國內高溫鈦合金研究概況
早(zao)期, 高(gao)溫(wen)(wen)鈦(tai)合(he)金(jin)是指在(zai)(zai)航空(kong)發動機 350℃ 以上使(shi)用(yong)的(de)(de)無序固溶強化型鈦(tai)合(he)金(jin)。航空(kong)發動機部件在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)(wen)、復雜應(ying)力、氣流沖刷、高(gao)速振(zhen)動、環境(jing)應(ying)力腐蝕的(de)(de)苛刻環境(jing)下服役, 對其材料的(de)(de)性能(neng)要(yao)求非常嚴格。為(wei)滿足使(shi)用(yong)需求, 高(gao)溫(wen)(wen)鈦(tai)合(he)金(jin)需具有(you)強度、塑性、韌(ren)性、蠕(ru)變和疲勞性能(neng)之間的(de)(de)良好匹配, 在(zai)(zai)服役溫(wen)(wen)度下具有(you)高(gao)的(de)(de)抗氧化性和組織穩定(ding)性。中高(gao)溫(wen)(wen)長時蠕(ru)變和持久性能(neng)是高(gao)溫(wen)(wen)鈦(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)特征指標(biao)。
目(mu)前 成 熟 高 溫(wen) 鈦 合 金 的(de)(de)(de) 最 高 使 用 溫(wen) 度 是(shi)600℃ ,代(dai)表合金有(you)英國的(de)(de)(de) IMI834, 美國的(de)(de)(de) Ti-1100,俄(e)羅斯(si)的(de)(de)(de) ВТ18у 和 ВТ36, 合金體系(xi)均為 Ti-Al-SnZr-Mo-Si 系(xi)。
國(guo)內 TC4 合(he)金研(yan)究起步于 20 世(shi)紀 60 年(nian)代, 其(qi)余(yu)高溫鈦(tai)合(he)金研(yan)究起步較(jiao)晚, 從 20 世(shi)紀 80 年(nian)代初到現(xian)在(zai)歷經 30 年(nian)的(de)發(fa)展歷史。早期以(yi)仿(fang)制(zhi)為主(zhu),使用(yong)溫 度 在(zai) 520℃ 以(yi) 下, 如 TC4, TC17, TC6, TA11,TA7,TC8, TC11, TA19 和(he) TC25, 分別相(xiang)當于國(guo)外(wai)的(de)Ti-6Al-4V,Ti17,ВТ3-1, Ti-8-1-1, Ti-5Al-2. 5Sn, ВТ8,ВТ9,Ti6242S 和(he) ВТ25,這些合(he)金在(zai)國(guo)外(wai)研(yan)制(zhi)較(jiao)早且(qie)已相(xiang)當成熟,對(dui)緩解我(wo)國(guo)航(hang)空發(fa)動(dong)機用(yong)鈦(tai)合(he)金的(de)燃眉之(zhi)急,促進型號(hao)發(fa)展及建立早期高溫鈦(tai)合(he)金材料體系(xi)具有重要意義(yi)。20 世(shi)紀 80 年(nian)代中后期, 由(you)于國(guo)外(wai)技(ji)術封鎖以(yi)及國(guo)內對(dui)知識產權重視程度的(de)提高等原因(yin),開(kai)始(shi)走自主(zhu)研(yan)制(zhi)的(de)發(fa)展道路(lu),研(yan)制(zhi)的(de)合(he)金主(zhu)要是近 α 型,設(she)計使用(yong)溫度在(zai) 550 ~ 650℃ 之(zhi)間。
至 20 世紀(ji) 90 年代末(mo), 國(guo)內(nei)(nei)存在(zai) Ti55( TA12),Ti633G 和(he) Ti53311S 三(san)種牌號的(de) 550℃ 高(gao)溫鈦(tai)合(he)金,Ti55(TA12)是(shi)中科院金屬所在(zai)電子(zi)濃度(du)規律(lv)基(ji)礎上(shang)自主設(she)計(ji)、寶鈦(tai)集團(tuan)和(he)北京航空材料(liao)研(yan)究院參與研(yan)制(zhi)的(de)一種 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Nd 系近 α 型高(gao)溫鈦(tai)合(he)金( 后改進為 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Nb-Ta 系), 該合(he)金在(zai)國(guo)內(nei)(nei)起步較(jiao)早(zao),經過試(shi)車考(kao)核并接近成熟,在(zai)航空和(he)航天領域均(jun)得到(dao)應用。Ti633G 和(he) Ti53311S 是(shi)20 世紀(ji)末(mo)西(xi)北有色金屬研(yan)究院在(zai) IMI829 基(ji)礎上(shang)研(yan)制(zhi)的(de)兩種 550℃ 高(gao)溫鈦(tai)合(he)金, 名義成分分別為 Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si-0.2Gd 和(he)Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-1.0Mo-0.3Si。Ti633G 的(de)特(te)點是(shi)加入(ru)少量(liang)(liang)稀(xi)土元素 Gd,而 Ti53311S 合(he)金在(zai) IMI829成分基(ji)礎上(shang)增加 Mo 含量(liang)(liang)到(dao) 1.0 % ( 質(zhi)量(liang)(liang)分數) 左右,靜強度(du)高(gao)于 IMI829。這兩種合(he)金因未進行工(gong)程化(hua)應用研(yan)究而未在(zai)航空發(fa)動機(ji)上(shang)試(shi)車考(kao)核, 但據報(bao)道,Ti53311S 已在(zai)國(guo)內(nei)(nei)衛星(xing)姿態(tai)控(kong)制(zhi)發(fa)動機(ji)噴(pen)注器及(ji)神舟飛船上(shang)應用。
國內 600℃ 鈦(tai)合(he)(he)金研(yan)(yan)制開始于 20 世紀(ji)(ji) 80 年(nian)(nian)代(dai)末,至(zhi) 2005 年(nian)(nian), 國內有三種(zhong) 600℃ 高溫鈦(tai)合(he)(he)金, 分別為中科院金屬(shu)所設計的 Ti60、西(xi)北(bei)有色金屬(shu)研(yan)(yan)究院研(yan)(yan)制的 Ti600 和北(bei)京航空(kong)(kong)材料研(yan)(yan)究院研(yan)(yan)制的 TG6。其中 Ti60 合(he)(he)金具(ju)有自主知識(shi)產權, 目前(qian)已(yi)接近成熟并通過試車考核,Ti600 是(shi) 20 世紀(ji)(ji) 90 年(nian)(nian)代(dai)西(xi)北(bei)有色金屬(shu)研(yan)(yan)究院在 Ti1100 成分基礎上(shang)研(yan)(yan)制的一種(zhong) 600℃鈦(tai)合(he)(he)金,特點(dian)是(shi)加入 0.1% 的 Y 細(xi)化 β 退火處理后的 β 晶粒(li);TG6 是(shi)北(bei)京航空(kong)(kong)材料研(yan)(yan)究院于 2000 年(nian)(nian)研(yan)(yan)制的一種(zhong) Ti-Al-Sn-Zr-Si-Nb-Ta-C 系合(he)(he)金, 該合(he)(he)金的特點(dian)是(shi)不含(han) Mo,但加入 1.5% 的弱 β 穩定(ding)元素(su) Ta。
20 世紀 90 年代(dai)后, 中(zhong)科(ke)院(yuan)(yuan)金(jin)屬(shu)所(suo)、北京(jing)航空材料(liao)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)院(yuan)(yuan)和(he)西北有色(se)金(jin)屬(shu)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)院(yuan)(yuan)等單位均開展(zhan)了(le) 650℃ 鈦(tai)合(he)金(jin)的(de)探(tan)索(suo)性研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu), 中(zhong)科(ke)院(yuan)(yuan)金(jin)屬(shu)所(suo)和(he)北京(jing)航空材料(liao)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)院(yuan)(yuan)等單位研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)以(yi)稀土相(xiang)作為增(zeng)強顆(ke)粒(li)的(de) 650℃ 鈦(tai)合(he)金(jin), 中(zhong)科(ke)院(yuan)(yuan)金(jin)屬(shu)所(suo)采用快速凝固的(de)辦法(fa), 將稀土相(xiang)納米化(hua)后作為增(zeng)強顆(ke)粒(li)對合(he)金(jin)進行(xing)強化(hua);西北有色(se)金(jin)屬(shu)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)院(yuan)(yuan)嘗試采用 TiC作為增(zeng)強顆(ke)粒(li)使(shi)鈦(tai)合(he)金(jin)滿足 650℃ 條件(jian)下的(de)強度(du)要(yao)求。但到(dao)目前為止(zhi), 上述研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)工作尚(shang)未(wei)取得突(tu)破
2007 年以后, 中科院(yuan)金(jin)屬(shu)所、北(bei)京(jing)航空材料研(yan)(yan)究(jiu)院(yuan)和寶鈦(tai)集團聯合(he)(he)開展了 650℃ 鈦(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu),確(que)定了 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Nb-Ta-W-C 合(he)(he)金(jin)體(ti)系(xi), 合(he)(he)金(jin)牌(pai)號(hao)暫定為 Ti65。該(gai)合(he)(he)金(jin)采用傳統的(de)(de)熔(rong)煉-熱(re)加工-熱(re)處理工藝(yi)路線, 已完成實驗室階段研(yan)(yan)究(jiu)、工業(ye)生(sheng)產試(shi)制(zhi)及典型件試(shi)制(zhi)等研(yan)(yan)究(jiu)工作, 取得了高于(yu)預期(qi)目標(biao)的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)成果。該(gai)合(he)(he)金(jin)目前尚(shang)未定型。
國內為5種(zhong)600℃高溫鈦合金典(dian)型用途
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