2014年34卷4期

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《航空材料学报》2014年第4期目次
2014, 34(4): 0-0.
[摘要](35) [PDF 234KB](0)
摘要:
论文
高温钛合金的现状与前景
王清江, 刘建荣, 杨锐
2014, 34(4): 1-26. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.001
[摘要](447) [PDF 9215KB](13)
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,并展望国内高温钛合金近期研究重点和未来发展方向。
新一代600℃高温钛合金材料的合金设计及应用展望
蔡建明, 曹春晓
2014, 34(4): 27-36. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.002
[摘要](127) [PDF 1186KB](0)
摘要:
先进航空发动机及超声速飞行器的发展对耐热轻质的600℃高温钛合金材料提出了迫切需求。600℃高温钛合金主要用于制造发动机600℃以下高温段高压压气机轮盘、叶片、整体叶盘、机匣以及飞行器机身构件、蒙皮等,可以显著减轻结构重量,大幅提高发动机的推重比和飞行器的飞行速度和机动性。600℃高温钛合金的设计受蠕变与热稳定性本质矛盾的限制,为了最大程度发挥高温蠕变抗力,同时兼顾塑性、热稳定性等,基于当量设计准则和扩散理论,设计研制新的600℃高温钛合金材料TA29,合金系为Ti-Al-Sn-Zr-Nb-Ta-Si-C。TA29钛合金具有优异的热强性,良好的断裂韧度、塑性和热稳定性,其整体叶盘部件成功通过了发动机强度考核试验,有望推广应用于先进航空发动机、超高声速导弹等飞行器的高温结构部件。应加强TA29钛合金高温蠕变-疲劳-环境交互作用、微织构、表面完整性、残余应力分析及其对使用性能影响等研究。
我国钛工业与技术进展及展望
常辉, 周廉, 王向东
2014, 34(4): 37-43. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.003
[摘要](99) [PDF 1626KB](1)
摘要:
至2014年,我国钛工业已经整整经历了60年的发展历程,取得瞩目的成绩。在简要介绍我国钛工业发展现状的基础上,评述钛冶金、钛塑性加工理论和技术、相变组织控制及近净成形技术等方面的研究进展,最后指出我国钛工业与技术今后发展应该重视的重要方向为:钛及钛合金(尤其是海洋用钛合金)应用技术的研究和开发;钛合金低成本化技术研究;钛合金的基础研究和性能数据积累;钛合金设计和加工过程的计算机模拟技术研究等。
我国航空用钛合金技术研究现状及发展
朱知寿
2014, 34(4): 44-50. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.004
[摘要](137) [PDF 2885KB](2)
摘要:
我国海绵钛和钛加工材的产能已经跃居世界第一位,但与发达国家相比,在技术水平和高端应用上仍存在较大差距。综述我国航空用钛合金的技术研究现状,提出未来钛合金发展应从综合性能优化、规格品种齐全、应用规模扩大、规范标准完善、考核验证数据充分等方面提高主干钛合金技术成熟度,按体系发展原则,建立航空用钛合金材料系列,实现产业结构升级、技术成熟度提升、减能增效、低成本制造及扩大用量等产业化应用目标。
我国自主研发钛合金现状与进展
赵永庆, 葛鹏
2014, 34(4): 51-61. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.005
[摘要](110) [PDF 2549KB](3)
摘要:
钛合金因其优良的综合性能获得越来越多的应用。介绍国内近二十年来自主研发的主要钛合金,包括高强及损伤容限、高温、低温、耐蚀船用、低成本、医用等种类的典型钛合金的基本情况。目前我国的钛合金的研发已从早期的仿制发展到以自主创新为主,自主开发的新型钛合金数量超过30种。钛合金低成本化、短流程钛合金加工、近净成形等技术是未来钛合金的重点发展方向。
有限元在钛合金航空发动机叶片热加工中的应用
白倩, 林建国
2014, 34(4): 62-71. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.006
[摘要](126) [PDF 1678KB](2)
摘要:
钛合金广泛用于制造航空发动机叶片,高温锻造是制造钛合金发动机叶片的主要热加工工艺之一。钛合金叶片高温锻造研究中,有限元模拟是分析锻造过程中的热力耦合,预测并优化锻造成形过程的一个重要手段。回顾有限元建模在涡轮叶片锻造研究中的发展历程,概述材料本构模型、传热定义和摩擦特性等方面的研究,以确保有限元模型有效预测的因素。分析表明,为获得精确可靠的有限元模拟结果进而优化生产工艺,有限元模型需要基于合理的试验结果并确立可预测的物理模型。
钛合金大型复杂构件等温局部加载近β锻造组织控制研究进展
杨合, 孙志超, 樊晓光, 高鹏飞, 武川
2014, 34(4): 72-82. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.007
[摘要](83) [PDF 7621KB](1)
摘要:
高性能钛合金大型复杂构件精确塑性成形是航空航天高端装备实现大运力、低能耗、长寿命的必然选择,然而,面临如何提高成形制造能力和如何实现成形成性一体化控制的挑战。等温局部加载近β锻造为该类构件的成形提供了一种先进的工艺途径。由于成形过程的特殊性、构件结构的复杂性以及钛合金组织对成形方式与条件的敏感性,使得如何实现微观组织控制并获得性能优异的三态组织成为该成形技术研究发展与应用迫切需要解决的关键问题和基础性难题。从钛合金等温局部加载多道次成形组织演化机制、不同加载区和过渡区组织均匀性控制和三态组织形成及等温局部加载参数优化进行分析并给出了最新的研究进展。
航空发动机用TC11钛合金抗点燃性能及机理研究
弭光宝, 曹春晓, 黄旭, 曹京霞, 王宝
2014, 34(4): 83-91. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.008
[摘要](94) [PDF 5731KB](0)
摘要:
采用摩擦点燃方法研究摩擦接触压力P和预混气流氧浓度c0对TC11钛合金抗点燃性能的影响,建立定量描述TC11钛合金抗点燃性能的P-c0关系,并结合原位观察、SEM和EDS等手段给出TC11钛合金点燃与抗点燃的微观机理。结果表明,TC11钛合金的P-c0关系曲线符合抛物线规律,P从0.05MPa增至 0.25MPa时,点燃对应的c0降低约32.5%;TC11钛合金点燃的c0至少比TC4钛合金高20%,即TC11钛合金的抗点燃性能显著高于TC4钛合金;摩擦过程产生强烈的火花,着火首先发生在具有原生金属表面的微凸体上;点燃过程形成燃烧区、熔凝区、热影响区和过渡区四个具有不同特征的区域;富Al和Mo的钛基固溶体相降低热影响区Ti向熔凝区的扩散速率,限制燃烧区Ti与O的优先反应,并与熔凝区O的大量固溶共同阻止O向热影响区的继续扩散,从而提高微凸体的抗点燃性能。
Ti-V-Cr系阻燃钛合金应用研究进展
曹京霞, 黄旭, 弭光宝, 沙爱学, 王宝
2014, 34(4): 92-97. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.009
[摘要](154) [PDF 1858KB](1)
摘要:
阻燃钛合金是为了应对航空发动机钛火隐患而研制高温结构材料。经过近十年的发展,研发出500℃(Ti40)和550℃(TF550)两个耐温级别的Ti-V-Cr系阻燃钛合金,并且在Ti-V-Cr系阻燃钛合金工业铸锭熔炼、挤压开坯、棒材锻造及环锻件轧制等工艺技术方面取得了较大进展。通过拓展摩擦点火实验技术,建立了以P-c0曲线定量表征钛合金抗点燃性能的测试方法,测试结果表明,Ti40与TF550阻燃钛合金具有接近的抗点燃性能。综合考虑原材料成本、综合性能和制造工艺等多方面的因素,Ti40和TF550阻燃钛合金各具优势。
Ti-Al系金属间化合物基叠层结构材料的制备技术与组织性能特征
孙彦波, 马凤梅, 肖文龙, 马朝利
2014, 34(4): 98-111. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.010
[摘要](114) [PDF 4654KB](1)
摘要:
Ti-Al金属间化合物相与韧性Ti交替的叠层结构材料既可以保留Ti-Al金属间化合物的高温强度,又可拥有高的室温韧性,受到研究者的广泛关注。综述Ti增韧Ti-Al系金属间化合物基叠层复合材料两种制备方法,即箔箔冶金法和气相沉积法的物理冶金学过程和致密化工艺,介绍各种技术条件下叠层材料组织结构和性能特点,并对各种技术的优缺点进行阐述。最后,对该种复合材料的未来应用领域和发展趋势进行展望,通过工艺调整来制备出具有更加合适的叠层结构和优异性能的材料,依旧是近几年的研究重点。
变形TiAl合金研究进展
陈玉勇, 崔宁, 孔凡涛
2014, 34(4): 112-118. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.011
[摘要](130) [PDF 1799KB](0)
摘要:
变形TiAl合金以其低密度、高强度和优异抗氧化性等优点,成为最有潜力替代航空航天动力系统中较重镍基合金的高温结构材料。经过多年的研究,变形TiAl合金的发展已经取得了很大进步。本工作主要综述了近年来变形TiAl合金在合金化、熔炼、热加工(锻造、挤压和轧制)、粉末冶金和后续热处理等方面的研究进展。探讨变形TiAl合金存在的问题,并认为进一步提高合金的热加工性和室温塑性,开展合金化、热加工工艺优化、数值模拟等方面的研究,实现TiAl合金的工程化应用是未来TiAl合金领域的发展方向。
变形钛铝合金的关键技术和研究进展
张继
2014, 34(4): 119-125. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.012
[摘要](134) [PDF 2304KB](0)
摘要:
从改善变形性能的微合金化、热加工开坯和热模锻工艺设计、变形组织的热处理三方面评述变形TiAl合金的关键技术和研究进展。研究表明:添加微量的Ni可改善TiAl合金的热变形性能,并促进铸造组织发生动态再结晶;适量减少Al含量可在热处理过程中引入高温β相、有助于层片组织的组化。改进研制的Ti-46Al-2.5V-1.0Cr-0.3Ni合金在1200~1250℃两相区预热后具有良好的热加工性能,挤压棒材采用1350℃/5mins/空冷热处理后可获得细小全层片组织,力学性能优异。
非连续增强钛基复合材料研究进展
黄陆军, 耿林
2014, 34(4): 126-138. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.013
[摘要](118) [PDF 3750KB](3)
摘要:
非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)作为轻质、耐热、高强、可变形加工材料的代表在航空航天领域具有广泛的应用前景。新一代超高速飞行器及高推比发动机使DRTMCs的研究再次受到关注。综述DRTMCs的制备方法、增强相与基体选择、增强相分布构型设计、后续变形与热处理、力学性能的研究进展,指出研究中存在的问题,并提出未来发展方向。进一步发展应结合应用背景分别制备高弹、高耐磨、高强韧、耐高温等系列具有不同性能特点的DRTMCs,并制备更耐磨、更抗氧化的梯度表面,以提高其使用寿命。结合3D打印技术开展DRTMCs微小构件、形状复杂构件的制备以及增强相空间分布状态调控研究。进而采用合理的焊接技术,实现大尺寸、形状复杂、异种材料等构件焊接,从而推动DRTMCs长远发展。
原位自生非连续增强钛基复合材料的研究进展
吕维洁, 郭相龙, 王立强, 覃继宁, 张荻
2014, 34(4): 139-146. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.014
[摘要](100) [PDF 2102KB](0)
摘要:
从原位自生非连续增强钛基复合材料的反应机制、组织结构以及力学性能方面综述原位自生非连续增强钛基复合材料的研究现状。并指出新型增强体强化钛基复合材料的制备以及混杂增强钛基复合材料强化叠加规律研究等将是原位自生非连续增强钛基复合材料的发展方向。
TiNbTaZr钛合金冷加工塑性行为研究
王玉会, 张晖, 张旺峰, 颜孟奇, 李野
2014, 34(4): 147-152. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.015
[摘要](97) [PDF 2167KB](1)
摘要:
通过力学性能测试,结合光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜和透射电子显微镜等表征技术,研究了Ti35Nb2Ta3Zr0.3O合金的冷加工塑性行为及其机理。结果表明:Ti35Nb2Ta3Zr0.3O合金在冷变形过程的不同阶段呈现出低加工硬化或无加工硬化的特点,变形量大于50%之后,晶粒碎化明显、塑性增强。分析表明:约35%Nb的加入降低了合金的层错能,使位错攀移及交滑移受到抑制,孪生机制增强,随冷变形量增大,形成多阶孪生,使晶粒明显碎化;合金的塑性变形是以孪生与位错滑移联合起作用,其独特的塑性行为来自于层错能效应及形变过程中的孪生诱发塑性效应。
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