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图7 TiAl合金高压压气机转子叶片等温锻件

Fig.7 High pressure compressor rotor blade of TiAl alloy forging through isothermal die forging process

图8 TiAl合金高压压气机转子叶片零件

Fig.8 High pressure compressor rotor blade parts of TiAl alloy

连续SiC纤维作为增强体,其性能和稳定性是影响SiCf/Ti复合材料最终性能的关键因素之一。国际上SiC纤维主要有美国Textron公司的SCS系列和英国DERA公司的Sigma系列,这两家公司分别采用碳芯和钨芯通过直流电阻加热CVD方法制备SiC纤维,抗拉强度大于3600MPa。国内北京航空材料研究院及中科院金属所均制备出抗拉强度大于3800MPa的钨芯SiC纤维,性能稳定。

界面反应涂层是保证复合材料高性能的关键,合适的涂层可以保护纤维,阻止界面反应,实现载荷传递,使复合材料断口呈现纤维拉拔形态。国内已成熟制备C涂层及TiC涂层,分别适用于增强钛基复合材料和Ti-Al系金属间化合物基复合材料。其中,采用TiC涂层的Ti-Al系金属间化合物基复合材料经1100℃/5h热处理后,TiC涂层依然可以有效保持。先驱丝法制备的钛基复合材料综合力学性能最高,国内针对连续SiC纤维增强钛基复合材料,通过调整合金涂层组织、应力状态等,制备了厚度为20~50μm涂层的先驱丝,用于后续复合材料及构件的制备。

钛基复合材料通过热等静压或者真空热压成型,成型过程需要考虑界面反应、先驱丝钛合金致密化以及复合材料与包套扩散连接三大关键技术。复合材料的力学性能与纤维性能、涂层结构、先驱丝质量、纤维排布、成型工艺、加工质量均密切相关,需要精细控制。

国外在SiCf/Ti复合材料研发及应用方面取得了较大进展,如美国Textron公司采用Ti-1100钛合金作为基材制造SiCf/Ti复合材料整体叶环,使用温度可以达到700~800℃,结构质量减轻50%。国内开展了钛基复合材料环形件、板材、转动轴部件的研制。针对复合材料板材,成型后会发生变形,应力调控成为难点。整体叶环回转体结构成型过程容易发生整体断裂,需要综合考虑结构、缠绕、成型等多方面因素。通过多年的技术攻关,解决了整体叶环制备过程中复合材料断裂的问题,制备了整体叶环试验件,如图9所示。复合材料构件使用还需要开展如下研究工作:(1)材料的稳定性仍需提高;(2)复合材料力学性能数据测试;(3)整体叶环性能表征;(4)失效机理及寿命预测;(5)无损探伤微观尺度的检测;(6)加工过程复合材料与整体叶环同心精确控制;(7)制定设计准则及考核验证。需要在纤维材料、基体材料以及高温抗氧化涂层,批次稳定性,生产效率,工艺标准、材料制件规范等方面加强研究,逐步解决和完善钛基复合材料制备、使用过程中出现的问题。

图9 整体叶环部件及超声波探伤C扫描图

Fig.9 Bling part and its ultrasonic inspection

(a)Ф250mm×70mm叶环;(b)Ф604mm×160mm叶环;(c)Ф604mm×160mm叶环超声波探伤C扫描(a)Ф250mm×70mm bling;(b)Ф604mm×160mm bling;(c)ultrasonic inspection of Ф 604mm×160mm bling

亿沐鑫公司产品分类：钛棒、钛管、钛板、钛阳极、钛箔钛带、钛法兰、钛丝、钛靶材、钛设备、钛饼钛环、钛标准件、钛加工件