高温钛合金

高温钛合金性能要求

请帮忙推荐满足以下条件的高温钛合金，可以是一种合金同时满足4个温度条件的使用，也可是每个温度条件使用不同的合金。

性能要求如下：

（1）常温塑性≥5%。

（2）高温性能

分别在550℃、600℃、650℃、700℃下满足σb≥520MPa，σ0.2≥420 MPa。

（3）持久性能

应力为450 MPa，分别在550℃、600℃、650℃、700℃下保持0.5h/1h/2h 不断。

（4）蠕变性能

应力为450 MPa，分别在550℃、600℃、650℃、700℃下，

保持0.5h，残余变形量≤1.6%；

保持1h，残余变形量≤3%；

保持2h，残余变形量≤5%。

一、目前已有的高温钛合金

（1）名义成分

600℃高温钛合金的室温力学性能

600℃高温钛合金的高温力学性能（600℃）

600℃高温钛合金的蠕变性能（600℃）

600℃高温钛合金Ti-600合金的持久性能（φ14mm棒材）

600℃高温钛合金Ti-600热稳定性能（φ14mm棒材）

550℃高温钛合金的力学性能

* 540℃，300MPa，100h应力热暴露后室温拉伸性能；

** 试验条件：540℃，300MPa，100h，ε≤0.1%。

*** TTi-53311S合金550℃，100h，302.1MPa蠕变残余变形，0.186%

二、现状

（1）应用现状

Ti-1100合金是在Ti-6242S合金成分的基础上，通过调整A1、Sn、Mo和Si元素的含量，Ti-1100合金已用于制造莱康明公司T55—712改型发动机的高压压气机轮盘和低压涡轮叶片等零件。

IMI829合金已用于RB211-535E4发动机的高压压气机，取代了RB211-535C上的镍基合金材料。IMI834合金已在多种发动机上得到了试验和应用，如波音777飞机选用的民用大型发动机Trent700（湍达）的高压压气机的所有轮盘、鼓筒及后轴，EJ200发动机的高压压气机转子也采用了IMI834合金。IMI834也正用于普惠公司的PW350发动机上。

俄罗斯推荐BT25Y用于航空发动机高压压气机450～550℃下使用的轮盘和转子叶片，推荐BT18Y用于550～600℃下使用的轮盘。BT36还没获得应用。

我国550℃下获得应用的钛合金有Ti-53311S（西北院），7715D（上钢），两合金均用于航天发动机；Ti-55（金属所）已在试车阶段（航空），Ti-633G（西北院）没获得应用。600℃的钛合金均在试验室研究阶段。

（2）未来发展

目前，现有钛合金的使用温度已基本达到其上限，600℃以上使用环境下，一是改变现有合金设计理念，重新设计合金；二是考虑使用镍基高温合金、Ti-Al金属间化合物。

Ti-Al金属间化合物有以α2为基的Ti3Al和以γ为基的TiAl，据称，Ti3Al基金属间化合物的使用温度在650℃以上，TiAl基金属间化合物的正常使用温度为700℃，短时可用到900℃。但Ti-Al金属间化

合物的一个缺点就是室温塑性极低，最高不超过3%。由于脆性较大，很难加工。目前多使用铸造或粉末冶金+热等静压处理制备。

三、几点说明

（1）目前，我国虽高温钛合金研究很多，但合金的应用水平很低，可能是一方面对合金研究得还不全面，相关性能数据缺乏或稳定性不好；另一方面是设计单位不敢冒风险，只想使用成熟的、或国外有成功应用的合金。

（2）钛合金的使用温度是该合金能长时用最高限，如600℃的钛合金说明该合金可以用到600℃，若使用温度高于600℃，可能合金的氧化加剧，使用合金快速失效。但在600℃以下，该合金长时使用是安全的。这里说的长时，可能是100小时或50小时，但不是长期，具体我没查到明确界定。

（3）文中所列的指标均是针对相关研究指标所做的测定，故像您要求的450MPa下的蠕变、持久，根本找不到数据。因为多数高温环境下，350MPa已是很高的应力水平了。

（4）很多情况下，实验室数据与实际生产的数据会有差别，一旦批量生产，其性能数据肯定会低于实验室数据（原因：生产要求的是最差数据能满足要求，研究要求达到的最好性能，取的是最好的数据）。

（5）航空航天应用高温钛合金的主要目的是减重，如果对重量要求不是那么严格，建议不要选用高温钛合金，一是高温钛合金均是近α合金，加工相对困难，复杂零件的成型难度大；二是研究的成熟性稍差，很多数据需要测试；三是由于前两方面的原因，导致其成本高。

（6）至于镍基高温合金，我不太清楚，也没有这方面的资料，故不好多说。

韩明臣

2011-06-08