高温钛合金的现状与前景

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1、2014年第34卷第4期第1－26页航空材料学报JOUＲNALOFAEＲONAUTICALMATEＲIALS2014Vol.34No.4pp.1－26高温钛合金的现状与前景王清江，刘建荣，杨锐(中国科学院金属研究所钛合金研究部，沈阳110016)摘要:简要回顾国内外固溶强化型高温钛合金材料的发展历史，分析英、美、俄等国的高温钛合金研究与应用情况及发展趋势。介绍国内自主研制、使用温度在550～650℃范围内的三种钛合金新材料及其相关技术发展，对国内高温钛合金材料进行初步梳理。参考国外高温钛合金研究、应用经验及发展趋势，结合国内实际情况，对国内高温钛合金材料体系的建立及完善提出具体建议，并

2、展望国内高温钛合金近期研究重点和未来发展方向。关键词:高温钛合金;Ti55合金;Ti60合金;Ti65合金;材料体系;焊接;铸造;保载疲劳doi:10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.001中图分类号:TG146．2+3;V252．2文献标识码:A文章编号:1005-5053(2014)04-0001-26为提高航空发动机的推重比，需要采用比强度、比刚度高的材料。当使用温度不高于800℃时，钛合金以及Ti-Al系金属间化合物的比强度较铁基和镍基高温合金具有明显优势，而且耐腐蚀、耐高温性能优异，因此是现代航空发动机用关键结构材料。早期，高温钛合金是指在航空发动机3

3、50℃以上使用的无序固溶强化型钛合金。航空发动机部件在高温、复杂应力、气流冲刷、高速振动、环境应力腐蚀的苛刻环境下服役，对其材料的性能要求非常严格。为满足使用需求，高温钛合金需具有强度、塑性、韧性、蠕变和疲劳性能之间的良好匹配，在服役温度下具有高的抗氧化性和组织稳定性。中高温长时蠕变和持久性能是高温钛合金的特征指标。以固溶强化为主要强化方式的高温钛合金一般称为传统高温钛合金，以区别于以有序强化为主的Ti-Al系金属间化合物。传统高温钛合金可分为两类:α+β型和近α型。α+β型高温钛合金使用温度最高可达500℃左右，是常用的一类高温钛合金。其特点是β稳定元素含量较高，室温下β相含量较多，绝大

4、多数可采用热处理强化，代表合金有Ti-6Al-4V，Ti-17，Ti6246，ВТ8М-1，ВТ8，ВТ8-1，ВТ9和ВТ25у。而近α型钛合金中仅含少量β相(体积分数3%～10%)，β稳定元素含量接近其在α相中的收稿日期:2014-06-05;修订日期:2014-06-10作者简介:王清江(1965—)，男，硕士，研究员，主要从事钛合金研究，(E-mail)qjwang@imr．ac．cn通讯作者:杨锐(1965—)，男，博士，研究员，主要从事钛合金研究，(E-mail)ryang@imr．ac．cn。固溶度［1］，是一类典型的高温钛合金，其兼顾了α型钛合金的高蠕变强度和α+β型钛合

5、金的高静强度，当前使用温度最高可达到600℃，代表合金有Ti-8-1-1，Ti6242S，IMI829，ВТ18y，IMI834，ВТ36和Ti-1100等。目前成熟高温钛合金的最高使用温度是600℃，代表合金有英国的IMI834，美国的Ti-1100，俄罗斯的ВТ18у和ВТ36，合金体系均为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系。其中研制最早、技术最成熟的是1984年由IMI和罗罗公司联合研制的IMI834合金，已经在Trent700，EJ200和PW350等发动机上得到应用，国外涡桨发动机离心叶轮也选用了IMI834合金;Timet公司研制的Ti1100合金主要用于汽车和摩托车发动机阀

6、门(在760℃下使用)，在莱康明公司T55-712改型发动机上也获得应用［2］;俄罗斯的ВТ18у是一种比较成熟的高温钛合金，推荐使用温度为550～600℃，已经在俄罗斯AL-31发动机上大量应用［3］;俄罗斯另一个600℃高温钛合金ВТ36中含5．0%的W，密度在上述4种合金中最大，且存在难熔元素W偏析的风险，未见应用报道。20世纪50年代普惠和罗罗公司开始将高温钛合金应用在航空发动机上，之后高温钛合金在航空发动机上的用量逐渐增加［4］。目前国外先进航空发动机上高温钛合金的用量通常占发动机总重量的1/4～1/3。如第三代发动机F100的钛合金用量为25%，发展到第四代发动机F119时，钛

7、合金的用量达到40%。航空发动机的需求推动了高温钛合金的发展，后者的发展又促进了前者的升级换代，高温钛合金用量已成为现代航空发动机先进程度的重要2航空材料学报第34卷标志之一。早期钛未作为国内的涡喷发动机材料。1970但加入不高于0．5%的Si元素，合金相组成为α，β和微量硅化物。硅化物存在于α片层界面，呈球状［7～17］年开始研制、1988年定型的某型发动机的钛用量达或橄榄状，结构为(Ti，Zr)5Si3或(Ti，