Ti-Al二元系中有三個金屬間化合物得到了研究人員的重視,即Ti3Al,TiAl和TiAl3,其中TiAl合金因其熔點高、比強度高、高溫蠕變性能好及抗高溫氧化能力好等優(yōu)點,成為最具應用潛力的高溫結構材料之一 。在700~850℃溫度范圍內,TiAl合金的比強度顯著高于普通鈦合金和鎳基高溫合金等材料 。TiAl合金在航空領域應用的優(yōu)勢主要體現在:(1)TiAl合金比發(fā)動機用其他常用結構材料的比剛度高約50%,高剛度對要求低間隙的部件有利,可延長葉片等部件的使用壽命;(2)TiAl合金在700~850℃的比強度顯著高于鎳基高溫合金,設計上可以實現結構減重和減少對相關支撐件的負荷;(3)TiAl合金具有良好的阻燃性能,可用于一些易發(fā)生鈦火的部件?；谏鲜鰞?yōu)勢,TiAl合金被認為是應用于高推重比發(fā)動機極具潛力的高溫結構材料,新一代發(fā)動機革命性的設計理念推動了TiAl合金的發(fā)展。

TiAl合金鑄件首先在發(fā)動機上獲得應用,如美國GE公司率先在GEnx發(fā)動機低壓渦輪上應用了TiAl合金,每級低壓渦輪減輕結構質量45.5kg。每架波音787用兩臺GEnx發(fā)動機,每臺發(fā)動機選用兩級TiAl合金渦輪葉片;每架波音747-8用四臺GEnx發(fā)動機,每臺發(fā)動機選用一級TiAl合金渦輪葉片,因此,每架波音787或波音747-8均減輕結構質量182kg。TRENT XWB和LEAP發(fā)動機最后一級或兩級低壓渦輪葉片也均選用了TiAl合金。美國PCC公司制造的TiAl鑄造渦輪葉片,年產量已達近4萬片,用于GEnx發(fā)動機。CFM公司生產的TiAl渦輪葉片,用于LEAP發(fā)動機,可顯著提高發(fā)動機性能和節(jié)省15%的燃油消耗。

我國在TiAl合金鑄造方面開展了大量的研究工作,如北京航空材料研究院采用精鑄工藝制備了擴壓器、渦流器等零件,其中,擴壓器的外徑尺寸達到566mm,鑄件成型完好,無開裂,為TiAl合金鑄件在我國先進發(fā)動機上的應用邁出了重要的一步。中科院金屬所也成功研制出了TiAl合金低壓渦輪葉片精鑄件。

除鑄件外,我國在TiAl合金鍛件制造方面開展了大量的研究工作。推進TiAl合金鍛件的工程化生產和應用必須首先突破TiAl合金工業(yè)型鑄錠的熔煉及成分均勻化控制技術。因TiAl合金鋁含量高,對O,N和H雜質元素含量的控制要求高,加之TiAl合金低的塑性,給鑄錠的制備增加了難度。目前,直徑小于Ф90mm的小尺寸TiAl合金鑄錠制備一般采用真空感應懸浮熔煉方法,而大于Ф90mm的大尺寸TiAl合金鑄錠制備一般采用真空自耗電極電弧爐熔煉或等離子體冷爐床熔煉方法。真空自耗電極電    弧爐熔煉由于熔煉時熔池較淺,有利于除氣、脫氧,且熔池溫度較低,可減少Al元素的揮發(fā),有利于Al含量的精確控制。但是,由于熔體的溫度梯度較大,鑄錠內應力也大,鑄錠易產生裂紋。經過多年的研究,采用真空自耗電極電弧爐熔煉方法成功制備了Ф220mm的TiAl合金鑄錠,其內部致密、無裂紋。

TiAl合金鑄態(tài)組織塑性較低,通過鍛造、擠壓和軋制等熱加工,可以有效細化組織并降低成分偏析程度,提升合金的綜合力學性能。采用普通的鐓拔工藝無法進行坯料大變形量的改鍛,為此北京航空材料研究院嘗試采用包套熱擠壓工藝進行TiAl合金的高溫變形,當擠壓溫度為1200~1300℃時,包套材料可選用304不銹鋼;擠壓溫度大于1300℃時,包套材料可選用Ti-6Al-4V或工業(yè)純鈦。采用包套熱擠壓工藝成功地將Ф220mm錠坯一次擠壓成Ф60mm圓棒,擠壓比約為10,棒材長度達2.5m,組織均勻細小,如圖6(a)所示。為了適應TiAl合金葉片模鍛需求,研究了TiAl合金矩形截面棒材的擠壓工藝,成功地制備了TiAl合金方棒,如圖6(b)所示。

圖6 TiAl合金擠壓棒

Fig.6 Extruded bars of TiAl alloy

(a)圓棒;(b)方棒(a)round bar;(b)rectangular bar

億沐鑫公司產品分類：鈦棒、鈦管、鈦板、鈦陽極、鈦箔鈦帶、鈦法蘭、鈦絲、鈦靶材、鈦設備、鈦餅鈦環(huán)、鈦標準件、鈦加工件