【doc】高温钛合金的组织与性能

【doc】高温钛合金的组织与性能 高温钛合金的组织与性能 — 静,, , ;辽 球 I【L}, 高温钛合金的组织与性能7-,千'? 王西, 大多数用于航空航天领域中的超音速和近m钛台金与+口)型钛合金 高超音速飞行器及其先进的发动机,都强烈 地要求把耳前钛合金使用温度极限进一步提 高到600?以上,同时也要增加其刚度.德 国航空与航天研究组织的M.Peters及其同 事研究了近钛合金.钛铝金属问化合物和 钛基复合材料,为解决这些问题提供了可 能性. T卜6A1—4V相比,含有少量口稳定化元素 的近钛合金,能在减少体心立方晶格相 的情况下增加密排六方晶格相的体积百分 数.由于滑移系数量有限.密排六方晶格内 的组织弥散比体心立方晶格内组织弥散更 慢,变形更难.典型的近钛合金及钛铝化合 物如下所示: 合金类型牌号化学成分 近舍金 +}台金 +合金 I/vii685Ti一6Al一5Zr-0.5Mo-0.25Si(wt%) Ti一6242STj一6Al一2Sn一4Zr一2Mo-0.1Si(wt%1 IMI834Ti一5.8A1—4Sn一3.5Zr一0.7Nb一0.5Mo-0.35Si一0.06C(wt%) TIMETAI.1100Ti一6A1—2. 75Sn一4Zr-0.4Mo—OASSi(wt%1 Ti—24Al—lNb(at%1 超Tj一25Al—l?一3v—lMo(at%) Tj一48A1-2Cr一2Nb(at%1 由此表可以看出,近钛合金有约占 5wt%,6wt%的主要合金化元素铝和中性 元素(例如锡和锫);但是,只有少量的口稳 定剂(倒如铝,铌殊维持其强度与变形性 能.硅在这类合金中具有至关重要的作用, 目为硅能固溶强化相;又因硅原于比钛原 于小20%.能阻止位错滑移,所以能够有效 地降低蠕变应变. 两种最新的近钛合金为英国的?v【I834 与美国的TIMETALIl0o,前者是由英国帝 国金属工业公司(IMI)钛有限公司与罗尔 斯?罗依斯公司联合开发出来的;后者当初 是由美国钛金属公司(Timer)为普拉特一惠 特尼公司研制的. 钛铝金属阃化台物以金属间化合物 Ti,和/或TiAI为基体的一些钛合金可把使 用温度极限分别提高到650?和Bo0?:不 过,也使这些合金变脆.为了改善其脆性,提 高变形能力,可以通过两种途径,一是采用 诸如铌钼或者钒之类的口稳定化元素进行 合金化:二是通过热形变工艺过程,而使其 显微组织最佳化.实践证明,这是可行的. 对于象超之类的Tj合金来说,工 艺过程的改进能够获得相当高的延伸率和强度 值;显徽组织的细化能够提高强度,加工和 热处理的适当结合可使显徼组织中特别细小 的斜方晶系层状组织所占的体积份额很大. TiAI合金为+7两相合金,它能够保证相 当优良的使用性能.在高周疲劳状态下,双 相合金表理出更好的低温疲劳性能,而层状 组织合盘则具有较长的高温使用寿命. 钛基复合材料为了提高钍合金的刚 ?9' 性,人们已研制出了主要以SiC陶瓷纤维为 基础的纤维增强剂.引起人们注意的纤维有 两种:应用最广泛的是美国Tottron公司生产 的直径为l40脚的S一6纤维,另一种是 由英国BP金属复台材料公司生产的直径为 l00阻的口纤维.在金属基体下,纤维与基体 之间的反应非常严重,因此,必须用涂层来 保护SiC纤维. 纤维上的这些涂层对于防止增强剂与基 体之间发生的无法控制的反应是非常必要 的,它不仅表现在零部件的高温使用过程 中,更重要的是表现在更高温度下进行的金 属基体复台材料的加工与处理过程中. 纤维增强剂在复台材料中的主要作用是 提高强度,尤其是增加其刚性.纤维增强剂 的制造有三种基本选径(粉末冶金.箔片和 基体沉积). (王百宁) 燃气涡轮发动机叶片的风力喷丸强化 乌克兰查渡罗什MoropCm生产联台 公司与查渡罗什国立工业大学对燃气涡轮发动 机(?)叶片故障所进行的分析表明,其大 部分损伤为疲劳损伤.这是因为,叶片的薄 边容易受损,对微小的高低不平,刮痕,擦痕 造成的应力集中极为敏感.为了提高?叶 片的可靠性和使用寿命,就必须通过在表面 层中形成合适的残余压应力的方法来增加其 耐用性,并降低应力集中敏感性.对此上述 两个单位研究了用风力喷丸机喷丸强化BT8 钛台金压气机薄边叶片的方法 风力喷丸强化的特点是可使丸球与固定 在转盘槽中的叶片进行滑动'软'互撞.强化 规范包括有:丸球的运动速度,带有叶片的 转盘转速,喷丸机中丸球的大小和数量,从 喷嘴到叶片端面的距离.丸球运动速度由送 气压力调节.强化过程采用半自动规范,即 先让装有叶片的转盘顺时针方向旋转半个周 期,然后逆时针旋转. 喷丸机的构造可均匀而无损伤地加工叶 背和叶槽.选择叶片强化最佳规范的方法是 改变粗糙度参数和残余应力的大小.不同批 次叶片的强化规范随气压和加工时间的变化 而改变,对强化压气机一级叶片而言,转盘 的转速,丸球的尺寸和必须重量,在调试喷 丸机时通过预先试验的方法选定.在 IIHOH一2试验仪上采用机械方法测量叶片 试样叶背的残余应力. 对几组数据的比较表明,在进气压力 (p)为1.0atm,单个叶片加工时间(t)为3min 的情况下,可使叶片得到相当高的残余压应 力,并可降低表面粗糙度(与振动抛光相 比).为了评债风力喷丸机方法的效果还对 振动抛光(批量生产的)的叶片和喷丸强化 的叶片(p—1.0arm,t;3m_m)(24个为一 批)进行了疲劳试骚.试验表明,风力喷丸强 化可使叶片的持久强度极限由430MPa提高 到470MPa.而且振动抛光的叶片,无论是叶 背,还是叶片前面都存在裂纹;经过风力喷 丸强化的叶片,试验时其在叶背上出现了裂 纹. 以上研究认为.BT8钛台金压气机一级 叶片的风力喷丸强化是台理的. (王田宏) ZrO2-20%CeO2粉末制备和烧结工艺 作为ZrO2一Y:O,陶瓷的替代材料,人们 对于ZIO2一ce陶瓷很感兴趣.因为后者具 ? l0? 有很高的强度和韧性,而且相当大数量的 ?2添加剂有可能改善z10:的热性能.