行业动态

最近几年，按照极限允许的应力和温度力求充分挖掘材料的潜力，提高钛合金零件的寿命和可靠性，这成为了冶金工作者共同努力的目标。提高钛合金各种使用性能的一个有效途径是确保半成品中最佳的组织状态，这种组织状态取决于相应零件的工作条件。基于目前对组织一性能关系规律性的认识，通常在不同性能指标之间采取一定的折中，而重点以提高最能影响零件寿命和可靠性的那些性能为基础。此外，还应考虑材料质量的稳定性和经济性，选择获得相应性能一组织的热机械加工工艺方案。下面以这种观点论证一系列航空高负荷零件选用的最佳组织，首先是航空发动机的盘件、轴和工作叶片。
决定航空发动机压气机盘件寿命的主要因素是转动时盘件自身的离心力和叶片离心力产生的拉应力下的低周疲劳性能。当工作温度t≥500~550℃时，蠕变抗力也是需要考虑的一个重要因素。此外，在设计时还要利用或考虑的材料性能有瞬时拉伸强度、持久强度、抗高周载荷能力、塑性、冲击韧性和裂纹抗力等。因此，普遍认为，规定球状－片状（即双态）组织和细晶片状组织是盘件最有利的组织，它能确保对组织要求相互矛盾的性能得到最佳的组合。按照大多数专家的意见，对于在500~550℃温度条件下工作的盘件，应该优先选择球状组织和接近于球状组织的过渡组织，而对于在更高温度下工作的盘件，应该优先选择片状组织。
对于在适中温度下使用的盘件，选择球状组织和接近于球状组织的过渡组织是基于如下因素：
（1)目前，在计算盘件寿命时，与以允许裂纹为基础的安全损伤容限原则相比较，大多数还是采用不允许产生裂纹的设计原则；

（2)具有球状组织和接近球状组织的过渡组织的盘件在生产阶段有较大的检验适应性，在无损检测的敏感性方面有很高的可探性；
（3)确保获得球状组织和过渡组织的变形工艺有较好的稳定性，这对于提高产品的可靠性是很重要的。
对于在更高温度下工作的盘件，采用片状组织也是势在必行的选择，因为对高温条件下的蠕变抗力有了更高的要求，在高温下钛合金的蠕变抗力与低周疲劳、高周疲劳比较在更大程度上限制着极限工作应力。为了提高具有球状组织盘件的寿命，要减少片状组织盘件的塑性、高周和低周疲劳抗力以及其他某些性能的损失，在现有的标准中对允许的这两种组织类别通常给予一定的限制。此外，只对于近α合金，使用片状组织才公认是允许的，这是因为，与（α+β)合金比较，近α合金具有力学性能对组织有较小敏感性的特点。
轴类零件的苛刻受力状态比较接近于盘件，主要决定于由扭转、弯曲和剪切时形成的应力作用产生的低周载荷抗力，所以轴类件和盘件的组织要求是类似的。
对于工作叶片，起决定作用的载荷是高频交变载荷，主要的工、作能力判据是高的高周疲劳抗力。此外，叶片可靠工作的重要附加条件，特别是对于前几级叶片是高的裂纹抗力，以保持当外来物飞入发动机和产生撞击时的高寿命水平。对于大部分叶片品种，具有高水平疲劳极限的球状类型组织被认为是最佳的。对于前几级叶片，特别是对于大规格的叶片（风扇叶片），在工作时，在交变载荷上还叠加了足够高的静应力，所以球状－片状组织（双态）是更可取的。
与所讨论的航空发动机转动零件一样，直升机的转动轴套和其他承力组件也属于较高载荷的航空零件，它们的寿命和使用安全首先与材料的抗高周疲劳断裂的能力有关。由此决定了对这些零件倾向于采用球状组织或具有高球化程度的过渡组织作为允许组织。然而，还必须顾及这些零件同时承受有显著静应力作用的非对称性周期载荷，以及比盘和叶片更长的计算寿命（（N≥108周）。从前面提供的数据和图表得知，片状组织可能是更合理的。
一些研究工作讨论了飞机机身不同部件最佳组织的选择原则。曾经指出，对蒙皮板材提出的最重要要求是抗疲劳裂纹扩展能力。在球状组织中改善这一特性可以通过建立有利的织构来实现，而当这还不够或由于某种原因不可能或不允许时（由于在特定方向上性能的降低），则通过获得片状组织来实现。
大量品种的飞机零件是由模锻件制造的，例如翼肋和大梁等。翼肋应该具有高的强度和刚性，因此，对翼肋类零件选用球状组织是合理的。对于大梁，重要的是高的疲劳强度、抗裂纹扩展能力、断裂韧性，相应地片状组织是更可取的。
因此，半成品最佳组织的选择应该建立在对这些零件的使用条件和工作状况清楚的分析基础之上。然而，在工程上还必须对具有不同组织的各种零件经过相关的实际试验和台架试车。

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