600℃高溫（wēn）鈦合金、阻燃鈦合金、TiAl合金、SiCf/Ti複合材料（liào）是（shì）新型（xíng）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。針對先進發動機（jī）的服役（yì）特（tè）點和設計要求,特別是用於（yú）高溫（wēn）環境的轉動部件,需開展大量的工程化應用研（yán）究,如高（gāo）溫環境下蠕變-疲勞-環境交互作（zuò）用、阻燃性（xìng）能,微織構對疲勞性能的（de）影響,表麵完整性技術,鍛（duàn）件（jiàn）和零件內部和表麵殘餘應力分（fèn）析及其對使用性能影響,使用（yòng）壽命預測（cè）及失效分析等,解決工程化應用相（xiàng）關的材料設計、製造加工工藝等關鍵技術。

工業（yè）鑄錠（dìng）成分高純化和均勻化（huà）控製技術

TA29,TB12以及TiAl合金的合金化複雜、合金元素含量高,且塑性低,這類合金鑄錠的製備難（nán）度大,主要表現在:錠型擴大時因（yīn）凝固熱（rè）應力易出現開裂,成分均（jun1）勻性控製難度（dù）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,應適當增加熔（róng）煉次數,並控製熔煉電流、提縮電流、錠型（xíng）尺寸（cùn）、坩堝冷卻方式等。對於TiAl合金,可（kě）以采用等離子體冷爐床熔煉工藝生產鑄錠。采用冷爐床熔煉工藝可以（yǐ）有效去除夾雜和改善成分偏析,這對於發動機關鍵轉動件用的（de）鈦合金材料顯得尤為重（chóng）要。我國已擁有多（duō）台等離（lí）子體冷爐床熔煉設備,具備了實驗室研究、工業化生產的能力和條（tiáo）件（jiàn）。

大規格棒材和特（tè）殊鍛件製（zhì）備技術

航（háng）空（kōng）鍛件用的鈦（tài）合金原材料一般采用棒材,輪盤、機匣、整體葉盤（pán）、風扇（shàn）葉片等大型鍛件一般采（cǎi）用大規格棒材,對（duì）於小型（xíng）的壓氣（qì）機葉片、渦輪葉片鍛件,采用小規格棒材。隨著先（xiān）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（zhèng）鍛件的質量至關重要,需要選擇合（hé）適的鍛壓設備,優化設計鍛造工藝。對於TB12和TiAl合金的鑄錠,因（yīn）鑄態金屬的鍛造變形（xíng）抗力大、工藝塑性低、對變形溫度敏感、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（guī）格棒材,不僅可（kě）以提（tí）高變（biàn）形的均勻性、保證有足（zú）夠的變形量（liàng）,還可以提高棒材的生產效率和批次穩定（dìng）性。

鈦合金的顯微組織（zhī）和晶體學織構是影響力學（xué）性能的主要因（yīn）素,原因（yīn）在於α相的各（gè）向異性。控製（zhì）鍛（duàn）件顯微組織的形（xíng）態以及顯微組織（zhī）和織構（gòu）的均勻性,不僅可以改善（shàn）平均的性能水平,還（hái）可以提（tí）高零部件的蠕變-疲（pí）勞（láo）交互作用性能,即保載疲勞性（xìng）能,減小不同批次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）有序結構的引入,使得織構問題更為複雜和重要（yào）,對（duì）高低周疲勞性能和保載疲勞性能的影響也更為複雜。在棒材和鍛件製備時（shí）要嚴格控製組織和（hé）織（zhī）構。

整體葉盤和整體葉環（huán）零件機械加（jiā）工技術

由（yóu）於先進發動機性能水平的（de）不（bú）斷提高,整體葉（yè）盤、整體葉環等已成為發展趨勢（shì）。整體葉盤葉（yè）片的結構複雜、通道開敞（chǎng）性（xìng）差、葉片薄、彎扭大、剛性差、易變形,設計時對其幾何精度水平、綜合質量水平要（yào）求越來越高,機（jī）械加工和（hé）表麵完整性的保證變得越（yuè）來越困難[30] 。對於葉片尺寸較（jiào）小的壓氣機（jī）整體葉盤和整體葉環,葉型一般采用高速數控銑削（xuē）方法加工,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（yú）應力分布,之（zhī）後對葉（yè）片部分型麵進行修磨和磨粒流拋光,葉型尺寸（cùn）精度高,葉型誤差小於（yú）0.1mm,葉片表麵粗糙度Ra達到0.2μm的水平,提高零件的表（biǎo）麵質（zhì）量和表麵完整性。應采用電（diàn）化學方法來加工TiAl合金葉片的型麵。

材料性能評價及應（yīng）用設計技術（shù）

上述4類材料還處於工程化研究和試用階段,積累的性能數據不充分,影響了材料和部件的設計選（xuǎn）材和強度計算。與普通鈦合金相比,這4類高溫鈦合金材料的塑性、斷裂韌度、衝擊韌度均更（gèng）低,缺口敏感性大,裂（liè）紋尖端的應力通過局部塑性變形而下降的（de）能（néng）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,但在接近700℃時會顯著改善[31] ,而且初（chū）始蠕變變形速率大。根據這類材料的特點,設計並製定科學合理的（de）技術指（zhǐ）標,發揮熱強性的同時,應保證有足夠的塑性,充（chōng）分重（chóng）視製件的斷裂性能。發動機（jī）設計選材和強度計算時（shí）,需要（yào）建立完整的材料設計性能數據庫。對於（yú）低塑性的TiAl合（hé）金,應根據材料的特（tè）性,確定合理的部件設計和定壽方法,以（yǐ）及（jí）成本合算的供應鏈[32] 。合理控製TiAl合金製（zhì）件結構的設（shè）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（jiàn）上存在溫度梯度（dù）,一部分材料會約束（shù）另一部分（fèn）材料的變形,在溫度梯度的作用下會引起（qǐ）熱應力,影響部件的疲勞性（xìng）能和使用可靠性。

超高周疲勞性能研究

實際上（shàng）鈦合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版均要求鈦合金（jīn）發動機零部件的高周疲勞壽命最低應達到109周次[33] 。隨著作用應力的（de）下降,疲勞裂（liè）紋萌（méng）生位置由表麵傾向於在（zài）內部發生[34] 。對於600℃高溫鈦合金整體葉盤、鈦基複合材料整體葉（yè）環（huán）以及TiAl合金（jīn）葉片,因葉片的疲勞性能對振動應力（lì）非常（cháng）敏感,應充分研究其超高周疲勞行為及性能。合理（lǐ）選用適當的表麵強化手段,如激光衝擊強化和低塑性拋光等,以提高葉片的超高周疲（pí）勞性能,防止葉片失效引起內物損傷（shāng）和（hé）災難性（xìng）失效。