中文摘要：

Ti3Al/（α+β）Ti双合金接头脆化和界面组织不稳定严重制约它的应用，本项目提出分别在接头β相变点上、下和跨相变点等温锻造电子束焊接的Ti3Al（Ti2AlNb）/（α+β）Ti、结合锻后冷却速度和不同梯度温度ΔTi(i=0,1,2)热处理，获得不同尺度、不同形态（球形、条片形和混合形）的界面组织，通过高温长时间热暴露后拉伸以及持久载荷实验，借助显微镜、透射电镜、能谱仪等，研究热力交互作用和扩散影响下亚稳相分解模式，各组成相尺度、条状相长宽比、相间距对组织稳定性的影响规律；研究服役条件下接头的脆化机理、界面组织稳定的充分必要条件。项目研究的成功，将确立上述所选组合双合金界面组织在500-600℃温度范围稳定的充分必要条件；获得接头的脆化机理；热力交互作用对不同尺度与形态的界面组织的影响规律。这对异种材料连接件、双合金盘应用，减轻整机重量，提高性能、提高效益具有重大的理论意义与科学价值。

结论摘要：

提高航空发动机推重比，使用轻质量的高温高强材料替代比重大的高温合金制作高压压气机后几级盘是一个重要的发展方向。虽然钛基金属间化合物合金比强度高，工作温度可达750℃，但它的室温塑性差，难以承担大的拉应力作用，而采用高温金属间化合物合金做盘缘、高强钛合金作盘毂盘幅的双合金结构盘，可解决压气机后几级盘承受大温度梯度与大应力梯度问题，又解决高温强度与低温塑性须同时满足的难题。由于异种合金化学成分、成形温度、热处理规范均不同，在连接、成形、热处理及长期工作环境下，因热力耦合作用，结合界面组织变化对接头强度有重大的影响，开展研究是十分必要的。本项目选定Ti2AlNb/TC11、Ti2AlNb/Ti60两种组合，研究所选材料的超塑性变形温度范围以确定双合金成形温度区间。采用电子束焊接+等温变形+梯度热处理方法制作双合金盘件，研究连接界面组织，界面上物相、物相形态、尺度及体积分数在热加时的变化规律；500~700℃温度范围长期热暴露后焊缝区组织及相稳定的充分与必要条件和引起接头脆化的机理等内容。研究结果表明1）B2相颗粒尺度为200~400μm的Ti-22Al-25Nb合金、α相粒子直径为30μm的Ti60钛合金均具有超塑性，其超塑性机制主要是动态再结晶恢复塑性与蠕变位移，突破了传统超塑性要求具备10μm以下细晶的条件限制；2）获得制备具有不同形态（等轴、条状）相的Ti-22Al-25Nb/TC11双合金连接界面组织的工艺路线；3）揭示了Ti-22Al-25Nb/TC11双合金焊缝区组织中物相在热加工历史中的变化规律，重新构造新相主要在锻造加热、变形过程中完成，各合金元素在接头处达到平衡后就处于稳定状态，后续的热力作用不会使相结构发生变化；4）探索出近等温锻造改造异种合金接头凝固柱状晶组织成变形组织、提高连接强度的机理；5）揭示了Ti-22Al-25Nb/TC 11接头热暴露前后性能变化与组织的关联关系，提出了接头强度与组织中各形态相尺寸及体积百分数的数学表达式;6）揭示了Ti2AlNb/TC11结合界面产生脆化的主因是化学成分变化，Al、Nb含量下降，造成O、α、α2及β相共存，O相减少，α2相增加且随热暴露时间延长发生聚集所致；7）获得了Ti2AlNb/TC11异种合金接头的失效特征与组织的关系。异种合金接头脆化机理及组织稳定性研究具有重要的科学意义。