相片层越厚。TC4钛合金经1000℃固溶后,冷却到850~800℃水冷时,析出α相均匀细小,试样硬度出现峰值。随着冷却温度继续降低,试样硬度开始下降。TC4钛合金固溶后在冷却过程中的硬度变化,很可能还与 Ti2AlV（O）相和 Ti2AlV 相的析出、长大有关。