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600℃被认为是普通钛合金的“热障”温度,进一步提高工作温度受到蠕变、持久、组织稳定性、表面抗氧化等性能的限制。在500~600℃范围内,与GH4169高温合金相比,600℃高温钛合金在比强度、低周疲劳性能、抵抗疲劳裂纹扩展性能等方面有明显优势,因此,基于减重和提高推重比的目的,新型先进发动机对600℃高温钛合金有迫切需求。

国外典型的600℃高温钛合金有英国的IMI834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT36和BT41,其中IMI834在EJ200、TRENT系列、PW305、PW150等发动机上成功获得批量应用。这些合金均以Ti-AlSn-Zr-Mo-Si作为主成分系,差异之处在于合金化含量以及加入其他β稳定化元素,如IMI834加Nb,BT36加W。十几年来,国内几家科研院所在600℃高温钛合金方面开展了大量研究 ,如北京航空材料研究院研制的新一代600℃高温钛合金TA29 、中科院金属所研制的TA33。

图1 TA29钛合金整体叶盘锻件

Fig.1 TA29titanium alloy compressor blisk forging

(a)I型[8];(b)II型(a)the I type[8];(b)the II type

图2为TA29钛合金典型整体叶盘零件。整体叶盘结构消除了盘、片分离结构存在的零件连接、装配而引起的    零件之间的应力、变形和漏气损失,使发动机的工作效率、质量可靠性有所提高。采用五坐标数控加工技术生产的TA29钛合金整体叶盘零件,其外形尺寸、静平衡、荧光检测、表面残余应力等均符合设计要求,TA29钛合金整体叶盘零件通过了高温超转破裂、低循环疲劳、叶片振动疲劳强度考核。TA29钛合金大规格棒材、整体叶盘锻件和零件已具备小批生产能力。

图2 TA29钛合金整体叶盘零件

Fig.2 TA29titanium alloy compressor blisk parts

(a)I型;(b)II型(a)the I type;(b)the II type

TA29钛合金因在620℃仍具有良好的蠕变抗力,在其他性能满足设计要求时,可延伸至620℃左右长期使用。除在发动机领域具有很好的应用潜力外,TA29钛合金在750~800℃仍能保持较高的抗拉强度,可在此温度区间短时使用,应用于超高声速导弹、火箭、飞行器、空天飞机等装备的机体构件、蒙皮,以及所用发动机的高温部件。

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