600℃高溫鈦合金、阻燃鈦合金、TiAl合金（jīn）、SiCf/Ti複合材料是（shì）新型的高性（xìng）能高溫（wēn）鈦合（hé）金,與（yǔ）普通鈦合金（jīn）材料相比,其技術成熟度較低。針對先進發（fā）動機的服役特點（diǎn）和設計（jì）要求,特別是用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（pí）勞-環境（jìng）交互作用、阻燃性能,微織構對疲勞性能的影響,表麵完整性技術,鍛件和零件內部和表麵殘餘（yú）應力分析及（jí）其對使用性能影響,使用壽命預測及失效分析（xī）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合金的合金化複雜（zá）、合金元素含量高,且塑性低,這類合金鑄錠（dìng）的製備難度大,主要表現（xiàn）在:錠（dìng）型擴大時因凝固熱應力易出現開裂,成分均（jun1）勻性控（kòng）製難度大（dà）,容易產生偏析（xī）。采用傳統的（de）真空自耗電極電弧爐熔煉工（gōng）藝,應（yīng）適當增加熔煉次數,並控製（zhì）熔煉電流、提縮電流、錠型尺寸、坩堝冷卻方（fāng）式等。對於TiAl合金（jīn）,可以采用（yòng）等離子體冷爐床熔煉工藝生產鑄（zhù）錠。采用冷爐床熔煉（liàn）工藝可以有效去（qù）除夾雜和改（gǎi）善成分偏析,這（zhè）對於發動機（jī）關鍵轉動件用的（de）鈦合（hé）金材料顯（xiǎn）得尤為重要。我國已擁有（yǒu）多台等離子體冷爐床熔煉設備（bèi）,具備了實驗室研究（jiū）、工業化（huà）生產的能力和條件。

大（dà）規格棒材和特殊（shū）鍛件製備技術

航空鍛（duàn）件用的鈦（tài）合金原材料一般采用棒材,輪盤、機匣、整體葉盤、風扇葉片等大型鍛件一般采用大規格棒材,對（duì）於小型的壓（yā）氣機葉（yè）片、渦輪葉片鍛件,采用小規格棒材。隨著先進發動（dòng）機（jī）趨向於（yú）采用整體葉盤（pán）、整體葉環的（de）結構形式,相應（yīng）鍛件和棒材的規格（gé）尺寸加大,控製大規格棒材的組織均勻性對於保證鍛件的質（zhì）量至關重要,需要（yào）選擇合適的鍛壓設備,優化設計鍛造工藝。對（duì）於TB12和TiAl合（hé）金的鑄錠（dìng）,因鑄態金屬的（de）鍛造變（biàn）形抗力大、工藝塑性低、對變形溫度（dù）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格棒材,不僅可以提高變（biàn）形的均勻性（xìng）、保證有足夠的變形量,還可以提高棒材的生產效率和批次穩定性。

鈦合金的顯微組織和晶體學織構是影響（xiǎng）力學性能（néng）的主要因（yīn）素,原因在於α相的各向異性。控（kòng）製（zhì）鍛件顯微組（zǔ）織的形態（tài）以及顯微組織和織構的均（jun1）勻性,不僅可以改善平均的（de）性能水平,還可（kě）以提高零部件的蠕變-疲勞交互作用性能,即（jí）保載疲勞性能,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合金,因有序結構（gòu）的引入（rù）,使得織構問題更（gèng）為複雜和重要,對高（gāo）低周疲勞性能和保載（zǎi）疲（pí）勞性能（néng）的影響也（yě）更為複雜。在（zài）棒（bàng）材和鍛件製備時要嚴格（gé）控製（zhì）組織（zhī）和（hé）織構。

整體葉盤和整體葉環（huán）零件機械加工技術

由於先進發（fā）動機（jī）性能水平的不（bú）斷提高,整體葉盤、整體葉環等（děng）已成為發（fā）展趨勢。整體葉盤葉片的結構複雜、通（tōng）道開敞性差、葉片薄、彎扭大（dà）、剛性（xìng）差、易變形,設計時（shí）對其幾何精度（dù）水平、綜合質量水平要求越（yuè）來越高,機械加工和表麵完整性的（de）保證變得（dé）越來越困難[30] 。對於葉片尺寸較小的壓氣機整（zhěng）體葉盤和整體葉環,葉（yè）型一般采用高速數控銑削方（fāng）法加工,控製零件加工變（biàn）形,采用振動光飾去（qù）應力技術以改善零件表麵殘餘應力分布,之後對葉（yè）片部分型麵（miàn）進行修磨和（hé）磨（mó）粒流拋光,葉型尺寸精度高,葉型誤差小於0.1mm,葉片（piàn）表麵粗（cū）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（yòng）電化學方法來加工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（liào）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（jiàn）的設計選材和強度計算（suàn）。與普（pǔ）通鈦（tài）合金相比,這4類（lèi）高溫鈦合金材料的塑性、斷裂韌度（dù）、衝擊韌度均（jun1）更低,缺口敏（mǐn）感性大,裂（liè）紋尖端的應力通過局部塑（sù）性變形而下降的能力較差。特別是TiAl合金,具有相當低的室溫拉伸（shēn）塑性和抗疲勞裂紋（wén）擴展性能,但（dàn）在（zài）接近700℃時會顯著改善[31] ,而且初始蠕（rú）變變形速（sù）率大（dà）。根據這類材料的特點（diǎn）,設計並製定科學合理的（de）技術指標（biāo）,發揮熱強性的同時,應保證有足夠的塑性,充分重（chóng）視製件的斷裂性（xìng）能。發動（dòng）機設計選材和強度計算時,需（xū）要建立（lì）完整（zhěng）的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（què）定合理的（de）部件設計和定（dìng）壽方（fāng）法,以及成本合算的供應鏈[32] 。合理控（kòng）製TiAl合（hé）金製件結構的設計應力水平,避（bì）免出現明顯的應力集中,提高表麵完（wán）整（zhěng）性[31] 。科學評價這些鈦合金的阻燃性（xìng）能也至（zhì）關重（chóng）要。此外,無論整體葉盤還是整體葉環,在高溫下使用時,同一個零件上（shàng）存在溫度梯度,一部分材料會約束另一部分（fèn）材料的（de）變形,在（zài）溫度梯度的作用下會引起熱應力,影響部（bù）件的疲勞性能和使用可靠性。

超高周疲勞性（xìng）能（néng）研（yán）究

實際上鈦合金材（cái）料不存在（zài）高周疲勞極限。美國的發動機（jī）結構完整（zhěng）性項目(Engine Structural Integrity Program,ENSIP)1999版和2004版均要（yào）求鈦合金發動（dòng）機零部件的高（gāo）周疲勞壽命最低應達到109周次（cì）[33] 。隨著作用應力（lì）的下（xià）降,疲勞裂（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環以及TiAl合金葉片,因葉片的疲勞（láo）性能對振動應（yīng）力非常敏感,應充分（fèn）研究其（qí）超高周疲勞行為及性能。合理選（xuǎn）用適當的表（biǎo）麵強化手段,如激光衝擊強化和低塑性拋光（guāng）等,以提高葉（yè）片（piàn）的超高周疲勞性（xìng）能（néng）,防（fáng）止葉片失效引起內物損傷和災難（nán）性失效。