Ti40合金超高溫氧化、燃燒行為研究.pdf

1、因具有優(yōu)異的綜合性能，鈦合金廣泛的應(yīng)用于航空工業(yè)。但由于鈦合金自身的特性，導(dǎo)致普通的鈦合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用環(huán)境下服役時(shí)，容易發(fā)生“鈦火”，從而限制了其在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用。為避免航空發(fā)動(dòng)機(jī)中“鈦火”事故的發(fā)生，滿足高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料的特殊要求，亟需對(duì)鈦合金的燃燒問題進(jìn)行系統(tǒng)深入研究。
　　本文從鈦合金的氧化行為及其燃燒產(chǎn)物進(jìn)行分析研究。研究了 Ti40合金和Ti17合金的超高溫氧化行為及不同點(diǎn)燃方法對(duì)合金燃燒后不同區(qū)域以

2、及燃燒產(chǎn)物影響的異同。氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ti40合金在1000℃~1500℃的氧化過程中氧化層均會(huì)經(jīng)歷開裂、剝落的過程。當(dāng)氧化層脫落后，使得原來富Cr的次表層被推至氧化表面，形成Cr2O3，Cr2O3與TiO2形成混合氧化層顯著提高了氧化層的致密度。在氧化層和基體的界面部位存在 V、Cr元素的富集區(qū)。Cr2O3與 TiO2形成混合氧化層和V、Cr元素的富集層為Ti40合金提供了很好的阻止氧氣進(jìn)入基體的屏障。相對(duì)于Ti40合金，Ti17合

3、金在超高溫氧化時(shí)，當(dāng)表層氧化膜脫落后次表層的氧化重復(fù)原表層的氧化過程，在整個(gè)超高溫氧化實(shí)驗(yàn)過程并未出現(xiàn)明顯的阻止氧元素?cái)U(kuò)散的屏障，由此表明Ti17合金在1000℃~1500℃的氧化是以單一的氧化方式不斷在向基體推進(jìn)，并沒有形成阻止氧氣向基體擴(kuò)散，減緩氧化的機(jī)制。
　　鈦合金燃燒后，從燃燒表面到合金基體可以劃分成燃燒表面、燃燒熔融區(qū)、燃燒過渡區(qū)、燃燒影響區(qū)。經(jīng)過不同燃燒實(shí)驗(yàn)方法的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，鈦合金的燃燒結(jié)果與點(diǎn)燃方式無關(guān)，不同點(diǎn)燃

4、方式僅影響不同燃燒區(qū)的形態(tài)和尺寸范圍，對(duì)燃燒產(chǎn)物特征沒有影響。Ti17燃燒后燃燒表層主要由單一的TiO2構(gòu)成，而Ti40合金燃燒表層由TiO2和少量的Cr2O3構(gòu)成。Ti40合金熔融區(qū)致密，在過渡區(qū)內(nèi)有一致密的富V和Cr的富集層，影響區(qū)組織發(fā)生突變，顯現(xiàn)出基體的組織形貌；Ti17從燃燒表面至基體不同區(qū)域組織一直呈現(xiàn)受氧元素影響的狀態(tài)，沒有發(fā)生組織形貌的突變行為。從燃燒表面向基體延伸，Ti40合金在經(jīng)過過渡區(qū)后氧元素有一個(gè)明顯的驟降，而T