由于成分中含有大量的鋁以及共價鍵的存在,Ti-Al系金屬間化合物的密度較低,使用溫度較高并具有優異的高溫性能,在航空航天領域有重要的應用價值。目前,Ti-Al系金屬間化合物的研究重點主要是TiAl合金和Ti2AlNb合金。
Ti2AlNb合金由于添加較多的Nb元素,密度略高于鈦合金,但使用溫度可以達到650℃-700℃,可以部分替代高溫合金。國內中科院金屬所、鋼鐵研究總院等單位均在Ti2AlNb合金及其熱加工技術方面取得了重要進展,并研制出了Ti2AlNb合金板材,目前主要致力于優化成分和改進加工工藝的研究上,并積極開展Ti2AlNb合金板材在航空航天領域的工程化應用研究。
但Ti2AlNb合金仍然具有比重大、使用溫度低的缺點,還不能在更高使用溫度上替代比重大的高溫合金。TiAl合金比重不到鎳基合金的50%,使用溫度可以達到700-900℃,具有輕質、高強、耐蝕、耐磨、耐高溫等性能優點,正成為航空、航天等領域重要的備選材料。經過十幾年來的研究,阻礙TiAl合金應用的一些缺陷逐步得到改進,比如TiAl合金的室溫塑性低、800℃以上高溫抗氧化性不足、拉伸強度/塑性與斷裂/蠕變抗力具有反常關系等問題都得到一定改善。近幾年,國內外關于TiAl合金方面的關鍵研究問題,已經從材料問題逐漸轉變到材料成形及應用等問題上來。GE公司2007年已經宣布,鑄造Ti-48-2-2低壓壓氣機葉片將在Boeing 787航空發動機GEnx-1B上大量應用,目前已經通過測試和資格認證。這將是TiAl合金在航空發動機上的首次重大應用。使用TiAl合金鑄造葉片,發動機直接減重800磅。美國國防部在“高性能渦輪發動機技術”(IHPTET)項目中提出研制15~20推重比,質量減輕50%的高性能發動機,材料和制造工藝的貢獻將達到50%至70%。美國NASA預測,到2020年TiAl合金在航空發動機上的應用可能達到20%。同時,TiAl合金對于用作先進推進系統、熱結構件和熱防護系統(TPS)的結構材料具有特殊吸引力。TiAl合金板材已經被列為美國主要航空計劃的備選材料,包括可重復使用的運載火箭、NASA未來X飛機、聯合戰斗機、X-38Crew救援車、軍用航天飛機和超音速運輸機等。另外,在汽車工業領域,TiAl合金鑄造閥門已經成功應用到Formula 1賽車發動機,三菱重工已經大量地將鑄造TiAl渦輪增壓器用到Lancer Evolution系列轎車發動機中。TiAl合金在汽車發動機中的應用,在減重、降噪、較少廢氣污染、降低油耗、提高啟動速度、延長使用壽命和提高可靠性上意義重大。
我國的科研院所在TiAl合金材料研制、精密鑄造、近等溫鍛造、包套軋制、熱擠壓、粉末冶金等方面均取得了較大的進展。北京科技大學的高Nb-TiAl合金、鋼鐵研究總院和中科院金屬所的精密鑄造、中南大學的粉末冶金、北京航空材料研究院的熱擠壓均有各自的材料和工藝特點。哈爾濱工業大學在TiAl合金熔鑄、精密鑄造、熱處理、熱機械處理、板材軋制等理論與技術方面均進行了系統深入研究,率先研制出了國內最大尺寸鑄錠、鍛坯和板材,并澆注出了薄壁復雜鑄件。但我國在TiAl合金應用研究方面與國外還有較大差距,無論是航空航天還是民用領域,TiAl合金構件還沒有得到應用。
從總體上看,Ti-Al系金屬間化合物構件的應用研究是我國現階段的主要目標,這還需要加強與應用部門的交流和溝通,改變設計觀念與方法,以實現從設計到構件制造的原始創新。









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