600℃高溫鈦（tài）合金、阻燃（rán）鈦合金、TiAl合（hé）金、SiCf/Ti複合材料是新型的高性能高溫鈦（tài）合金,與普通鈦合金材料相比,其技術成熟度較低。針對先進（jìn）發（fā）動（dòng）機的服役特點和設計要求（qiú）,特別是用於高溫環境的轉動部件,需開展大量的工程化應用研究,如高溫環境下蠕變-疲勞-環境交互作用、阻燃性能,微織構對疲（pí）勞性能的影響（xiǎng）,表麵（miàn）完整性技術,鍛件和零件內部和表麵殘餘應力分析及其對使用性能影響,使用壽命預測及失（shī）效分析等,解決工程化應用相關的材（cái）料（liào）設計、製造（zào）加工工藝等關鍵（jiàn）技術（shù）。

工（gōng）業鑄錠成分高純化（huà）和均（jun1）勻化控（kòng）製技術

TA29,TB12以及TiAl合金的合金化複雜、合金元素含量高,且塑性低,這類（lèi）合金鑄錠的製備難度（dù）大,主要表（biǎo）現在:錠型擴大時因凝固熱應力易出現開裂（liè）,成分均勻性控製（zhì）難度大,容易產生偏析。采用傳統的真空自耗電（diàn）極電弧爐熔煉工藝,應（yīng）適當增加熔煉次數,並控製熔煉電（diàn）流、提（tí）縮電流、錠型尺寸、坩（gān）堝冷卻方式等。對於TiAl合金,可以采用等離子體冷爐床熔煉工藝（yì）生產鑄錠。采用冷爐床熔煉（liàn）工藝可以有效（xiào）去除夾雜和改善（shàn）成分偏析,這對於發動機關鍵（jiàn）轉動件用的鈦合金材料（liào）顯得尤為重要。我國已擁有多（duō）台等離子體冷爐床熔煉（liàn）設備,具備（bèi）了實驗室研究（jiū）、工業化生產的能（néng）力和條（tiáo）件。

大規格棒材和特殊鍛件製備技術

航空鍛件（jiàn）用的鈦合（hé）金原材（cái）料一般采用棒材,輪盤、機匣、整體葉盤、風扇葉片等大（dà）型鍛件一般采用大規格棒材,對於小型（xíng）的壓氣（qì）機葉片（piàn）、渦輪（lún）葉片鍛件,采用小規格棒材。隨著先進發動機趨向於采用整體葉盤、整體葉環的結構形式,相應鍛件和棒材的規格尺寸加大,控製大規格棒材的組織均勻性對於保證鍛件的質量至關重要,需（xū）要（yào）選擇合適的鍛（duàn）壓設備（bèi）,優化設計鍛造工藝。對於TB12和（hé）TiAl合金的鑄錠,因鑄（zhù）態金屬（shǔ）的鍛造（zào）變形抗力大、工藝塑性低、對變形溫度敏（mǐn）感、容易出現鍛造開裂,鑄錠宜采用高（gāo）溫擠壓開坯工藝製備大規（guī）格棒材,不僅可以提（tí）高變形的均勻（yún）性、保證有足夠（gòu）的變形量,還可以提高棒材的生產效率和批次穩定性。

鈦合金的顯微組織和晶體學織構是影（yǐng）響力學性能的主要因素,原因在於（yú）α相的各向（xiàng）異性。控製鍛件顯微組織（zhī）的形態以及顯微組織和織構的均（jun1）勻性,不僅可以改善平均的性能水平,還可以提（tí）高零部件的蠕變-疲勞交互作用性（xìng）能,即保載疲勞性能,減小不同批次部件的性能（néng）數據（jù）分散性。對於這些新型高溫鈦合金,特別是TiAl合金,因有序結構的引入,使得織構問題更為複雜和重（chóng）要,對高低（dī）周疲勞性能和（hé）保（bǎo）載疲勞性能的影響也更為複雜。在棒材和鍛件製備時（shí）要嚴格控製組織和織構（gòu）。

整體葉盤和整（zhěng）體葉環零件機械加工技術

由於先進發動機性能水平（píng）的不斷提高,整（zhěng）體葉盤、整體葉環（huán）等已成為發展趨勢。整體葉盤葉片的結構複雜、通道開敞性差、葉片薄、彎扭大、剛性（xìng）差、易變形,設計時對其幾何精度水平、綜合質量水平要求（qiú）越來越高,機械（xiè）加工和表麵完整性的保證變得越來越困難[30] 。對於（yú）葉片尺寸較小的壓氣機整體葉盤和整體葉環,葉型一般采用高速數控銑（xǐ）削方法（fǎ）加工,控製零件加工變形,采用振動光飾去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（háng）修（xiū）磨和（hé）磨粒流拋光（guāng）,葉型尺寸精度高（gāo）,葉型（xíng）誤差小於0.1mm,葉片表麵粗糙度Ra達到0.2μm的水平,提（tí）高零件的表麵質（zhì）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（de）型麵。

材料性能評價及應用設計技術

上述4類（lèi）材料（liào）還處於工程化研究和試用階段（duàn）,積累（lèi）的性能數據不（bú）充（chōng）分,影（yǐng）響了材料和部件的（de）設計選材和（hé）強度計算。與普通鈦合金相比（bǐ）,這4類高（gāo）溫鈦合金材料的塑（sù）性、斷（duàn）裂韌度、衝擊韌（rèn）度（dù）均更低,缺口敏感性大,裂紋尖端的應力通過局部塑性變形而下降的能力較差（chà）。特別是TiAl合金（jīn）,具有相當低的室溫（wēn）拉伸塑性和抗疲勞裂紋擴展（zhǎn）性能,但在接近700℃時會顯（xiǎn）著改善[31] ,而且（qiě）初始蠕變變形速率大。根據這類材料的特（tè）點,設計並（bìng）製定科學合理的技術指標,發揮熱強性的同時,應保證有足夠的塑性,充分重視製件的斷裂性能。發動機設計選材和強度計算（suàn）時,需要建立完整的材料設計性能數據庫。對於低塑性的TiAl合金,應根據（jù）材料的（de）特性,確定合理的部件設計和定壽方法,以及成本（běn）合（hé）算的供應鏈[32] 。合理控製TiAl合金製件結構的設計應力水平,避免出現明顯的應力集中（zhōng）,提高表麵完整性[31] 。科學評價這些鈦合金的阻（zǔ）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（cái）料會約束另一部分材料的（de）變形,在（zài）溫（wēn）度梯度的作用下會引起熱應（yīng）力,影響部（bù）件的疲勞性能和使用可靠性。

超高周疲勞性（xìng）能研究

實際上鈦合金材料不存（cún）在高周（zhōu）疲勞極限。美國的發動機結構（gòu）完整性項目(Engine Structural Integrity Program,ENSIP)1999版和2004版均要求鈦合金發動（dòng）機零部件的高周（zhōu）疲勞壽命最低應（yīng）達到109周次（cì）[33] 。隨（suí）著作用應力的下降,疲勞裂紋萌生位置由表麵傾向於在內（nèi）部發（fā）生[34] 。對於600℃高溫鈦合金整體葉盤、鈦基複合材料整（zhěng）體葉環以（yǐ）及TiAl合金葉片,因葉片的疲勞（láo）性能對振動應力非常敏感,應充分研究其超高周疲勞行（háng）為及性（xìng）能。合理選用適當的表（biǎo）麵強化手（shǒu）段（duàn）,如激光衝擊強化（huà）和低塑性拋光等,以提高葉片的（de）超高周疲勞性能,防止葉片失效（xiào）引起內物損傷和（hé）災難性（xìng）失效。