輕質(zhì)高溫TiAl金屬間化合物合金及其制備加工的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)

工程名稱：TiAl制備加工的科學(xué)技術(shù)根底

2023.12023.8教育部二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)：獲得型輕質(zhì)高溫TiAl合金及其制備與加工技術(shù)根底，促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)航空航天等工業(yè)的水平，有效削減能源消耗、實現(xiàn)社會可持續(xù)進(jìn)展。TiAlTiAl合金凝固過程組織及缺陷的調(diào)控機(jī)制、高溫TiAl合金粉末冶金制備過程的流變塑變理論、針對金屬間化合物特性建立性能表征方法和評價體系爭論上獲得突破。TiAl合金材料制備與成形加工整套技術(shù)的科學(xué)根底，主要包括：高溫TiAl合金不同使用條件下材料成分和組織優(yōu)化，高干凈全尺寸樣件，為進(jìn)一步向部件性能測試試驗進(jìn)展打下根底。以鑄造葉片為重點，突破從小試樣到批量生產(chǎn)的瓶頸關(guān)鍵技術(shù)根底。針對鑄造、熱變形和粉末冶金三類加工技術(shù)進(jìn)展的高溫TiAl合金的材料成分范圍為：Ti-〔44-46〕Al-〔6-9〕Nb-〔0-2.5〕W,B,Y,Mn〔這些元素都是微量元Mn2.5〕對于鑄造合金：NbB〔稍高含量〕、YMn等；對于變形合金：NbW、B〔較低含量〕、Y等；對于粉末冶金板材：NbW、Y，Mn等。TiAl900℃，900℃的抗氧化性按航標(biāo)到達(dá)抗氧化級，對于三種典型部件：鑄造葉片樣件:350-400mm50-70mm900℃450MPa1-2%；鍛件:400-600mm50-100mm900℃強(qiáng)度到達(dá)400MPa，室溫拉伸塑性大于2%；400-500mm1-2mm；900℃強(qiáng)度到達(dá)400MPa，室溫拉伸塑性2-3%。爭論成果將發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文20020項以上，315人以上，造就一水平的根底爭論和技術(shù)創(chuàng)基地。五年預(yù)期目標(biāo)：通過系統(tǒng)深入的爭論，構(gòu)建高溫TiAl金屬間化合物材料理論和制備加工理論根底，在周密鑄造等形成關(guān)鍵示范技術(shù)，實現(xiàn)總體預(yù)期目標(biāo)。具體內(nèi)容包括：高溫TiAl合金成分-組織-性能設(shè)計和優(yōu)化原理提醒針對高溫下使用和具體制備加工技術(shù)的、多組元高溫TiAl合金的相關(guān)系和強(qiáng)韌化機(jī)制，獲得高溫TiAl合金設(shè)計和優(yōu)化原理。提醒高溫TiAl合金多相有序構(gòu)造的動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶規(guī)律。高干凈度、均質(zhì)大尺寸TiAl合金鑄錠的熔煉和加工科學(xué)根底建立等離子冷床熔煉高溫TiAl合金的均質(zhì)化和純潔度掌握方法，提醒熔煉工藝路線和工藝參數(shù)對鑄錠夾雜物去除效果及成分組織均勻性的影響規(guī)律。探究出適合高溫TiAlTiAl合金包套擠壓結(jié)合等溫鍛造工藝細(xì)化和均勻化組織，通過增加高溫β相提高熱變形力量，從而研制出組織均勻細(xì)小的大尺寸擠壓棒材、鍛造餅材、板材。高溫TiAl合金熔模鑄造關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)根底Nb、Al含量掌握避開包晶相變以削減偏析和細(xì)化組織；提醒高溫TiAl鑄造為成形工藝路線的高溫TiAl合金優(yōu)化設(shè)計根底，把握鑄件冶金質(zhì)量及外表硬化層的掌握方法。高溫TiAl合金冷坩堝定向凝固技術(shù)根底開發(fā)出冷坩堝定向凝固高溫TiAl合金大尺度坯錠的成分優(yōu)化與冶金行為掌握技術(shù)，說明合金定向凝固坯錠的凝固組織演化規(guī)律；建立高溫TiAl合金定向TiAl合金典型構(gòu)件的定向凝固成形的理論根底。高溫TiAl合金板材的粉末冶金及軋制技術(shù)根底爭論通過添加β相穩(wěn)定元素和高Nb合金化制備出的含高比例β相的高溫TiAl金粉末-熱等靜壓致密化-熱機(jī)械處理-包套軋制制備大尺寸TiAl合金板材的完整的技術(shù)原型。高溫TiAl金屬間化合物材料使用性能表征和評價確立高溫TiAl合金安全服役條件下的力學(xué)性能掌握參量和應(yīng)用閾值范圍，設(shè)計準(zhǔn)則，促進(jìn)合金在航空、航天及其他領(lǐng)域的工程化應(yīng)用。三、爭論方案學(xué)術(shù)思路：Nb-TiAl合金的成分-組織-性能關(guān)系爭論成果的根底上，進(jìn)展針對航空航天發(fā)動機(jī)應(yīng)用的高性能高溫TiAlTiAl合金成分-組織-Nb\Al上下限、微合金化元素的添加原則，為不同的制備和加工技術(shù)供給優(yōu)化的TiAl合金的室溫塑性和韌性打下根底。通過爭論高溫TiAl合金熔煉和凝固過程的熱力學(xué)與動力學(xué)理論，解決合金掌握和定向凝固過程中的取向掌握供給理論根底。通過高溫TiAl合金多相有序構(gòu)造動態(tài)復(fù)原機(jī)制、熱變形本構(gòu)關(guān)系數(shù)學(xué)模型TiAl合金熱加工關(guān)鍵技術(shù)。通過高溫TiAl合金粉末冶金制備過程的流變塑變理論的爭論、提醒粉末冶TiAl合金軋制技術(shù)供給保障。針對金屬間化合物特性建立高溫TiAl合金性能表征方法和評價體系，對于TiAl合金應(yīng)用設(shè)計準(zhǔn)則的建立供給數(shù)據(jù)支撐。完整，有利于解決關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)展和形成高溫TiAl合金制備與成形加工的技術(shù)原型。由于高溫TiAl合金比一般TiAl合金的制備與成形加工難度大，因此制備TiAl合金。技術(shù)途徑：1Nb合金化提高高溫條件下使用溫度和抗氧化性，NbY交互作用提高長期高溫抗氧化性；周密NbMn等提高鑄造性能和提高室溫塑性，添加B和Y細(xì)化組織；粉末板材的合金設(shè)計適度提Nb含量，滿足航天高馬赫數(shù)飛行的惡劣環(huán)境，提高使用溫度和抗氧化性。TiAl合金型材的均質(zhì)、純潔、大尺寸鑄錠制備。計算模擬和試驗爭論結(jié)合，解決多場耦合作用下高溫TiAl合金周密鑄造過程β和細(xì)化鑄態(tài)組織，以提高綜合力學(xué)性能。一制備高純潔高溫TiAl合金，避開了常規(guī)定向凝固造成的型殼反響和污染，提醒多外場耦合作用下冷坩堝定向凝固過程掌握機(jī)理。通過增加β相提高高溫TiAl合金熱變形力量、利用熱擠壓工藝結(jié)合等溫鍛造的熱加工工藝，加大首次變形量，以到達(dá)細(xì)化鑄態(tài)組織、提高變形高溫TiAl合金綜合力學(xué)性能的目的。擬承受添加β相穩(wěn)定元素和高Nb合金化制備出的含高比例β相的預(yù)合金粉尺寸高性能高溫TiAl合金板材。掌握氧、氮及其它雜質(zhì)的含量，完全消退微孔和微偏析等缺陷。針對高溫TiAl金屬間化合物建立安全服役條件下的力學(xué)性能掌握參量和應(yīng)航天及其他領(lǐng)域的工程化應(yīng)用供給有力的技術(shù)支持。TiAl成分組織設(shè)計熔煉和鑄造熱塑性變形粉末冶金冷坩鍋定向凝固冷坩鍋感應(yīng)熔煉等離子熔煉預(yù)合金粉凝固過程數(shù)值模擬細(xì)化晶粒等溫鍛造擠壓全致密化組織和相選擇規(guī)律模殼制備板材軋制包套軋制成形晶體生長擇優(yōu)取向薄壁鑄件超塑成形超塑成形性能表征與評價方法合金制備與加工的關(guān)鍵技術(shù)根底1工程的具體技術(shù)路線創(chuàng)點與特色：把具有原始創(chuàng)的高溫TiAl合金開拓性爭論工作推向解決針對我國航空航天重大工程需求的應(yīng)用根底爭論；Ti合金Ni基高溫合金，Ti合金TiAl合金Ni徑。TiAlNbNbTiAlNbTiAl合金的進(jìn)展方計－熔煉－凝固－鑄造－粉末冶金-變形等較全面的周密熱成形技術(shù)進(jìn)展?fàn)幷?，各個課題間相互有機(jī)結(jié)合，形成相互關(guān)聯(lián)的整體。主要創(chuàng)點如下：NbNb合金化通過轉(zhuǎn)變外表氧化層構(gòu)造、提高Al2O3比例等因素極大提高了TiAl合金的高溫抗氧化性，與鎳基高溫合金相當(dāng)；Nbβ相穩(wěn)定元素，到達(dá)擴(kuò)大β相相區(qū)，把液相和β相的包晶相變區(qū)推向高Al方向移動；調(diào)控Al含量有利于得到高溫TiAlβ相凝固過程，到達(dá)提高熔點和細(xì)化組織的目的；通過等離子冷床熔煉技術(shù)實現(xiàn)高溫TiAl合金的均質(zhì)化和高純潔度冶煉，突破適合高溫TiAl合金型材的均質(zhì)、純潔、大尺寸鑄錠制備及熱加工技術(shù)；綜合高溫TiAl合金在多場作用下的鑄造充型特性、壁厚效應(yīng)以及熔體與外表硬化層生成的技術(shù)根底；將高溫TiAl合金成分對液固界面生長以及TiAl合金優(yōu)化設(shè)計根底；以冷坩堝定向凝固技術(shù)制備高純潔高溫TiAl合金，避開了常規(guī)定向凝制機(jī)理；承受預(yù)合金粉末包套軋制途徑，制備大尺寸高性能高溫TiAl合金板材；通過添加β相穩(wěn)定元素和高Nb合金化制備出含高比例β相的高溫TiAl合金粉末，促進(jìn)其后續(xù)軋制的熱變形力量； 確立高溫TiAl合金安全服役條件下的力學(xué)性能掌握參量和應(yīng)用閾值范圍，建立具有工程應(yīng)用價值的損傷容限參量設(shè)計準(zhǔn)則，為合金在航空、航天及其他領(lǐng)域的工程化應(yīng)用供給有力的技術(shù)支持。爭論工作根底TiAl合金開放Nb-TiAl合金根底成分-組織-的順當(dāng)進(jìn)展打下了良好的根底。通過圍繞本工程提出的三個關(guān)鍵科學(xué)問題的突破，解決高溫TiAl合金制備TiAl合金制備與成形加工的技術(shù)原型。這些都是國內(nèi)外TiAl合金制備、成形與加工領(lǐng)域的爭論熱點及前沿，符合國家續(xù)進(jìn)展方針。國內(nèi)在金屬間化合物合金的爭論與應(yīng)用也己取得了很多突破性進(jìn)展，IC10核，TiAl合金板材也列入航天科技工程首批試驗材料。針對更高推重比12-15、大型飛機(jī)和高馬赫數(shù)飛行器需求的高溫TiAl合金已有開創(chuàng)性材料開發(fā)成果，在。本工程結(jié)合了國內(nèi)TiAl合金制備和加工領(lǐng)域優(yōu)勢單位，發(fā)揮各單位在該研究方向上的專長。北京科技大學(xué)是高溫TiAl合金的制造單位，在合金根底成分-組織-性能關(guān)系和試驗室級別的制備和熱加工方面爭論根底深厚。哈爾濱工業(yè)大向上有深厚的爭論根底，已針對TiAl合金的共性問題，從不同學(xué)科角度進(jìn)展學(xué)TiAl2023年左右開頭快速進(jìn)展，特別是方法制備與鍛造材料力學(xué)性能相當(dāng)?shù)呐黧w，室溫延長率到達(dá)1.5%，說明白元素粉末反響合成TiAl基合金的機(jī)理以及相關(guān)的致密化原理。制備出了TiAl基合金發(fā)動機(jī)氣門，在現(xiàn)場試驗中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。西北工業(yè)大學(xué)長期從事Ti及Ti了開創(chuàng)性爭論，獲得性能提高數(shù)倍的超細(xì)胞/枝晶定向組織。并將這些理論爭論于國際先進(jìn)水平。西北有色金屬院長期從事TiTiAl合金爭論，具有豐富的學(xué)問積存,Nb-TiAl合金熔煉的均勻化上有突出的爭論成果。鋼鐵1987863高技術(shù)材料爭論打算支持下開展TiAl等金屬TiAl合金可逆渦輪轉(zhuǎn)子等部件己進(jìn)入應(yīng)用爭論。其中，鑄造TiAl合金增壓器渦輪于2023年11月實現(xiàn)了國內(nèi)自主研制的TiAl合金發(fā)動機(jī)熱端轉(zhuǎn)動部件試車考“零”的突破通過與鎳基高溫合的比照試驗說明應(yīng)用這種輕質(zhì)材料可使大型柴油機(jī)的加速響應(yīng)性提高35%以上且可顯著降低排放煙度和油耗基于裝配主機(jī)完成的包括500小時壽命試驗的多項考核結(jié)果良好和其減重所產(chǎn)生的技術(shù)推動效果明顯，己被列為某型發(fā)動機(jī)的正選增壓器渦輪材料。通過這些需求牽引的 TiAl合金爭論鋼鐵爭論總院己對這種輕質(zhì)高溫材料的性能和工藝特點有了較深入的生疏，尤其是在國防型號技改支持下建立起了鑄造工藝試驗室和中間試驗平臺，可作為本申請工程的重要支撐條件鋼鐵爭論總院積存了較豐富的TiAl合金增壓渦輪周密鑄造材料和工藝爭論閱歷，形成了較強(qiáng)的TiAl合金材料爭論和工藝實材料試驗機(jī)和其他儀器設(shè)備。在“七五”和“八五”期間，針對發(fā)動機(jī)FWP142023FWS10發(fā)動機(jī)的材料性能數(shù)據(jù)編寫的第三冊；在《航空推動AB基值和-3σ面積存了豐富的閱歷。研制條件和基地〔技術(shù)〕爭論8Nb-TiAl建設(shè)平臺。北京科技大學(xué)金屬材料國家重點試驗室的TiAl爭論平臺，包括中等規(guī)模的熔煉和熱加工中心、計算中心、專業(yè)測試和檢測平臺。北京航空材料爭論院從美國 Retech公司引進(jìn)的國內(nèi)唯一一臺 200kg級PAM525等離子束冷床熔煉爐，利用該設(shè)備成功制備出了國內(nèi)最大的高Nb-TiAl合金錠，尺寸150900mm67kg，鑄錠冶金質(zhì)量良好，成分比較均勻。Ф860mm1200400mm扁錠〔2023年投產(chǎn)6000〔2023年投產(chǎn)4500面的爭論工作。上海交通大學(xué)、南京理工大學(xué)與丹陽市周密合金廠建立了整套TiTiAl周密鑄造生產(chǎn)線，同時引入國外TiAl周密鑄造高水平的技術(shù)人才，使以后的爭論工作有更高的起點，使具備全尺寸件的生產(chǎn)力量。西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點試驗室以航空航天為代表領(lǐng)域的國防重大規(guī)律，多元合金凝固理論方面取得多項得到國內(nèi)外同行認(rèn)可的爭論成果。擁有13000T液壓機(jī)、500T液壓機(jī)、25kg真空感應(yīng)熔煉爐、真空熱處理爐、TiTiAl合金冷坩堝熔煉與周密鑄造設(shè)備等，具備了本工程實施所需的各種設(shè)備條件保障。金產(chǎn)業(yè)基地。解決高溫TiAl合金產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)根底。從爭論根底、爭論人員素養(yǎng)到試驗條件均可以滿足本工程的爭論需要。因此，具備了在高溫TiAl合金及其制備和成形加工成形相關(guān)理論上取得重大突破的可能性。課題之間的關(guān)系：TiAl合金系列上，圍繞輕質(zhì)高溫TiAl的合金設(shè)計理論根底及強(qiáng)韌化機(jī)制、高溫TiAl合金凝固過程組織及缺陷的調(diào)控機(jī)制、高溫TiAl合〔1TiAl合金合金成分組織〔2〕高溫TiAl〔3〕高溫TiAl合金熔?！?〕高溫TiAl〔5〕〔6〕TiAl金屬間化合物材料使用性能表征和評價。21為不同的制備和加工技術(shù)供給優(yōu)化的合金成分和組織設(shè)計理論和強(qiáng)韌化機(jī)制，提上升溫TiAl合金的室溫塑性和韌性，以順當(dāng)完成工程6為不同的制備加工技術(shù)有關(guān)的課題供給性能表征方法確保建立統(tǒng)一的性能數(shù)據(jù)庫，為高溫TiAl合金應(yīng)用設(shè)計準(zhǔn)則的建立供給數(shù)據(jù)支撐。中間四個課題在合金的熔煉、凝固、成型〔成形、粉末冶金上相互關(guān)聯(lián)和支撐，實現(xiàn)本工程提出的解決高溫TiAl合金制備和加工關(guān)鍵科學(xué)問題，以TiAl合金制備和加工技術(shù)原型。高溫高溫TiAl合金優(yōu)化設(shè)計①熱塑性變形凝固成型粉末冶金大鑄錠等離子熔煉②+ 預(yù)包合套金板粉凝固過程及最終凝固組織掌握+高溫塑性變形②⑤動態(tài)再結(jié)晶靜態(tài)再結(jié)晶定向凝固④熔模周密鑄造③全致密化再結(jié)晶細(xì)晶定向組織等軸晶致密無夾雜組織組織性能表征及評價⑥2課題之間的關(guān)系圖課題1：高溫TiAl合金成分-組織-性能設(shè)計和優(yōu)化原理爭論目標(biāo)：提醒針對高溫條件和具體的制備加工技術(shù)下的合金成分-組織-性溫TiAl合金的相關(guān)系和型工程合金的強(qiáng)韌化機(jī)制、多相有序構(gòu)造的熱形變動態(tài)復(fù)原機(jī)制。主要爭論內(nèi)容：基于密度函數(shù)理論第一性原理的高Nb-TiAl合金設(shè)計根底和組成相廣義上合金的晶體缺陷性質(zhì)作用規(guī)律；通過熱力學(xué)計算和試驗爭論不同Nb含量的多組元高溫TiAl合金的準(zhǔn)相律和相關(guān)系；Nb、Al含量對合金成分-組織-性能關(guān)系的影Nb/Al含量的上下限，滿足課題提出的性能指標(biāo)；W、B、Si等對細(xì)化晶粒及片層間距的作用機(jī)理和效果；爭論Mn、稀土元素對合金鑄造性能的影響；爭論添加稀土元素改善高溫抗氧化性的機(jī)制；爭論形變過程中一般位錯-超位錯-孿晶交互作用，Nb降低層錯能對形變和強(qiáng)韌化的影響機(jī)制；VMo等元素對高溫TiAl合金多相有序構(gòu)造的動態(tài)復(fù)原過程的影響規(guī)律，以提高合金的熱加工性能。Nb-TiAl合金的高溫抗氧化機(jī)制。經(jīng)費比例：23%擔(dān)當(dāng)單位：北京科技大學(xué)，上海交通大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：林均品，46歲，博士，教授，博導(dǎo)主要擔(dān)當(dāng)人員：陳國良，宋西平，孫堅課題2：高溫TiAl合金的高干凈度熔煉和加工科學(xué)根底TiAl合金的均質(zhì)化和純潔度掌握方法，提醒熔煉工藝路線和工藝參數(shù)對鑄錠夾雜物去除效果及成分組織均勻性的影響規(guī)律。探究出適合高溫TiAl合金型材的均質(zhì)、純潔的大尺寸鑄錠制備技術(shù)；通TiAlβ相提高熱變形力量，研制出組織均勻細(xì)小的大尺寸擠壓棒材、鍛造餅材、板材。主要爭論內(nèi)容：利用有限元模擬爭論高溫TiAl合金等離子冷爐床熔煉和真空自耗電弧熔基于熱/動力力學(xué)分析，對熔體中異質(zhì)夾雜的界面反響及其遷移分別的機(jī)制進(jìn)展?fàn)幷?，推測鑄錠凝固的宏觀、微觀偏析和缺陷類型；質(zhì)安排規(guī)律，分析高溫TiAl合金熔煉過程熔池中液相流淌特征及其受外分析，明確鑄錠成分分布規(guī)律及偏析機(jī)制；TiAl合金的冶金工藝途徑和過程參數(shù)調(diào)控，爭論大鑄錠合金方法；爭論相穩(wěn)定元素對高溫TiAl合金熱變形力量的影響，爭論熱擠壓工藝結(jié)合等溫鍛造的熱加工工藝對細(xì)化鑄態(tài)組織和綜合力學(xué)性能的影響；爭論Z參數(shù)對組織演化的影響規(guī)律，建立熱變形過程中宏觀參量和材料微觀組織演化之間的數(shù)學(xué)模型、熱變形本構(gòu)關(guān)系數(shù)學(xué)模型和熱變形抗力律，建立熱加工工藝優(yōu)化原理；技術(shù)在擠壓、等溫鍛造和軋制中的作用原理，優(yōu)化熱加工工藝參數(shù)。經(jīng)費比例：18%課題負(fù)責(zé)人：常輝，41，博士，副教授，博導(dǎo)主要擔(dān)當(dāng)人員：張來啟，陳玉勇，李金山，王寧，楊 昭，孔凡濤課題3：高溫TiAl合金熔模鑄造關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)根底爭論目標(biāo)：以高溫TiAl合金在多場作用下鑄造充型特性、壁厚效應(yīng)以及熔體與型殼反應(yīng)形成外表硬化層的規(guī)律為根底，形成可有效提高高溫TiAl合金鑄件冶金質(zhì)量并抑制外表硬化層生成的精鑄技術(shù)；提醒高溫TiAl合金成分對液固界面生長和TiAl合金優(yōu)化設(shè)計根底。主要爭論內(nèi)容：爭論離心和反重力鑄造過程中高溫TiAl合金中Ti及高熔點元素對液固界用及作用機(jī)理，依此對鑄造高溫TiAl合金母合金的成分、間隙元素含量進(jìn)展優(yōu)化調(diào)整；以Pro/E簡單構(gòu)造造型、CA法組織模擬、Ansys有限元計算優(yōu)化組合計算為根底爭論高溫TiAl周密鑄件軟件接口計算問題，通過多場耦合作用下高溫TiAl合金周密鑄造過程的數(shù)值模擬，對柱狀晶生長、糊狀區(qū)形成規(guī)律和充型特性進(jìn)展全面描述；通過流淌性、收縮性等工藝性能試驗，分析鑄造高溫TiAl合金包晶凝固鑄造高溫TiAl合金的壁厚效應(yīng)及可能的調(diào)控途徑；爭論系列變質(zhì)處理進(jìn)而提出綜合優(yōu)化鑄造工藝技術(shù)的思路；爭論熔體與型殼反響以及熱交換對熔體充型流淌的阻滯作用，分析高溫機(jī)制，爭論外表硬化層對高溫TiAl合金力學(xué)性能的影響，探究有利于抑制外表硬化層形成的型殼面層化學(xué)組分，以削減其對力學(xué)性能的不利影響；設(shè)置不同工藝邊界條件制備鑄造TiAl合金標(biāo)樣，通過力學(xué)性能試驗和整TiAl合金鑄件牢靠性的影響規(guī)律，TiAl合金進(jìn)入工程應(yīng)用。經(jīng)費比例：18.5%北工業(yè)大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：張繼，48歲，博士，教授，博導(dǎo)主要擔(dān)當(dāng)人員：陸敏，張建偉，王英，萬柏方，張鐵邦課題4：高溫TiAl合金冷坩堝定向凝固技術(shù)根底爭論目標(biāo)：提醒型高溫TiAl合金在冷坩堝定向凝固條件下的組織、缺陷強(qiáng)度等性能指標(biāo)，建立該定向凝固組織典型構(gòu)件的關(guān)鍵成形技術(shù)方法。主要爭論內(nèi)容：爭論冷坩堝無污染定向凝固高溫TiAl合金的相選擇和組織演化規(guī)律，定向凝固過程電磁感應(yīng)加熱熔化及凝固界面的掌握方法及原理；計；連續(xù)定向凝固制備合金錠的冷坩堝電磁感應(yīng)熔化/凝固成形過程組織隨工藝參數(shù)變化規(guī)律及其優(yōu)化；爭論高溫TiAl合金的缺陷演化熱力學(xué)及動力學(xué)及鑄造質(zhì)量掌握。合金外表造質(zhì)量的掌握方法優(yōu)化；高溫TiAl合金片層組織的定向熱處理過程中組織演化規(guī)律及其取向掌握。高溫平衡相組成及雙相鈦鋁基合金梯度溫度場內(nèi)平衡相組成及分布；定向凝固高溫TiAl合金成分-組織-工藝參數(shù)-力學(xué)性能之間的關(guān)系。經(jīng)費比例：13%擔(dān)當(dāng)單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，南京理工大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：郭景杰，54歲，博士，教授，博導(dǎo)主要擔(dān)當(dāng)人員：傅恒志，陳光，丁宏升課題5：高溫TiAl合金板材的粉末冶金及軋制技術(shù)根底爭論βNbβ相的高溫TiAl合金粉末，促進(jìn)其后續(xù)軋制的熱變形力量，保證大變形量大尺寸板材建立從合金粉末-熱等靜壓致密化-熱機(jī)械處理-包套軋制制備大尺寸TiAl合金板材的完整的技術(shù)原型。形成具有自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的高溫TiAl合金連接技術(shù)，實現(xiàn)TiAl合金本身及其與其他材料的連接。主要爭論內(nèi)容：爭論β相穩(wěn)定元素和高Nb合金化對高溫TiAl合金粉末的非平衡相的構(gòu)造形成與演化規(guī)律影響，得出優(yōu)化的板材成分組織和設(shè)計原則；Al，Nb，Cr，W等元素在粉末顆粒內(nèi)部和界面的分布狀態(tài)以及集中形成的影響；雜質(zhì)和缺陷分布及對粉末冶金高溫TiAl合金損傷機(jī)理。粉末冶金材料雜力學(xué)性能的作用規(guī)律；爭論高溫TiAl合金粉末非平衡構(gòu)造形成與演化，粉末致密化行為和缺陷下，合金板材包套軋制過程中金屬流淌規(guī)律；模型，確定變形缺陷形成演化規(guī)律及其掌握原理；爭論高溫TiAl合金板材后續(xù)熱處理過程中的組織性能演化規(guī)律，實現(xiàn)組織性能準(zhǔn)確掌握；核和長大規(guī)律；爭論高溫TiAl合金釬焊及集中連接用中間層成分及其與母材的界面反響輸入對接頭力學(xué)性能的影響。經(jīng)費比例：16%擔(dān)當(dāng)單位：中南大學(xué),西北有色金屬爭論院，哈爾濱工業(yè)大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：賀躍輝，46歲，博士，教授主要擔(dān)當(dāng)人員：劉詠，劉海彥，馮吉才課題6：高溫TiAl金屬間化合物材料使用性能表征和評價爭論目標(biāo)：確立高溫TiAl合金安全服役條件下的力學(xué)性能掌握參量和應(yīng)用應(yīng)用供給有力的技術(shù)支持。主要爭論內(nèi)容：針對高溫TiAl合金在發(fā)動機(jī)不同部件上的應(yīng)用，爭論合金在發(fā)動機(jī)部件典型使用溫度與簡單載荷條件下〔高溫靜力拉伸、長久/蠕變、應(yīng)力/應(yīng)變疲乏以及疲乏/蠕變等〕應(yīng)力與應(yīng)變的本構(gòu)關(guān)系，對合金的性能進(jìn)展全面性能掌握參量的表征技術(shù)；和擴(kuò)展的影響規(guī)律；提醒合金的斷裂韌度KIC、疲乏裂紋擴(kuò)展速率da/dN以及疲乏裂紋擴(kuò)展門合金的微觀組織設(shè)計和探討微觀組織對損傷容限性能的影響機(jī)理奠定根底；方法；設(shè)計準(zhǔn)則；航天飛行器短時長久/蠕變、應(yīng)力/應(yīng)變疲乏以及疲乏/蠕變等的本構(gòu)關(guān)系及性能表征。經(jīng)費比例：11.5%爭論所課題負(fù)責(zé)人：于慧臣，44歲，博士，爭論員主要擔(dān)當(dāng)人員：郭廣平，黃躍，許沂，雷昆鳥

爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)1初步得到鑄造高溫TiAl合金的合理論第一性原理的高Nb-TiAl合金金成分-組織-性能關(guān)系和合金設(shè)計設(shè)計，NbAl含量對合金成分-組織原則；-性能關(guān)系的影響規(guī)律得到其Nb/Al2提醒鑄造高溫TiAl合金凝固過程含量的上下限和微量元素的添加規(guī)的傳熱傳質(zhì)及流淌規(guī)律和推測鑄錠律； 宏觀、微觀偏析和缺陷類型；利用有限元模擬爭論高溫TiAl合3提醒β相穩(wěn)定元素對高溫TiAl合第金等離子冷爐床熔煉和真空自耗電金熱變形力量的影響規(guī)律和Z參數(shù)— 過程傳熱傳質(zhì)及流淌的數(shù)學(xué)物理模 4說明粉末冶金坯體制備過程缺陷型；基于熱/動力力學(xué)分析，對熔體掌握和非平衡相演化機(jī)理。年 中異質(zhì)夾雜的界面反響及其遷移分宏觀、微觀偏析和缺陷類型；鑄造過程中高溫TiAl合金中Ti及高熔點元素對液固界面生長特性的程中組織和缺陷形成規(guī)律及其對鑄4β相穩(wěn)定元素對高溫TiAl合金熱變

5發(fā)表文章20-30篇。爭論內(nèi)容參數(shù)對組織演化的影變形本構(gòu)關(guān)系數(shù)學(xué)模型和熱變形抗力圖；5高Nb-TiAl合金的霧化粉末的制Nb合金化對高溫TiAl合金粉末的非平衡相Nb合金粉末的致密化。

預(yù)期目標(biāo)1高Nb-TiAl合金各組成相位錯超 1初步得到位錯超位錯層錯反位錯廣義層錯能反相疇界能與孿 相疇界及形變孿晶等形變微構(gòu)造的晶形成力量等晶體缺陷性質(zhì)以及合 作用規(guī)律；第 金元素對以上合金的晶體缺陷性質(zhì) 2提醒變形和粉末高溫TiAl合金成作用規(guī)律理論計算結(jié)果與試驗作對 分-組織-性能關(guān)系；二 比；

3初步提出改進(jìn)的高溫TiAl合金的變形和粉末高溫TiAl合金Nb、Al 周密鑄造工藝優(yōu)化提高陶瓷型殼的年 含量對合金成分-組織-性能關(guān)系的 質(zhì)量及制備工藝；影響規(guī)律得到其Nb/Al含量的上下 4獲得冷坩堝電磁感應(yīng)熔化/凝固成限和微量元素的添加規(guī)律； 形過程組織隨工藝參數(shù)變化規(guī)律；通過多場耦合作用下高溫TiAl凝 5提醒高溫TiAl合金蠕變斷裂機(jī)制，爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)固過程的模擬計算提出工藝性能試 疲乏小裂紋萌生、擴(kuò)展機(jī)制。優(yōu)化型殼材料的熱力學(xué)和動力學(xué)根底；冷坩堝制備出一批高Nb-TiAl合金電磁感應(yīng)熔化/凝固成形過程組織隨影響機(jī)理；高Nb-TiAl合金粉末冶金坯體的力學(xué)行為，爭論粉末冶金材料雜質(zhì)元素、剩余孔隙和其它缺陷的存在方規(guī)律；航空發(fā)動機(jī)用高Nb-TiAl合金的微紋和長裂紋的擴(kuò)展規(guī)律以及疲乏斷裂機(jī)制。

6發(fā)表文章30-50篇，申請國家制造5-8項。爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)1通過熱力學(xué)計算和試驗爭論不同 1提醒Nb含量對高溫TiAl合金相圖Nb含量的多組元高溫TiAl合金的準(zhǔn) 及相關(guān)系的影響規(guī)律；相圖高溫不同截面圖其它微量添 2確立高溫TiAl合金鑄錠冶金過程加合金元素對相關(guān)系和相穩(wěn)定性的 純潔化、均質(zhì)化機(jī)理并提出調(diào)控方影響高溫環(huán)境和不同加工方式下高 法；溫TiAl合金高溫抗氧化性；

3形成高溫TiAl合金鑄造葉片樣件大尺寸TiAl合金鑄錠的等離子冷 成形完整的工藝根底；床熔煉和真空自耗熔煉工藝根底；高溫TiAl合金的包套等溫鍛造和

TiAl合金板坯的模擬軋制參數(shù)優(yōu)化；軋制過程中微觀組織演化規(guī)律及其 5實現(xiàn)高溫TiAl合金釬焊及集中連第 與Z參數(shù)等宏觀參量的相互關(guān)系， 接的工藝優(yōu)化。優(yōu)化TiAl合金熱加工工藝；三 周密鑄造數(shù)值模擬方法對鑄樣件的充型和組織缺陷年 推測進(jìn)展標(biāo)樣和鑄造葉片樣件的研制；粉末冶金高溫TiAl合金板材后續(xù)熱處理過程中的組織性能演化規(guī)律以及力學(xué)性能，優(yōu)化組織性能；合金元素對高溫TiAl合金釬焊及面組織對接頭力學(xué)性能的影響；針對航天飛行器高溫高載飛行條

6發(fā)表文章30-50篇，申請國家制造專利8-12項。爭論內(nèi)容TiAl能參數(shù)與制備技術(shù)的關(guān)連性。

預(yù)期目標(biāo)高溫TiAl合金的成分-組織參量及 1得出提高高溫TiAl合金室溫塑性組織均勻性與室溫塑性和韌性的關(guān)系； 和韌性的技術(shù)途徑和成分-組織調(diào)控解剖分析標(biāo)樣和鑄件中的組織和 缺陷，對高溫TiAl合金鑄造葉片樣件的牢靠性進(jìn)展評價綜合優(yōu)化高溫 2高溫TiAl合金鑄造葉片樣件成形第 TiAl合金的力學(xué)性能、抗氧化性能 部冶金質(zhì)量同比到達(dá)高溫合及工藝性能改進(jìn)陶瓷型殼和周密鑄 金葉片的水平；造工藝；四 3建立多外場耦合作用下定向凝固

TiAl合金能夠提高高溫TiAl合金組織凝固模型，進(jìn)展 力學(xué)性能的定向熱處理熱處理工藝；高溫TiAl合金片層組織的定向熱處年 工藝對組織演化規(guī)律及其取向掌握；

制備出力學(xué)性能根本到達(dá)指標(biāo)要求，寬度400-500mm