曹春曉：讓中國發(fā)動機首次用上鈦合金
2012年11月23日 9:53 6783次瀏覽 來源： 中國航空報 分類： 鈦資訊
TD2——瞄準國際
鈦合金雖已在航空領域得到了廣泛應用，但是最高使用溫度還只限于600℃。曹春曉獲悉國外正在研制一種使用溫度可達650～700℃的金屬間化合物，立即向國家提出Ti3Al的立項申請報告并成功獲批。
在制備鑄錠時，曹春曉創(chuàng)立了CS新型熔煉工藝，提高了成分均勻性和鍛件的室溫拉伸塑性。在獲得了優(yōu)質的TD2合金鑄錠后，為解決鍛造和熱處理方面的難題，曹春曉提出了逐漸降溫熱變形工藝與高低溫交替熱變形工藝相結合的可避免鑄錠鍛裂和優(yōu)化金相組織的鍛造技術以及可優(yōu)化性能匹配的α+β區(qū)三重熱處理技術,從而很快研制出了性能優(yōu)良的TD2合金棒材，并與安大合作，軋出了性能良好的外徑尺寸達656毫米的環(huán)形構件。
課題組選擇渦噴13發(fā)動機渦輪導風板和二級渦輪結合環(huán)這兩個典型零件作為應用研究的對象，采用TD2合金取代GH4033鎳基高溫合金并獲得成功，使用了TD2合金構件的渦噴13AⅡ的發(fā)動機成功地進行了地面臺架試車。這是我國金屬間化合物結構材料進行試車的首例，也是國際上Ti3Al基合金轉子零件進入航空發(fā)動機試車階段的首例。
鈦鋁（TiAl）合金——奔向未來
鈦鋁合金比重略小于普通鈦合金和Ti3Al合金，而其使用溫度可以高達760~850℃，遠高于普通鈦合金的600℃和Ti3Al合金的700℃。 GE已經將鈦鋁合金應用于最新的GENx發(fā)動機上。每使用一級鈦鋁合金渦輪葉片，發(fā)動機就能夠減輕45.5千克。波音787上裝配了兩臺GENx發(fā)動機，每臺使用了兩級鈦鋁（TiAl）合金渦輪葉片，僅發(fā)動機本身，鈦鋁合金就減輕了182千克；波音747-8則裝配了4臺GENx發(fā)動機，但每臺只用了一級鈦鋁（TiAl）合金渦輪葉片，減輕的重量也為182千克左右。
鈦鋁合金之所以現在才剛剛開始服務于大型客機，很大一部分原因在于鈦鋁的延展性和韌性較差，脆性大，加工和設計使用方面要解決很多技術問題。曹春曉認為，一旦這些難關得到攻克，樂觀看來，5年左右鈦鋁合金即可以進入試用階段，航空發(fā)動機低壓渦輪、高壓壓氣機等溫度超過600℃的運行環(huán)境都是鈦鋁的用武之地。輕盈的鈦鋁合金在轉動件方面的應用前景將非常廣泛，在850℃以下的運行環(huán)境中，傳統(tǒng)的、比重較大的鎳基合金都可能被鈦鋁合金所替代。
從TC4到鈦鋁（TiAl）合金，航空鈦合金的發(fā)展經歷了一個從無到有、從模仿到創(chuàng)新的輝煌歷程。隨著我國航空事業(yè)的發(fā)展，航空鈦合金也必將發(fā)揮越來越大的作用。
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