国外航空发动机用钛合金的发展现状
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ｔｉｔａｎｉｕｍ ａＵｏｙｓ
Ｆ逗．６
图６高温钛合金的蠕变极限 Ｔｈｅ ｃｒｅｅｐ ｓｔｒｅｎｇｔｌｌ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｉｔ粕ｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ
收稿日期：２００７—０３—３０ 作者简介：毛小南，男，１９６６年生，教授级高级工程师，西北有色金属研究院钛合金研究所，陕西西安７１００１６，
电话：０２９—８６２３ １０７８，Ｅ—ｍａｉｌ：ｍａｏｘｉａｏｎａｎ０２２６＠ｙａｈ００．ｃｏｍ．ｃｎ
万方数据
综合评述
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万方数据
２
图２俄罗斯高温钛合金的室温拉伸塑性
隐２ Ｔｈ。。ｌｏｎ枷。ｎ。ｔｍｏｍｔ。ｍｐ。ｍｔｕｒｅｆ０。ｔｌｌ。ｈｉ小ｔｅｍｐ。ｍｔｕｒｅ ｔｉｔａＩｌｉｕｍ扎ｙ８ ｉｎ Ｒｕｓｓｉａ
图３俄罗斯高温钛合金的室温冲击性能 Ｆ培．３ ７１１１ｅ ｉｍｐａｃｔ ｍｏｇｈｎｅｓｓ ａｔ ｍｏｍ ｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅ ｆｏｒ ｔｌｌｅ ｈｉｇｈ
量占４１％［３】。未来的航空航天飞行器及其推力系 统，要求发展比现有Ｔｉ６４和Ｔｉ６２４２合金的强度、 工作温度和弹性模量更高，密度更小，价格更低 的钛合金材料［４】，因此，近年来新型高温钛合金的研 发集中在高温钛合金、钛铝化合物为基的钛合金 以及阻燃钛合金等。作者从俄罗斯、欧美等国家 和地区高温钛合金的成分、性能和应用情况的发 展历程，评述高温钛合金的发展方向，为我国高 性能钛合金的研发及应用提供一定的参考。
ｊ ２００
１ ０００
８００
琶６０（）
ｂ
４００
２００
０
至 基 耋 誉 蠢 誊 薹 萤
量
∞
皇
暑
田
墨
∞
图１俄罗斯高温钛合金的室温拉伸强度
ｓ眦ｎ曲ａｔ ｈ沙 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ
ｍｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｏｒ ｔｌｌｅ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｉｎ Ｒｕｓｓｉａ
Ｔａｂｌｅ １
表１ 俄罗斯航空发动机用钛合金的化学成分（埘／％） Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃＯｍｐｏｓｉｔｉＯｎ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａ¨Ｏｙｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ａｉｒｃ隐ｆｔ ｅｎｇｉｎｅｓ ｉｎ Ｒｕｓｓｉａ
钛合金中加入了１％的ｗ。虽然ｗ也是一种共析 型Ｂ元素，但是它的共析反应温度较高（７１５℃）， 因此可以认为含ｗ的钛合金比含Ｃｒ的钛合金具有 更好的热稳定性和更高的热强性能。到了８０年代， 在原有合金成分的基础上，改进和研发了ＢＴｌ８ｖ， ＢＴ２５ｖ，ＢＴ８—１和ＢＴ８Ｍ—ｌ等合金。这些合金中除 ＢＴ２５ｖ合金含有ｗ元素外，其他合金只含有Ａ１， ｓｎ，ｚｒ等“稳定元素和部分Ｍｏ，Ｎｂ等ＪＢ稳定元 素以及微量的Ｓｉ。经改进的合金较原合金有更好 的综合性能，并延长了使用寿命。俄罗斯飞机发 动机用钛合金（经ＧＴＤ一发动机设计标准的热处 理制度处理）的机械性能示于图１～６【５１。
２俄罗斯钛合金的发展及应用
２．１化学成分的优化与性能 表ｌ为俄罗斯航空发动机用钛合金的化学
成分【５】。从表１中可以看出，俄罗斯早期研发的高 温钛合金（如ＢＴ３—１）是含有共析型Ｂ元素Ｃｒ和Ｆｅ 的Ｔｉ—Ａｌ—Ｍｏ—Ｃ卜Ｆｅ—Ｓｉ系合金。随后，俄罗斯又研 发了ＢＴ８，Ｂ四和ＢＴｌ８合金，这些合金均不含有 共析型ｊＢ元素，因而合金的热强性能和工作寿命均 有所提高。２０世纪７０年代，俄罗斯在研发的高温
３０％一３５％。
３欧美高温钛合金的发展及应用
图４高温钛合金高周疲劳极限
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ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ
图５高温钛合金高周疲劳极限
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关键词：钛合金；航空发动机；机械性能
中图法分类号：ＴＧｌ４６．２＋３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００８—５９３９（其优良的热强性和高比强度， 在航空发动机上获得了广泛的应用【ｌ】。多年来，为了 满足高性能航空发动机的需求，欧美、俄罗斯等航 空工业发达国家十分重视高温钛合金的研发，先后 研制出了在３５０～６００℃使用的高温钛合金。前苏 联在２０世纪５０年代末期就开发出了ＢＴ６，ＢＴ３—１， ＢＴ８，ＢｒＩ’９等牌号的钛合金，六七十年代又研制出 了ＢＴｌ８，ＢｒＩ＇２５合金。此后，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ＢＴｌ８ｖ，ＢＴ２５ｖ，ＢＴ８Ｍ，ＢＴ８—１和ＢＴ８Ｍ一１等牌 号的高温钛合金。近年来又研发了ＢＴ３６钛合金， 分别用于ＨＫ８，ｎｃ９０Ａ等发动机【２１。同样，美国 也将Ｔｉ６４，Ｔｉ８１１，Ｔｉ６２４２等钛合金分别用于ＪＴｒ９０， Ｆ一１１０等先进发动机中。８０年代以后，欧美设计 的各种先进军用战斗机和轰炸机中，钛合金用量 已经稳定在２０％以上，如第三代战斗机Ｆ—１５钛合 金用量占２７％，而第四代战斗机Ｆ一２２钛合金用
稀有金属快报
国外航空发动机用钛合金的发展现状
毛小南，赵永庆，杨冠军
（西北有色金属研究院，陕西西安７１００１６）
摘要：论述了俄罗斯、欧美耐热钛合金发展的历程以及在航空发动机上的应用情况。随着航空工业的发展，要 求钛合金具有耐更高温度下的疲劳、蠕变、热稳定性以及抗氧化性能，以适应先进发动机的设计要求，因此近半 个多世纪以来人们从未停止过对先进材料的研发，已使钛合金的使用温度从３５０℃提高到目前的６００℃，满足了 先进发动机对材料的需求。从发动机材料的发展历程分析认为，开发耐热性能良好的ＴｉＡｌ基金属间化合物将是满 足未来先进发动机用材的方向之一。
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａＵｏｙｓ ｉｎ Ｒｕｓｓｉａ
稀有金属快报
（ＢＴ８合金的改进系列，用做压气机叶片），以及在 飞机发动机上长期使用的高淬透型合金Ｂ，Ｉ’２２。 ２．２应用
钛合金主要用在航空发动机的风扇、压气机中． 如压气机盘、叶片、导航仪、连接环等。使用钛 合金替代原镍基高温合金可使压气机的重量降低
Ｆ逗．６
图６高温钛合金的蠕变极限 Ｔｈｅ ｃｒｅｅｐ ｓｔｒｅｎｇｔｌｌ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｉｔ粕ｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ
收稿日期：２００７—０３—３０ 作者简介：毛小南，男，１９６６年生，教授级高级工程师，西北有色金属研究院钛合金研究所，陕西西安７１００１６，
电话：０２９—８６２３ １０７８，Ｅ—ｍａｉｌ：ｍａｏｘｉａｏｎａｎ０２２６＠ｙａｈ００．ｃｏｍ．ｃｎ
万方数据
综合评述
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图２俄罗斯高温钛合金的室温拉伸塑性
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图３俄罗斯高温钛合金的室温冲击性能 Ｆ培．３ ７１１１ｅ ｉｍｐａｃｔ ｍｏｇｈｎｅｓｓ ａｔ ｍｏｍ ｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅ ｆｏｒ ｔｌｌｅ ｈｉｇｈ
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Ｔａｂｌｅ １
表１ 俄罗斯航空发动机用钛合金的化学成分（埘／％） Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃＯｍｐｏｓｉｔｉＯｎ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａ¨Ｏｙｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ａｉｒｃ隐ｆｔ ｅｎｇｉｎｅｓ ｉｎ Ｒｕｓｓｉａ
钛合金中加入了１％的ｗ。虽然ｗ也是一种共析 型Ｂ元素，但是它的共析反应温度较高（７１５℃）， 因此可以认为含ｗ的钛合金比含Ｃｒ的钛合金具有 更好的热稳定性和更高的热强性能。到了８０年代， 在原有合金成分的基础上，改进和研发了ＢＴｌ８ｖ， ＢＴ２５ｖ，ＢＴ８—１和ＢＴ８Ｍ—ｌ等合金。这些合金中除 ＢＴ２５ｖ合金含有ｗ元素外，其他合金只含有Ａ１， ｓｎ，ｚｒ等“稳定元素和部分Ｍｏ，Ｎｂ等ＪＢ稳定元 素以及微量的Ｓｉ。经改进的合金较原合金有更好 的综合性能，并延长了使用寿命。俄罗斯飞机发 动机用钛合金（经ＧＴＤ一发动机设计标准的热处 理制度处理）的机械性能示于图１～６【５１。
２俄罗斯钛合金的发展及应用
２．１化学成分的优化与性能 表ｌ为俄罗斯航空发动机用钛合金的化学
成分【５】。从表１中可以看出，俄罗斯早期研发的高 温钛合金（如ＢＴ３—１）是含有共析型Ｂ元素Ｃｒ和Ｆｅ 的Ｔｉ—Ａｌ—Ｍｏ—Ｃ卜Ｆｅ—Ｓｉ系合金。随后，俄罗斯又研 发了ＢＴ８，Ｂ四和ＢＴｌ８合金，这些合金均不含有 共析型ｊＢ元素，因而合金的热强性能和工作寿命均 有所提高。２０世纪７０年代，俄罗斯在研发的高温
３０％一３５％。
３欧美高温钛合金的发展及应用
图４高温钛合金高周疲劳极限
Ｆｉｇ．４ ｒＩ＇Ｉｌｅ ｈ培ｈ—ｃｙｃｌｅ胁ｇｕｅ ｓ№ｎｇ【ｈ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ
图５高温钛合金高周疲劳极限
Ｆｉｇ．５ 卟ｅ ｈｉｇｈ—ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｓｔｒｅｎｇ【ｌｌ ｆｏｒ ｔ｝ｌｅ ｈ讪ｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅ
关键词：钛合金；航空发动机；机械性能
中图法分类号：ＴＧｌ４６．２＋３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００８—５９３９（其优良的热强性和高比强度， 在航空发动机上获得了广泛的应用【ｌ】。多年来，为了 满足高性能航空发动机的需求，欧美、俄罗斯等航 空工业发达国家十分重视高温钛合金的研发，先后 研制出了在３５０～６００℃使用的高温钛合金。前苏 联在２０世纪５０年代末期就开发出了ＢＴ６，ＢＴ３—１， ＢＴ８，ＢｒＩ’９等牌号的钛合金，六七十年代又研制出 了ＢＴｌ８，ＢｒＩ＇２５合金。此后，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ＢＴｌ８ｖ，ＢＴ２５ｖ，ＢＴ８Ｍ，ＢＴ８—１和ＢＴ８Ｍ一１等牌 号的高温钛合金。近年来又研发了ＢＴ３６钛合金， 分别用于ＨＫ８，ｎｃ９０Ａ等发动机【２１。同样，美国 也将Ｔｉ６４，Ｔｉ８１１，Ｔｉ６２４２等钛合金分别用于ＪＴｒ９０， Ｆ一１１０等先进发动机中。８０年代以后，欧美设计 的各种先进军用战斗机和轰炸机中，钛合金用量 已经稳定在２０％以上，如第三代战斗机Ｆ—１５钛合 金用量占２７％，而第四代战斗机Ｆ一２２钛合金用
稀有金属快报
国外航空发动机用钛合金的发展现状
毛小南，赵永庆，杨冠军
（西北有色金属研究院，陕西西安７１００１６）
摘要：论述了俄罗斯、欧美耐热钛合金发展的历程以及在航空发动机上的应用情况。随着航空工业的发展，要 求钛合金具有耐更高温度下的疲劳、蠕变、热稳定性以及抗氧化性能，以适应先进发动机的设计要求，因此近半 个多世纪以来人们从未停止过对先进材料的研发，已使钛合金的使用温度从３５０℃提高到目前的６００℃，满足了 先进发动机对材料的需求。从发动机材料的发展历程分析认为，开发耐热性能良好的ＴｉＡｌ基金属间化合物将是满 足未来先进发动机用材的方向之一。
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａＵｏｙｓ ｉｎ Ｒｕｓｓｉａ
稀有金属快报
（ＢＴ８合金的改进系列，用做压气机叶片），以及在 飞机发动机上长期使用的高淬透型合金Ｂ，Ｉ’２２。 ２．２应用
钛合金主要用在航空发动机的风扇、压气机中． 如压气机盘、叶片、导航仪、连接环等。使用钛 合金替代原镍基高温合金可使压气机的重量降低