俄航空发动机用高温钛合金发展综述

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1、魏寿庸1何瑜1王青江2刘羽寅2(11宝鸡有色金属加工厂,宝鸡721014)(21中科院金属研究所,沈阳110016)摘要:介绍了俄罗斯高温钛合金的成分特点、相组成特点、性能比较和应用情况,可作为中国高温钛合金研制和开发及航空发动机选材的参考。关键词:航空发动机高温钛合金性能DevelopmentoftheAero-EngineHeat-ResistingTitaniumAlloysinRussiaWeiShouyong1HeYu1WangQingjiang2LiuYuyin2(11BaojiNon-FerrousMetalWorks,Baoji721014,

2、China)(21InstituteofMetalResearch,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016,China)Abstract:Developmentandapplicationsoftheheat-resistingtitaniumalloysinRussiaareintroduced.ThesecangiveareferencetoaviationindustryinChina.Keywords:aero-engine;heat-resistingtitaniumalloys;performance表1俄

3、高温钛合金的工作温度和寿命1引言高温钛合金以其优良的热强性和高比强度,在允许工作时间(h)研发时间工作温度(℃)牌号退火状态热处理状态航空发动机上获得了广泛的应用。为了满足设计高性能航空发动机的需求,多年来,俄罗斯(含前苏联)十分重视对高温钛合金的研制与开发。早在20世纪50年代末期就开发出了BT6、BT3-1、BT8、BT9等牌号的钛合金,六七十年代又研制和开发了BT18、BT25合金。为了提高高温钛合金的性能和工作寿命,在原有合金的基础上改进研制了BT18y、BT25y、BT8M、BT8-1和BT8M-1等牌号的高温钛合金。各时期高温钛合金工作温度和寿命

4、情况见表1。近年来又在进行BT36合金的研制开发工作。本文综述了有关俄罗斯(含前苏联)高温钛合金的成分、性能和应用情况,以供国内研制开发和应用该类钛合金作参考。1956年350～400无限BT610001957年BT3-14503000500无限600050010040045050055060001000100—1958年BT9450无限6000BT81958年5006000500BT181963年500～600500—无限6000——450500BT251971年5503000—BT18y1972年600————BT25y80年代550—BT8M90年代4

5、50—BT8-190年代500———BT8M-190年代—450注:研发时间中的年代均为20世纪。收稿日期:2004-07-01俄航空发动机用高温钛合金发展综述BT22、BT25y和BT18y等,这些合金在不同温度下的性能见表92,4。俄高温钛合金的成分和相组成特点2211成分特点俄罗斯早期(前苏联)研发的高温钛合金(如BT3-1)是含有共析型β元素Cr和Fe的Ti-Al-Mo-Cr-Fe-Si系合金,见表2。随后又研发了BT8、BT9和BT18合金,这些合金均不含有共析型β元素,因而合金的热强性能和工作寿命均有所提高。于20世纪70年代研发的高温钛合金中加

6、入了1%的W;虽然W也是一种共析型β元素,但是它的共极反应温度较高(715℃),因此可以认为含W的合金比含Cr的合金具有更好的热稳定性和更高的热强性能。到了80年代,在原有合金成分基础上,改进和研发了BT18y、BT25y、BT8-1和BT8M-1等合金,除BT25y合金含有W元素外,其他合金只含有Al、Sn、Zr等α稳定元素和部分Mo、Nb等β稳定元素,以及微量的Si。这些经改进的合金较原合金均有更好的综合性能,并延长了使用寿命1～5。2.2相组成特点按照亚稳定状态相进行分类,高温钛合金一般属于近α和马氏体α+β型钛合金。高温钛合金中合金铝和钼当量可按照下

7、列公式计算3:持久、蠕变性能俄高温钛合金的持久和蠕变性能见表10。疲劳性能俄高温钛合金的疲劳性能见表11。断裂性能俄高温钛合金的断裂性能见表12。3.33.43.54结束语俄罗斯(含前苏联)高温钛合金的使用温度及应用状况如图1所示,并见表13,143,4。俄罗斯早期(前苏联)研发的BT3-1、BT8、BT9、BT18等合金在使用过程存在一定的局限性,如BT3-1合金含有共析型β元素Cr和Fe,在热稳定性、热强性及使用寿命等方面存在不足;又如BT9合金虽然不含共析型元素,但是其热稳定性差,在550℃下仅允许使用100h,故其寿命较短。为了提高和延长高温钛合金的

8、综合性能与使用寿命,在原有合金基础上,俄罗斯(含前苏