600℃高溫鈦合金、阻燃鈦合金、TiAl合金、SiCf/Ti複合材料是新型的高性能高溫鈦合金,與普通鈦合金材料相比,其技術成熟度較低。針對先（xiān）進發動機的服（fú）役特點和設（shè）計（jì）要求,特別（bié）是用於高溫環境的轉動部件,需開展大（dà）量的工程化應用研究,如（rú）高（gāo）溫環境下蠕變-疲勞-環境交互作用、阻燃性能,微（wēi）織構（gòu）對疲勞性（xìng）能的（de）影響,表麵完整性技（jì）術,鍛件和零（líng）件內部和表（biǎo）麵殘餘應力分析及其對使用性能（néng）影響,使（shǐ）用壽命預測及失效分析等,解決（jué）工程化應用相關的材料（liào）設計（jì）、製造加工工藝等關鍵技術。

工業鑄錠成分高純化和均勻化控製（zhì）技術

TA29,TB12以及TiAl合金的合金化複雜（zá）、合金元素含量高,且塑性低,這類合金鑄錠的製備難度大,主要表現在:錠型擴大時因凝固熱應力易出現開裂（liè）,成分均（jun1）勻性控製難度大,容易產（chǎn）生偏析。采用傳統的真空自耗電極電弧爐熔煉工藝,應適當增加熔煉次數,並控製熔煉電流、提縮電流、錠型尺寸、坩堝冷卻方式（shì）等。對於TiAl合金,可以采用等離子體冷爐床熔煉工藝生產鑄（zhù）錠。采用冷爐床熔煉工（gōng）藝可以（yǐ）有效去除夾雜（zá）和改善成分偏析,這對於發（fā）動機關鍵轉動件用的鈦（tài）合（hé）金材料顯得尤為重要。我國已（yǐ）擁有多台等離子體冷爐床熔（róng）煉設備,具備了實驗室研（yán）究（jiū）、工業化生產的能力（lì）和條件。

大規格（gé）棒材（cái）和特殊鍛件製（zhì）備技術

航（háng）空鍛件用的（de）鈦合金原材料一般采用棒材,輪（lún）盤、機匣、整體（tǐ）葉盤（pán）、風扇葉片等（děng）大型鍛件一般采用大規格棒材,對於小型的（de）壓氣機葉片、渦輪葉片鍛件,采用小規格棒材。隨著先（xiān）進發（fā）動機趨向於采用整體葉盤、整體葉環的結構形式,相應鍛件和棒（bàng）材的規格尺寸加大,控製大（dà）規格棒材的組織均勻性對於保證鍛件的質量至關重要,需要選擇合適的鍛壓設備（bèi）,優化設計鍛（duàn）造工（gōng）藝。對於TB12和（hé）TiAl合（hé）金的鑄錠,因鑄態（tài）金屬的鍛造變形抗力大、工藝塑性低、對變形（xíng）溫（wēn）度敏感、容易出現鍛造開裂,鑄錠宜采用高溫擠壓開坯工藝製備大規格棒材,不僅可以提高變形的均勻性、保證有足夠的變形（xíng）量,還可以（yǐ）提高棒材的生產（chǎn）效率和批次穩定性。

鈦合金的顯微組織和晶體學（xué）織構是影響力學性（xìng）能的主要因素,原因在於（yú）α相的各向異性。控製鍛件顯微組織的形態（tài）以及（jí）顯（xiǎn）微組織和織構的（de）均勻性,不僅可以改善平均的性能水平（píng）,還可以提高零部件的蠕變（biàn）-疲勞交互作用性能,即保載疲勞性能,減小不同批次（cì）部件的性能數據分散性。對於這些新型高溫鈦合金,特別是TiAl合（hé）金,因（yīn）有序（xù）結構的引入,使得織構問題更為複雜和重要（yào）,對高低周疲勞性能和保載疲勞性能的影響也更為複雜。在棒材和（hé）鍛件製備時要嚴格控（kòng）製（zhì）組織（zhī）和織構。

整體葉盤和整體葉環零件（jiàn）機械加工技術

由於先進發動機性能水平（píng）的不斷提高,整（zhěng）體葉盤、整體葉（yè）環等已（yǐ）成（chéng）為發展趨勢（shì）。整體葉（yè）盤葉片的結構複雜、通道開敞性差、葉片薄、彎扭大、剛性差、易變形（xíng）,設計時對其（qí）幾何精度水平、綜合質量水平要求越來越高,機械加工和表麵完整性的保證變得（dé）越來（lái）越困難[30] 。對於葉片尺寸較小的壓氣機整體葉盤和整體（tǐ）葉環,葉型一般采用高速數控銑削（xuē）方（fāng）法加工（gōng）,控製零件加工變形,采用振動光飾去（qù）應力技術以改善零件表麵殘餘應力分布,之後對葉片部分型麵進行修磨和（hé）磨粒流拋光,葉型尺寸精（jīng）度高,葉型誤差（chà）小於（yú）0.1mm,葉片表麵粗糙度Ra達（dá）到0.2μm的水平,提高零件的表麵質量和表麵完整性。應采用電化學方（fāng）法來加工TiAl合金葉片的型麵（miàn）。

材料性（xìng）能評價（jià）及應用設計技術

上述4類（lèi）材料還處於工程化研（yán）究和試用階段,積累的（de）性能數據不充分,影響（xiǎng）了材料和部件（jiàn）的設計（jì）選材和強度計算。與（yǔ）普（pǔ）通鈦合金相比,這4類高溫（wēn）鈦合金（jīn）材（cái）料的塑性、斷裂韌度、衝擊韌度均更低,缺口敏感性大,裂紋（wén）尖端的應力通過局部塑性變形而下降的能力較差。特別是TiAl合金,具有相當低的室溫拉伸塑性和抗疲勞裂紋擴（kuò）展性能（néng）,但在（zài）接近700℃時會顯著改善[31] ,而且（qiě）初始蠕（rú）變變形速（sù）率大。根（gēn）據（jù）這類材料（liào）的特（tè）點（diǎn）,設計並製定科學合理的技術指標（biāo）,發（fā）揮熱強性的同時,應保證有足（zú）夠的塑性,充分重視製件的斷裂性能（néng）。發動機設計（jì）選材和強度計算時,需要建立完整的材料設計性能數據（jù）庫（kù）。對於低塑性的TiAl合金,應（yīng）根據材料的特性,確定合理的部件設計和定壽方法,以及成本合算的供（gòng）應鏈[32] 。合理控製TiAl合金（jīn）製件結構的設計應力水平,避免出現明顯的應力集中,提高表麵完整性[31] 。科學評價這些鈦合金的阻燃性能也至關重要。此外,無論整體葉盤還是整體葉環,在高溫下使用時,同一個零件上存在溫度梯度,一部分材料會約束（shù）另一部分材料的變形,在溫度梯度的（de）作（zuò）用下會引起熱應力,影響部件的疲勞性能和使用（yòng）可靠性。

超高周疲勞（láo）性能研究

實（shí）際上鈦合（hé）金材料不存在高周疲勞極限。美國（guó）的發動機結構完整性項目(Engine Structural Integrity Program,ENSIP)1999版和2004版均要求鈦合（hé）金發動機（jī）零部件的（de）高周疲（pí）勞壽命最低應（yīng）達到109周次[33] 。隨著作（zuò）用應力的下降,疲勞（láo）裂紋萌生（shēng）位置由表麵傾向於在內部發（fā）生[34] 。對於600℃高（gāo）溫鈦合金整體葉盤、鈦（tài）基複（fù）合材料整體葉環以及TiAl合金葉片,因葉片的疲勞性能（néng）對振動應力非常敏感,應充分研究其超高周疲勞行為及性能。合理選用適當的表麵強化手段,如激光衝（chōng）擊強化和低塑性拋（pāo）光等,以提高葉片的超高周疲勞性能,防止葉片失效引起內物損傷和災難性失效。