600℃高溫（wēn）鈦合（hé）金、阻燃（rán）鈦合金、TiAl合金、SiCf/Ti複合材料是新型（xíng）的高性能高溫鈦（tài）合（hé）金,與普（pǔ）通鈦合金材料相比,其技術成（chéng）熟度較低。針對先進發（fā）動機的服役特點和設計要（yào）求,特別是用（yòng）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,微織構對疲勞性能的（de）影響,表麵完整性技術,鍛件和零件內部（bù）和表麵殘餘應力分（fèn）析（xī）及其（qí）對使（shǐ）用性能影響,使用壽命預測（cè）及失效分析等（děng）,解決工程化應用相關的材料設計、製造加工工藝等關（guān）鍵技術。

工業鑄錠成（chéng）分高純化和均勻化控製技術

TA29,TB12以及TiAl合金的（de）合金化（huà）複雜、合金元素含（hán）量高,且（qiě）塑性低,這類合金鑄錠的（de）製（zhì）備難度大,主要表現在:錠型擴大時因凝固熱（rè）應力易出現開裂,成分均勻性控（kòng）製難（nán）度大,容易產生偏析。采用傳統的真空自耗電極電弧爐熔煉工藝（yì）,應適當增加熔煉次數,並控製熔（róng）煉電流、提縮電流、錠型尺寸、坩堝冷卻方（fāng）式等。對於TiAl合（hé）金,可（kě）以采（cǎi）用等（děng）離子體冷爐床熔煉工藝生產鑄錠。采用冷爐床熔煉工（gōng）藝可以有效去除夾（jiá）雜和（hé）改（gǎi）善成分偏析,這對於發動機關鍵轉動件用的（de）鈦合金材料顯得尤為重要。我國已擁有多台等離子體冷爐床熔煉設備,具備了實驗室研究（jiū）、工業（yè）化生（shēng）產的（de）能力和條件。

大規格棒材和特殊鍛件製備技術

航空鍛件用的鈦合金原材（cái）料一般采用棒材,輪盤、機匣、整體（tǐ）葉盤、風扇葉片等大型鍛（duàn）件一（yī）般采用大規格（gé）棒材,對於小型的壓氣機葉片、渦輪葉片鍛件,采用小規格棒材。隨著先進發（fā）動機趨向於采用整（zhěng）體葉盤、整（zhěng）體葉環的結構形式,相應鍛（duàn）件（jiàn）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（zhì）量至關重要,需要選擇合適的鍛壓設備,優化設（shè）計鍛造工藝（yì）。對於TB12和TiAl合金的鑄錠（dìng）,因鑄態金（jīn）屬的鍛造變形抗力大（dà）、工藝塑性低、對變形溫度敏感、容（róng）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（gé）棒（bàng）材,不僅可以提高變形的（de）均勻性、保證有足夠的變形量,還可以提（tí）高棒材的（de）生產效率（lǜ）和批次穩定性。

鈦合金的（de）顯（xiǎn）微組織和晶體（tǐ）學織構是影（yǐng）響力學性能的（de）主要因素,原因（yīn）在於α相的各向異（yì）性。控製鍛件顯微組織的形態以及顯微組織（zhī）和織構的均勻性,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-疲勞交互作用性能,即保（bǎo）載疲勞性能,減小不（bú）同批次部件的性（xìng）能數據分散性。對於這些新型高溫鈦（tài）合金,特別是TiAl合金（jīn）,因有序結構的引入,使得（dé）織構問題更為複雜和重要,對高（gāo）低（dī）周疲勞性能和保載疲勞性能（néng）的影響也更為複雜。在棒材和鍛件製備時要嚴格控（kòng）製組（zǔ）織和織構。

整（zhěng）體葉盤和整體葉環零件機械加工技術

由（yóu）於先（xiān）進發動機性能水平的不斷提高（gāo）,整體葉盤、整（zhěng）體葉環等已（yǐ）成為發展趨勢。整體葉盤葉片的結構複雜、通（tōng）道開敞性（xìng）差、葉片（piàn）薄、彎扭大（dà）、剛性差、易變形,設計時對其幾（jǐ）何精度水（shuǐ）平、綜合質（zhì）量水平要求越來越高,機械加工和表麵完整性的保證變得越來越困難[30] 。對於葉（yè）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削方法加工,控製（zhì）零（líng）件加工變形,采用振動光飾去應力技術以改善零（líng）件表麵殘餘應力分（fèn）布,之後對葉片部分（fèn）型麵進行修磨和磨粒流（liú）拋光,葉型尺寸精度高,葉型誤差小於0.1mm,葉片表麵粗糙度Ra達到0.2μm的水平,提高零件的表麵質量和表麵完整性。應采用電化學方法來加工TiAl合金葉片的型（xíng）麵。

材（cái）料性能評價及應用設（shè）計技術

上述（shù）4類材料還處於工程化研究和（hé）試用階段,積累的性能數據不充分,影響（xiǎng）了材料和部件的設計選材和強度計算。與普通鈦合金相比,這（zhè）4類高溫（wēn）鈦合（hé）金材料的塑性、斷裂韌度、衝擊韌度均更低（dī）,缺口敏感性大,裂紋尖端的應（yīng）力通過局部塑（sù）性變形而下降的能力較差。特別是TiAl合（hé）金,具有相當低的室溫拉伸塑性和抗疲勞裂紋擴展性能（néng）,但在接近700℃時（shí）會顯著改善[31] ,而（ér）且初始蠕變變形速率大。根據這類材料的特點,設計並製定（dìng）科（kē）學合理的技術指標,發揮熱強性的同時,應（yīng）保證有足夠的塑性,充分重視製件（jiàn）的斷裂（liè）性能。發動機設計選材和強度計算時,需要建立完整的（de）材料設計性能數據庫（kù）。對於低塑性的TiAl合金,應根據材料的特性,確定合（hé）理的部件設計和定壽方法,以（yǐ）及成本合算的供應鏈[32] 。合理控製TiAl合金製件（jiàn）結（jié）構的設計（jì）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（píng）價這些（xiē）鈦合金（jīn）的阻燃性（xìng）能也（yě）至關（guān）重（chóng）要。此外,無論整體葉盤還是整體葉環,在（zài）高溫下使用時,同一個零（líng）件上存在溫度梯度,一部分材料會約（yuē）束另一部分材（cái）料的變形,在溫度梯度的作用下會引起熱應力,影響部件的疲勞性能（néng）和使用可靠性。

超高（gāo）周疲勞性能研究

實際上（shàng）鈦合金材料不存在高周（zhōu）疲勞極限。美國的（de）發動機結構完整性項目(Engine Structural Integrity Program,ENSIP)1999版和2004版均要求鈦合金發動機零部（bù）件（jiàn）的高周疲勞壽（shòu）命最低應達到109周次[33] 。隨（suí）著作用應力的下降,疲勞（láo）裂（liè）紋萌生位置由表麵傾向於在內部發生（shēng）[34] 。對於600℃高溫鈦合金整體葉盤、鈦基複合材料整體葉（yè）環以及TiAl合金葉片,因（yīn）葉（yè）片（piàn）的疲勞性能對振動應力非常敏感,應充分研究其超（chāo）高周疲勞行為及性能。合理選用適當的（de）表麵強化手段,如（rú）激光衝（chōng）擊強化和低塑性拋光等,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（zāi）難性失效。