600℃高溫鈦合金、阻燃鈦合金（jīn）、TiAl合金、SiCf/Ti複合材（cái）料（liào）是新型的高性能高（gāo）溫鈦合金,與（yǔ）普通鈦合金材料相比,其技術成熟度較低。針對先（xiān）進發動機的服役（yì）特點和設計要求,特別是用於高溫（wēn）環境的轉動部件,需開（kāi）展大量的工程（chéng）化應用研究,如高溫環境（jìng）下蠕（rú）變-疲勞-環境交互作用、阻（zǔ）燃性能,微織構對（duì）疲勞（láo）性能的影響,表麵完整性（xìng）技術,鍛（duàn）件和零件內部和表（biǎo）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料設計、製造加工工藝等關鍵技術。

工業鑄錠成分高純化和均勻（yún）化控製技術

TA29,TB12以及TiAl合金的合金化複雜（zá）、合金元素（sù）含（hán）量高,且塑性低,這類合金鑄錠的製備難度大,主（zhǔ）要表現在:錠型擴大時因凝固熱應（yīng）力易出現開裂,成分均勻性控製難度大,容易產生偏析。采用傳統（tǒng）的真空自耗電極（jí）電弧爐熔煉工藝,應適當增加熔煉次數,並控製熔煉電（diàn）流、提縮電流、錠型（xíng）尺寸、坩堝冷卻方式等。對於TiAl合金,可（kě）以采用等離子體冷爐床（chuáng）熔煉工藝生產鑄錠。采用冷（lěng）爐床熔煉工藝可以（yǐ）有效去除夾雜和改善成（chéng）分偏析（xī）,這（zhè）對於發動機關鍵轉動件用的鈦合金（jīn）材料顯得尤為重要。我國已（yǐ）擁有多台等離子體冷爐床熔煉設備,具（jù）備了實驗（yàn）室研究、工（gōng）業化生產的能（néng）力和條件。

大規格棒材和特殊（shū）鍛件製備技術

航空鍛件用的鈦合金原材料（liào）一（yī）般采用棒材（cái）,輪盤、機匣、整體葉（yè）盤、風扇葉片等大型鍛件一般采用大規格棒材,對於小型的壓氣機葉片、渦輪葉片鍛件（jiàn）,采用小規（guī）格棒材。隨著先進發動機趨向於采用整體葉盤、整體（tǐ）葉環的結構（gòu）形式,相應鍛（duàn）件和棒材的規格（gé）尺寸加大,控製大規格棒材的組織均勻性對於保證鍛件（jiàn）的質量至（zhì）關重要（yào）,需要選擇合適的鍛壓設備,優（yōu）化設計鍛造工（gōng）藝。對於（yú）TB12和TiAl合金的鑄錠,因鑄態金屬的鍛造（zào）變形抗力大、工藝塑性低、對變形溫度敏感、容易出現（xiàn）鍛造開（kāi）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（gāo）變形（xíng）的均（jun1）勻性、保證有足夠的（de）變形量,還（hái）可以提高棒材的生產效率（lǜ）和批次穩定性。

鈦合金的（de）顯微組織和晶體學織構是（shì）影響力學性能的主要因素,原（yuán）因在於α相的各向異性。控（kòng）製鍛件顯微（wēi）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,還可以提高零部件的（de）蠕變-疲勞交互（hù）作用性能,即保載疲勞性（xìng）能,減小不同批次部件的性（xìng）能數據（jù）分散性。對於這（zhè）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（zhī）構問題更為複雜和重要,對高低周疲勞性（xìng）能（néng）和保（bǎo）載疲勞性能的影響也更為複雜。在棒材和鍛件製備時要嚴格控製組織和織構。

整體葉盤和整體葉環零件機械加工技術

由於先進（jìn）發（fā）動機性能水平（píng）的不斷提高,整體葉盤、整體（tǐ）葉（yè）環等已成（chéng）為發展趨勢。整體葉盤（pán）葉（yè）片的結構（gòu）複雜、通道開敞性差、葉（yè）片薄、彎扭大、剛性差、易變（biàn）形（xíng）,設計時對其幾何精度水平、綜合質量水平要（yào）求越來越高,機械加工和（hé）表麵完整性的（de）保證變得越來越困難[30] 。對於葉（yè）片尺寸（cùn）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,控製零（líng）件加（jiā）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（zhī）後對葉片部分型麵進行修磨和磨粒流拋光,葉型尺（chǐ）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（biǎo）麵質量和表麵完整（zhěng）性。應采用（yòng）電化學方法來（lái）加工TiAl合金葉片的型麵。

材料性能評價及應用設計技術

上述4類材料還處於工程化研究（jiū）和試用階（jiē）段,積累的性能數據不充分,影響了材料和部件的設計選材和（hé）強度計算（suàn）。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（xià）降的能力較差。特（tè）別是TiAl合金,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] ,而且初始蠕變變形速（sù）率（lǜ）大。根據這類材料的特（tè）點,設計並製定科學合理的技術指標,發揮熱（rè）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（jì）算（suàn）時,需要建立完整的材料（liào）設計性能數據庫。對於低塑性的TiAl合金,應根據材料的特性,確定合理的部件設計和定壽方法,以及成本合算的供應鏈[32] 。合理控製TiAl合金製（zhì）件結構的設（shè）計應力（lì）水平,避免出現（xiàn）明顯的應力集中,提高表麵完整性（xìng）[31] 。科學評價這些鈦合金的阻燃性能也至關重要。此外,無論（lùn）整體（tǐ）葉盤（pán）還是整體葉環,在高溫下使用（yòng）時,同一個零件上存在溫度梯（tī）度,一部分材料會約束另一部分材（cái）料的變形,在溫度（dù）梯度的作用下會引起熱應力,影響（xiǎng）部件的疲勞性（xìng）能和使用可靠性。

超高周疲勞性能研究

實際上鈦合（hé）金材料（liào）不存在高周疲（pí）勞極限（xiàn）。美國的發動機結構完整性項目(Engine Structural Integrity Program,ENSIP)1999版和（hé）2004版均要求鈦合金發動機零部件的高周疲勞壽命最低應達到109周次（cì）[33] 。隨著作用應力的下（xià）降（jiàng）,疲勞裂紋萌生位（wèi）置由表麵傾向於在（zài）內部發生[34] 。對於600℃高溫鈦合金整（zhěng）體葉盤、鈦基複合材料整體葉環以及TiAl合金葉片,因（yīn）葉片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（jí）性（xìng）能。合理選用適當的表（biǎo）麵強化（huà）手段,如激光衝擊（jī）強化和低塑性拋（pāo）光等,以提高葉片的（de）超（chāo）高周（zhōu）疲勞性能,防（fáng）止葉片失效引（yǐn）起內物損傷和災難性失效。