600℃高溫鈦合金、阻燃鈦合金、TiAl合（hé）金、SiCf/Ti複合材料是新型的高性能高溫鈦合金,與普通鈦（tài）合金材料相比（bǐ）,其技術成熟度較低。針對先進發動機（jī）的服役特（tè）點和設計要求,特別是用於高溫環境的轉動部件,需開（kāi）展大量的工程化（huà）應用研究,如高溫環境（jìng）下蠕變-疲勞-環（huán）境交互作用（yòng）、阻燃性（xìng）能,微（wēi）織構對疲勞性能（néng）的影響,表麵完整性技術,鍛件和零件內部和表麵殘餘應力分析（xī）及其對使（shǐ）用性能影響,使用壽命預測及失效分析等,解決工程化應用相關的材料設（shè）計、製造加工工藝（yì）等關鍵技術。

工業鑄錠成分高純化和均勻化控製技術

TA29,TB12以（yǐ）及TiAl合金（jīn）的合金化複雜、合金元素含量高,且塑性低,這類（lèi）合金鑄錠的製備難度（dù）大,主要表現在:錠型擴大時因凝固熱應力易出現開裂,成分均（jun1）勻性控製難度大,容易（yì）產生偏析。采用傳統的真空自耗電極電弧爐熔煉工藝,應適當增加熔（róng）煉次數,並控製熔煉電流、提縮電流、錠型尺寸、坩堝冷卻方式等。對於TiAl合金,可以采（cǎi）用（yòng）等離（lí）子體冷爐床（chuáng）熔煉工藝生產鑄錠。采用冷爐床熔煉（liàn）工藝可以有效去除夾雜和改善成分偏析,這對於（yú）發動機關鍵轉動件用的鈦合金材料顯得（dé）尤為重要。我國（guó）已擁有多台等離子體冷爐床熔煉設備,具備了實驗室研究、工業（yè）化生產的能力和條件。

大規格棒（bàng）材和特殊鍛件製備技術

航空鍛件用（yòng）的鈦合金原材料一（yī）般采用棒材,輪盤、機匣、整體葉盤（pán）、風扇葉片等大型鍛件（jiàn）一般采用大規格（gé）棒（bàng）材,對於小型的（de）壓氣（qì）機葉片、渦輪（lún）葉片鍛件,采用小規格棒材。隨著先進（jìn）發動機趨向於采用整體葉盤、整體葉環的結構形式,相應鍛（duàn）件和棒材（cái）的規（guī）格尺寸加大,控製大規格棒材的組織均勻性對於保證鍛件的質量至關重（chóng）要,需要選擇合適（shì）的鍛壓設備,優（yōu）化設計（jì）鍛造工藝。對於TB12和TiAl合金的鑄錠,因鑄態金屬的鍛造變形抗力大、工藝塑性低、對變（biàn）形溫度敏感（gǎn）、容易出現鍛造開裂,鑄錠宜采（cǎi）用高溫擠壓開坯工藝製備大規格（gé）棒材,不（bú）僅可（kě）以提高變形（xíng）的均勻性、保證有足夠的變形量,還可（kě）以提高棒材的生產效率和批次穩定性。

鈦合金的顯微組織和晶體學織（zhī）構是影響力學（xué）性能的（de）主（zhǔ）要因素,原因在於α相的各向異性。控製鍛件顯（xiǎn）微組織的形態以及顯（xiǎn）微組織和織構（gòu）的均勻性,不僅可以改善平均的性能水平,還可以提高零部件的蠕變-疲勞交（jiāo）互（hù）作用性能,即保載疲勞性能,減小（xiǎo）不同批次部件（jiàn）的（de）性能數據分散性（xìng）。對於這些新（xīn）型高溫鈦合金,特別是TiAl合金,因（yīn）有序結構的引入,使得織構問題更為複雜和重要,對高低周疲（pí）勞性能和保載疲勞性能（néng）的影響也更為複雜。在棒材（cái）和鍛件製備時要嚴格控製組織和織構（gòu）。

整體葉盤和整體葉環零件機械加工技術（shù）

由於先進發動機性能水平（píng）的不斷（duàn）提高（gāo）,整體葉（yè）盤、整體葉環等已成為發展趨勢（shì）。整體（tǐ）葉盤葉片的結構複雜、通道開敞性差、葉片薄（báo）、彎扭大、剛性差、易變（biàn）形,設計時（shí）對其幾（jǐ）何精度水平、綜合質量水平要求越來越高,機械加工和表麵完整性（xìng）的保證變得越來（lái）越困難（nán）[30] 。對於葉片尺寸較小的壓氣機整體葉盤和整體葉環,葉型一（yī）般采（cǎi）用（yòng）高速數控銑削方（fāng）法加工,控製零件加工變形,采用振動光飾去應力技術以改善零件表（biǎo）麵殘餘應力分布,之後對葉片部分型麵（miàn）進行修磨和（hé）磨粒流拋光,葉型尺寸精（jīng）度高,葉型誤差小於0.1mm,葉（yè）片表（biǎo）麵粗糙度Ra達（dá）到0.2μm的（de）水平,提高零件的表麵質量和表麵完（wán）整性。應采（cǎi）用電化學方（fāng）法（fǎ）來加工TiAl合金葉片的型麵。

材料性能評價及應用設計技術

上述4類材料還處於工程化研究和試用階段,積累的性能數據不充分（fèn）,影響了材料和部件的設計選材（cái）和強度計算。與普通鈦合金相比,這4類高溫鈦合金材料（liào）的塑性、斷裂韌度、衝擊韌度均更低,缺口敏感性大,裂紋尖端的應力通過局部塑性變形而下降的能力較差。特別是TiAl合金,具（jù）有相當低的室溫拉伸塑性和（hé）抗疲（pí）勞裂紋擴展性能（néng）,但在接近700℃時會顯著改善（shàn）[31] ,而（ér）且初始蠕變變形速率大。根據（jù）這類材（cái）料的特點,設（shè）計（jì）並製定科學（xué）合理的技術指標,發揮熱強性的（de）同時,應保證有足夠的塑性,充分（fèn）重視製件的斷裂性能。發動機設計選材和強度計算時,需要建立完整的材料設計性能數據庫（kù）。對於低塑性的TiAl合金,應根據材料（liào）的特性,確定合理的部件設計和定壽方法,以及（jí）成本合算的供（gòng）應鏈[32] 。合理控製TiAl合金製件結構的設計應力水（shuǐ）平,避免出現明顯的應力集中,提高表麵完整性[31] 。科（kē）學評價這些（xiē）鈦合金的阻燃性能也至關重要。此外（wài）,無論整體葉盤還（hái）是整（zhěng）體葉環,在高溫下使用（yòng）時,同一個零件上存在溫度梯度,一部（bù）分材（cái）料會約束另一部分材料的變形,在溫度梯度的作用下會引起熱應力,影響部（bù）件的疲勞（láo）性能（néng）和使用可靠性。

超高周疲勞性能研究

實際上鈦合金材料不存在高周疲勞極限。美國的發動機（jī）結構完整性項目（mù）(Engine Structural Integrity Program,ENSIP)1999版和2004版均要求鈦合（hé）金發動機零（líng）部件的高周疲（pí）勞壽命最低應（yīng）達到109周次[33] 。隨著（zhe）作用應（yīng）力（lì）的下降,疲勞裂紋萌生位置由表麵傾向於在內部發（fā）生[34] 。對於600℃高溫鈦合金整體葉（yè）盤、鈦基複合（hé）材料整體葉環以及（jí）TiAl合金葉片,因葉片（piàn）的疲勞性能對振動應力非（fēi）常敏感,應充分（fèn）研究其超高周疲勞行為及性能。合理選用適（shì）當的表麵強化手段,如激光衝（chōng）擊（jī）強化和低塑性拋光等,以提高葉片的超（chāo）高周疲勞性能（néng）,防止葉片失效引（yǐn）起內物（wù）損傷和災難性失效。