TiAl合金应用现状
TiAl基合金目前实际应用的最大障碍一方面是该类合金的室温脆性、难变形加工性,另一方面则是850℃以上的抗氧化性不足,制约了TiAl基合金的应用和推广。近期内发展起来的高Nb-TiAl系金属间化合物在高温强度及抗氧化性方面已取得了很大进展,高熔点组元Nb的加入提高了合金的熔点和有序温度,从而使合金的使用温度达到900℃以上,使得该体系合金显示出具有代替镍基合金的潜能。然而,高铌合金化在大大提高TiAl合金的室温和高温强度的同时,也进一步
降低了其室温和高温塑性,尤其是高温塑性比普通TiAl基合金更低。
20世纪90年代以来,世界各国的研究者都把热塑性加工技术的研究和开发作为TiAl基合金的研究重点,长期以来TiAl基合金的热塑性加工及其相关领域的研究十分活跃。对TiAl合金进行大变形量热塑性加工,可以大幅提高TiAl合金的室温塑性,而经过塑性加工后的锻坯,由于具有细小而均匀的显微组织,也能够进一步满足等温锻造成形的需要。进过热塑性加工的TiAl合金,通过一定的热处理工艺,可以获得各种不同的综合性能,从而满足工程应用。
美国GE公司将铸造的全套98件低压涡轮叶片安装在大型商用运输机CF6-80C2发动机上,通过了1000个飞行周期的考核试车。蒂森(Thyssen)与罗罗公司(Rolls-Royce)成功的锻造出发动机高压压气机叶片,所使用的合金成分为Ti47Al3.7(Nb,Cr,Mn,Si)0.5B;日本三菱公司采用包套锻成形出了Ti-42Al-10V合金叶片,该合金具有较好的高温塑性,该公司还开发了Ti42Al5Mn合金,并且采用锻造后机械加工的方式制造出涡轮叶片等零件;罗罗使用TNB合金系生产出了高压压气机叶片,并且将这种叶片交付发动机装配进行测试。
TiAl合金应用发展趋势
钛铝合金在航空航天用材料中展现出令人瞩目的发展前景,成为先进军用飞机发动机高压压气机及低压涡轮叶片的首选材料。GE公司计划在GE90发动机中用钛铝合金叶片代替镍基合金,将减轻发动机重量200∼300千克以上。空中客车和波音公司正致力于提高发动机的推比,低压涡轮减重潜力最大,在不久的将来涡轮后部转子叶片将采用钛铝合金叶片。分析表明,未来发动机市场对γ-TiAl低压涡轮叶片的年需求量高达一百万件,将代替目前先进涡轮发动机最后一级较重的镍基叶片。NASA报告指出,到2020年钛铝基合金及其复合材料的用量在航空、航天发动机中将占有20%左右的份额。
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