航空發(fā)動機(jī)用鈦合金燃燒特性研究.pdf

1、鈦合金以其優(yōu)異的性能被廣泛的應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)工業(yè)中,但是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)動機(jī)中的應(yīng)用。為了滿足先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的使用需求,防止“鈦火”,我們必須要對鈦合金的燃燒問題進(jìn)行分析。由于燃燒過程很復(fù)雜且難于控制,本文將從鈦合金的氧化行為和其燃燒產(chǎn)物分析研究。通過一系列方法研究了鈦合金的超高溫氧化行為,揭示合金本體材料超高溫氧化行為與合金燃燒行為的關(guān)系;并對

2、鈦合金激光點(diǎn)燃的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行分析,探索合金燃燒行為的機(jī)制。
　　本文的實(shí)驗(yàn)過程分兩部分進(jìn)行,第一部分為Ti40和Ti17合金的高溫氧化行為研究,分析氧化機(jī)制,建立相關(guān)模型;第二部分為Ti40和TC4合金燃燒產(chǎn)物分析,定義燃燒區(qū),分析不同區(qū)域特征,結(jié)合合金的氧化行為研究結(jié)果,解釋兩類鈦合金在氧化、燃燒方面的異同,揭示不同類型鈦合金抗燃燒行為的本質(zhì)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ti40合金的氧化機(jī)制可以V的氧化物V2O5熔點(diǎn)為分界,在7

3、00℃以下氧化時(shí),氧化的主要過程為混和氧化膜中的V2O5向外擇優(yōu)生長,氧化機(jī)制受V元素在V2O5的擴(kuò)散機(jī)制控制。在700℃以上氧化時(shí),V2O5的熔化揮發(fā),導(dǎo)致氧化層疏松多孔,氧化層主要由TiO2和SiO2構(gòu)成,在氧化層和基體的界面處,存在V、Cr元素的富集層,此條件下,合金的氧化受V元素在鈦合金擴(kuò)散機(jī)制控制。Ti17合金氧化隨著氧化溫度的升高沒有突變,整個(gè)過程是漸變的。氧化溫度高于800℃時(shí)氧化膜開裂并剝落,氧化行為加劇,在高溫氧化的整

4、個(gè)過程中沒有形成具有阻擋氧元素向內(nèi)擴(kuò)散的阻隔層。
　　鈦合金燃燒后,從燃燒表面到合金基體可以劃分成幾個(gè)不同的區(qū)域,即燃燒表面、燃燒熔融區(qū)、燃燒過渡區(qū)、燃燒影響區(qū);兩種合金燃燒表面都主要是TiO2,同時(shí)有V的氧化物產(chǎn)生,其中在Ti40燃燒表面還檢測到了Cr2O3和SiO2。TC4熔融區(qū)疏松多孔,過渡區(qū)和影響區(qū)存在大量裂紋和孔洞;Ti40合金熔融區(qū)致密,且在熔融區(qū)與影響區(qū)之間有一致密的富V和Cr的過渡層,能有效的阻止氧的傳輸。兩種合金