钛铝合金简介（据中国航空报）

TiAl基合金密度低，弹性模量高，综合性能指标优于传统高温合金，韧性又高于普通的陶瓷材料，在航空航天材料中展现出令人瞩目的发展前景，成为新一代高温材料的代表之一，被当做高推重比先进军用飞机发动机高压压气机及低压涡轮叶片的首选材料。欧美和日本等国已相继在钛铝合金向先进航空发动机上的应用研究方面取得深入的进展，运用先进的工艺方法，相继研发出高压压气机叶片等零部件，并已交付发动机装配测试。

背景

自镍基合金的研制成功以来，涡轮发动机在航空领域的应用得到了很大的推进。通过改进和发展镍基超合金和钛基合金，以及应用先进的制造工艺，航空发动机的性能得到了不断的提高。然而，随着推重比和涡轮前端温度不断提高（表1），涡轮发动机压气机和涡轮级数逐渐减少，单级负荷不断增大，零件的应力水平越来越高，工况越趋恶劣，叶片等关键零件的结构也越趋复杂，已将传统的两种主要高温结构材料镍基合金和钛基高温合金的使用性能提高到其极限水平，因此必须寻求更先进、更可靠的材料和工艺才能满足未来发动机的设计要求。

γ-TiAl基合金具有优良的高温强度、抗蠕变、抗氧化和阻燃性能，而且密度低，弹性模量高（表2），综合性能指标优于不锈钢和镍基等传统的高温合金，而其韧性又高于普通的陶瓷材料。此外，钛铝合金的膨胀系数可与低膨胀系数的镍基合金相比，易燃性也低于镍基合金。这些优点使其成为航空、航天、飞航导弹用发动机以及汽车的轻质耐热结构件的最具竞争力的材料。

TiAl合金应用现状

TiAl基合金目前实际应用的最大障碍一方面是该类合金的室温脆性、难变形加工性，另一方面则是850℃以上的抗氧化性不足，制约了TiAl基合金的应用和推广。近期内发展起来的高Nb-TiAl系金属间化合物在高温强度及抗氧化性方面已取得了很大进展，高熔点组元Nb的加入提高了合金的熔点和有序温度，从而使合金的使用温度达到900℃以上，使得该体系合金显示出具有代替镍基合金的潜能。然而，高铌合金化在大大提高TiAl合金的室温和高温强度的同时，也进一步降低了其室温和高温塑性，尤其是高温塑性比普通TiAl基合金更低。　

20世纪90年代以来，世界各国的研究者都把热塑性加工技术的研究和开发作为TiAl基合金的研究重点，长期以来TiAl基合金的热塑性加工及其相关领域的研究十分活跃。对TiAl合金进行大变形量热塑性加工，可以大幅提高TiAl合金的室温塑性，而经过塑性加工后的锻坯，由于具有细小而均匀的显微组织，也能够进一步满足等温锻造成形的需要。进过热塑性加工的TiAl合金，通过一定的热处理工艺，可以获得各种不同的综合性能，从而满足工程应用。　

美国GE公司将铸造的全套98件低压涡轮叶片安装在大型商用运输机CF6-80C2发动机上，通过了1000个飞行周期的考核试车。蒂森（Thyssen）与罗罗公司（Rolls-Royce）成功的锻造出发动机高压压气机叶片，所使用的合金成分为Ti47Al3.7(Nb,Cr,Mn,Si)0.5B；日本三菱公司采用包套锻成形出了Ti-42Al-10V合金叶片，该合金具有较好的高温塑性，该公司还开发了Ti42Al5Mn合金，并且采用锻造后机械加工的方式制造出涡轮叶片等零件；罗罗使用TNB合金系生产出了高压压气机叶片，并且将这种叶片交付发动机装配进行测试。

TiAl合金应用发展趋势

钛铝合金在航空航天用材料中展现出令人瞩目的发展前景，成为先进军用飞机发动机高压压气机及低压涡轮叶片的首选材料。GE公司计划在GE90发动机中用钛铝合金叶片代替镍基合金，将减轻发动机重量200～300千克以上。空中客车和波音公司正致力于提高发动机的推比，低压涡轮减重潜力最大，在不久的将来涡轮后部转子叶片将采用钛铝合金叶片。分析表明，未来发动机市场对γ-TiAl低压涡轮叶片的年需求量高达一百万件，将代替目前先进涡轮发动机最后一级较重的镍基叶片。NASA报告指出，到2020年钛铝基合金及其复合材料的用量在航空、航天发动机中将占有20%左右的份额。