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Ti2AlNb合金及其焊接技术争论进展
陈玮;李晋炜;史一宁
【摘要】Duringthepast30years,enormousresearchhasbeendevotedtothedevelopmentofTi2AlNb-basedalloysforapplicationsingasturbineengines.Ti2Al-Nb,asalightalloyforreplacingNi-basedsuperalloys,ex-hibitsagoodcombinationofspeciifcstrengthandstiffness.Theapplicationofthisalloywillhaveaprofoundinlfuenceonimprovingstructuralefifciencyoffutureadvancedaero-engines.%过去的30年里,Ti2AlNb基合金获得了广泛关注。作为替代镍基高温合金的选择之一,其优异的综合力学性能适应了将来航空发动机对高比强度、高比刚度的轻质高温构造材料的迫切要求,对于降低飞行器的自重,提高发动机构造效率和高温服役性能具有重要意义。
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2023(000)017
【总页数】4页(P136-139)
【关键词】金属间化合物;焊接;显微组织;力学性能
【作者】陈玮;李晋炜;史一宁
【作者单位】中航工业北京航空制造工程争论所高能束流加工技术重点试验室;中航工业北京航空制造工程争论所高能束流加工技术重点试验室;空军驻北京地区军事代表室
【正文语种】中文
先进航空发动机正朝着高效率、长寿命、低本钱的方向进展,轻量化、整体化以及低本钱运行成为发动机构造设计、材料应用和制造技术共同面临的严峻挑战。最近十几年间,西方国家已经相继研制出推重比为10的第四代涡扇发动机,如美国的F119、F135和西欧的EJ200。与第三代发动机相比,第四代发动机的推重比增加20%,零件数目削减50%,零件寿命增加150%,寿命循环本钱至少降低25%,耐久性增加2倍。随着压气机增压比的提高,对于高压压气机材料的耐温性要求也随之提高。美国GE公司的公开资料显示〔见图1〕,民用发动机的压气机末端温度〔T3〕已经由20世纪70年月的590℃〔CF6〕提高到90年月的650℃
〔GE90〕,将来的高速民航发动机(HSCT)中可能更高,这已经超出了传统钛合金的使用温度上限〔600℃〕,目前高压压气机叶片与叶盘组件均为镍基合金。
图1GE系列发动机各项性能比照Fig.1ComparisonofGEengines”properties
提高发动机推重比的直接方法之一就是掌握构造重量,即承受轻质材料或整体构造。TiAl系合金具有优异的高温性能以及高的比强度和比模量,而其密度仅有镍基高
温合金的一半,是先进航空发动机抱负的轻质、耐高温构造材料,因而受到各大航空发动机公司的广泛关注。美国GE公司与英国罗·罗公司已将TiAl合金应用于商用发动机低压涡轮叶片,替代镍基高温合金,到达了大幅减重的目的。Ti2AlNb是TiAl系合金中拓展出的适合在650~750℃范围内使用的轻质高温构造材料[1-2]。Ti2AlNb相比于TiAl合金具有更高的强度和更好的断裂韧性,其优异的综合力学性能,适应了将来航空发动机对高比强度、高比刚度的轻质高温构造材料的迫切要求〔见图2[2]〕,对于降低飞行器的自重、提高燃油效率和高温服役性能具有重要意义[2]。近些年来,Ti2AlNb合金的研制已经成为美国、日本等国家材料领域争论的热点之一,其目标是替代IN-718合金作为航空发动机的零部件,可
减重35%左右,从而大大提高发动机的推重比。
图2几种常用钛基金属间化合物合金性能比较Fig.2MechanicalpropertiescomparisonofseveraltypicalTibasedintermetallics
1Ti2AlNb合金的进展
20世纪70年月末,美国空军试验室在Ti3Al中参加Nb元素,通过稳定塑性较好的B2相,使合金室温塑性得到明显提高[3]。随后,通过添加合金元素,争论人员在提高Ti3Al合金塑性和耐温性方面做了大量的工作,其中最知名的一个合金为被称为超α2合金的Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo。
1988年Banerjee等[4]在Ti3Al基合金的增塑争论时觉察了三元金属间化合物Ti2AlN
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