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航空发动机钛合金叶片制造技术及失效分析 刘庆瑔 编著 2018年版
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资料介绍
航空发动机钛合金叶片制造技术及失效分析
作者：刘庆瑔 编著
出版时间：2018年版
内容简介
本书系统地阐述了航空发动机风扇/压气机叶片结构特点、工作状态，及其对钛合金和制造工艺的需求。详细介绍了钛合金叶片原材料、制造技术、质量控制、可靠性工程、失效模式、预防措施和失效典型案例；同时对大型空心风扇叶片制造技术做了深入分析。在总结经验教训的基础上，依据钛合金特性，对叶片设计、制造技术、质量控制、可靠性工程及使用维修等亟待解决的课题提出了独到的见解。本书内容丰富、详实具体、信息量大，具有工程实用性和可操作性，不仅为从事航空发动机叶片设计人员、制造人员和修理维护人员提供借鉴和帮助，而且也为有关科研院所科技人员及高等院校师生提供一本工程实践性很强的重要参考书。
目录
第1章 钛合金概论
1.1 工业纯钛
1.1.1 纯钛的晶体结构及其相变点
1.1.2 工业纯钛的特性、用途及组织结构
1.1.3 工业纯钛的化学成分和性能
1.2 钛合金的金属学基础
1.2.1 钛与合金元素的相互作用
1.2.2 合金元素对钛合金的强化作用
1.2.3 杂质对钛合金组织和性能的影响
1.3 钛合金的分类及其特点
1.3.1 钛合金的分类方法
1.3.2 α钛合金
1.3.3 近α钛合金
1.3.4 α+β钛合金
1.3.5 近β钛合金
1.3.6 β钛合金
1.3.7 钛合金的特点
1.4 钛合金相变
1.4.1 β相区加热快速冷却（淬火）产生的相变
1.4.2 β相区加热缓慢冷却（炉冷）产生的相变
1.4.3 亚稳相在加热时的分解
1.5 钛合金显微组织及其对性能的影响
1.5.1 钛合金的基本相及其特性
1.5.2 钛合金的基本组织及其形成条件
1.5.3 钛合金显微组织与力学性能的关系
1.6 钛合金热处理
1.6.1 钛合金的退火
1.6.2 钛合金的强化热处理
1.6.3 钛合金的形变热处理
1.6.4 热处理工艺对钛合金组织和性能的影响
1.7 钛合金的工艺性能
1.7.1 钛合金铸造工艺性能
1.7.2 钛合金锻压工艺性能
1.7.3 钛合金焊接工艺性能
1.7.4 钛合金机加工艺性能
1.7.5 钛合金特种加工工艺性能
1.8 钛合金术语及其金相图谱
1.8.1 钛及钛合金术语
1.8.2 合金化及其相变术语
1.8.3 显微组织术语及其金相图谱
第2章 航空发动机钛合金叶片选材、原材料材质分析及其金相图谱
2.1 航空发动机钛合金叶片选材
2.1.1 风扇／压气机叶片对钛合金材料的要求
2.1.2 风扇／压气机叶片对钛合金原材料性能测试要求
2.1.3 风扇／压气机叶片对钛合金性能数据的要求
2.1.4 风扇／压气机叶片材料选用原则
2.1.5 风扇／压气机叶片选材的代用原则
2.1.6 风扇／压气机叶片钛合金材料的技术管理
2.1.7 钛合金在工程应用中的风险分析
2.2 钛合金熔炼、半成品制造工艺及其质量控制
2.2.1 钛合金熔炼工艺简介及其质量控制
2.2.2 钛合金半成品制造工艺简介及其质量控制
2.2.3 钛合金半成品最佳组织的选择
2.3 钛合金人厂复验及原材料质量检验
2.3.1 钛合金原材料复验质量控制及材质信息反馈
2.3.2 钛合金原材料质量检验
2.4 钛合金原材料常见冶金缺陷分析与预防
2.4.1 来源于熔炼丁艺的缺陷
2.4.2 来源于热机械变形工艺的缺陷
2.5 钛合金棒材高倍组织与超声波检验杂波超标相关性分析
2.6 钛合金棒材原始组织与叶片模锻件高低倍组织相关性分析
2.6.1 钛合金压气机叶片模锻工艺及质量控制
2.6.2 钛合金叶片模锻件高低倍组织分析
2.6.3 钛合金叶片模锻件超温过热、过烧组织分析
2.7 钛合金原材料裂纹分析
2.8 两相钛合金高低倍组织检验方法
2.8.1 钛合金低倍组织分析方法
2.8.2 钛合金高倍组织分析方法
2.8.3 两相钛合金金相组织分析
2.9 两相钛合金金相组织图谱
2.9.1 钛合金铸造组织形貌
2.9.2 钛合金锻造坯料组织形貌
2.9.3 钛合金不同热处理状态组织形貌
2.9.4 钛合金形变热处理组织形貌
2.9.5 钛合金热稳定组织形貌
2.9.6 钛合金重复热处理组织形貌
2.9.7 钛合金长期热暴露组织形貌
2.9.8 钛合金典型冶金缺陷组织形貌
第3章 航空发动机钛合金叶片制造技术、工艺缺陷分析及金相组织
3.1 钛合金叶片制造技术概述
3.1.1 钛合金工程应用现状
3.1.2 钛合金叶片制造技术简介
3.2 钛合金叶片铸造工艺
3.2.1 钛合金铸造工艺分类及其适用范围
3.2.2 铸造钛合金特性与铸造工艺适应性分析
3.2.3 钛合金铸造叶片在航空发动机上的应用
3.2.4 钛合金铸造工艺缺陷分析与预防
3.3 钛合金叶片锻造工艺
3.3.1 钛合金锻造工艺分类及其适用范围
3.3.2 钛合金特性与锻造工艺适应性分析
3.3.3 钛合金叶片锻造技术准备工作
3.3.4 钛合金叶片常规模锻工艺及其质量控制
3.3.5 钛合金叶片精锻工艺及其质量控制
3.3.6 钛合金叶片等温锻造工艺及其质量控制
3.3.7 钛合金叶片β锻造工艺及其质量控制
3.3.8 钛合金叶片超塑性成形工艺
3.3.9 钛合金锻造工艺缺陷分析与预防
3.4 钛合金叶片热处理工艺
3.4.1 钛合金叶片的退火
3.4.2 钛合金叶片的强化热处理
3.4.3 钛合金叶片真空热处理
3.4.4 钛合金叶片重复热处理
3.4.5 钛合金叶片热处理工艺质量控制
3.4.6 钛合金叶片热处理工艺缺陷分析与预防
3.5 钛合金叶片机械加工工艺
3.5.1 钛合金叶片机械加工工艺分类
3.5.2 钛合金特性与机械加工工艺适应性分析
3.5.3 钛合金叶片常规机械加工工艺
3.5.4 钛合金叶片磨削、抛光丁艺试验研究
3.5.5 钛合金叶片缓进磨削工艺试验研究
3.5.6 钛合金叶片型面砂带磨削工艺
3.5.7 钛合金叶片机械加工工艺缺陷分析与预防
3.6 钛合金叶片特种加工工艺
3.6.1 电解加工工艺
3.6.2 电解钻孔工艺
3.6.3 电解磨削工艺
3.6.4 电火花加工工艺
3.6.5 钛合金叶片特种加工工艺缺陷分析与预防
3.7 钛合金叶片焊接工艺
3.7.1 钛合金常规焊接工艺
3.7.2 钛合金高能束焊接工艺
3.7.3 钛合金超塑性成形和扩散连接组合工艺
3.7.4 钛合金真空钎焊工艺
3.7.5 钛合金焊接工艺缺陷分析与预防
3.8 钛合金叶片表面处理工艺
3.8.1 钛合金叶片电镀工艺
3.8.2 钛合金渗氧、渗氮、渗氢工艺
3.8.3 钛合金叶片防护涂层工艺
3.8.4 钛合金叶片阳极化工艺试验研究
3.8.5 钛合金叶片表面强化工艺
3.9 钛合金叶片质量检验
3.9.1 原材料复验
3.9.2 钛合金叶片半成品及成品检验
3.9.3 我国钛合金材质检验与西方国家的差异
第4章 航空发动机钛合金叶片使用可靠性分析及其使用性能测试
4.1 航空装备可靠性基本概念
4.1.1 航空装备可靠性
4.1.2 航空装备可靠性工程
4.1.3 航空装备可靠性试验
4.1.4 航空装备可靠性系统工程
4.1.5 航空装备维修性
4.1.6 航空装备使用性能
4.2 原材料冶金质量对钛合金叶片使用性能的影响
4.2.1 化学成分偏析对钛合金叶片使用性能的影响
4.2.2 夹杂对钛合金叶片使用性能的影响
4.2.3 显微组织对钛合金叶片使用性能的影响
4.3 钛合金叶片疲劳断裂及疲劳抗力指标
4.3.1 金属疲劳断裂的基本概念
4.3.2 叶片振动疲劳强度测试
4.3.3 叶片振动疲劳试验方法
4.3.4 航空发动机钛合金叶片振动疲劳试验及其检测结果
4.3.5 小结
4.4 表面完整性对钛合金叶片疲劳抗力的影响
4.4.1 表面完整性定义及其重要性
4.4.2 机械加工工艺对钛合金疲劳抗力的影响
4.4.3 磨烧对钛合金叶片疲劳抗力的影响
4.4.4 表面强化工艺对钛合金疲劳抗力的影响
4.4.5 圆角R尺寸对钛合金叶片疲劳抗力的影响
4.4.6 表面冶金缺陷对钛合金疲劳抗力的影响
4.4.7 表面机械损伤及残余应力对钛合金叶片疲劳抗力的影响
4.4.8 装配不当对钛合金疲劳抗力的影响
4.5 表面污染对钛合金叶片使用性能影响
4.5.1 钛合金的氧污染
4.5.2 钛合金的氮污染
4.5.3 钛合金的碳污染
4.5.4 钛合金的氢污染
4.5.5 钛合金的金属污染
4.6 使用条件对钛合金叶片组织和使用性能的影响
4.6.1 长时间加热对钛合金叶片组织和性能的影响
4.6.2 循环加热对钛合金叶片力学性能的影响
4.6.3 使用寿命对钛合金叶片组织和性能的影响
4.6.4 钛合金构件的失稳与预防
4.6.5 小结
第5章 航空发动机钛合金叶片失效模式、预防措施及典型失效案例分析
5.1 钛合金叶片失效分类
5.1.1 钛合金叶片断裂失效
5.1.2 钛合金叶片非断裂失效
5.2 钛合金叶片失效分析程序及内容
5.2.1 现场调查，收集失效残骸及碎片
5.2.2 确认首要失效件（肇事件）
5.2.3 复查原始资料
5.2.4 首要失效件（肇事件）的外观检查
5.2.5 首要失效件（肇事件）的材质分析
5.2.6 应力分析
5.2.7 断口分析
5.2.8 模拟试验
5.2.9 综合分析
5.2.10 失效分析报告
5.2.11 失效分析资料的管理
5.2.12 纠正和预防措施的验证与贯彻
5.3 预防钛合金叶片失效的技术措施
5.3.1 发动机叶片失效特点及其原因概述
5.3.2 提高叶片质量和预防叶片失效的思路
5.3.3 预防叶片失效的技术途径
5.3.4 小结
5.4 钛合金叶片失效典型案例分析
5.4.1 钛合金风扇叶片失效典型案例分析与预防
5.4.2 钛合金压气机叶片失效典型案例分析与预防
5.4.3 钛合金整体叶盘典型失效案例分析与预防
5.4.4 钛合金叶片钛火失效案例分析与预防
5.4.5 新增失效案例分析与预防
5.5 航空发动机钛合金叶片失效分析小结
5.5.1 钛合金叶片失效分析工作是发动机可靠性工程的重要组成部分
5.5.2 失效分析为叶片使用发展和制造技术提供了依据和发展方向
5.5.3 高瞻远瞩，加强失效分析工作，推动发动机研制快速发展
附录1 我国航空发动机钛合金叶片失效案例统计表
附录2 中国钛合金牌号与国外牌号对照表
附录3 BT3-1钛合金风扇叶片阻尼凸台耐磨层真空钎焊修理工艺及耐磨层金相图图谱
附录4 TC11钛合金压气机盘高密度夹杂金相图谱
附录5 钛合金热加工用防护玻璃润滑剂
参考文献
作者简介
作者：刘庆瑔 编著
出版时间：2018年版
内容简介
本书系统地阐述了航空发动机风扇/压气机叶片结构特点、工作状态，及其对钛合金和制造工艺的需求。详细介绍了钛合金叶片原材料、制造技术、质量控制、可靠性工程、失效模式、预防措施和失效典型案例；同时对大型空心风扇叶片制造技术做了深入分析。在总结经验教训的基础上，依据钛合金特性，对叶片设计、制造技术、质量控制、可靠性工程及使用维修等亟待解决的课题提出了独到的见解。本书内容丰富、详实具体、信息量大，具有工程实用性和可操作性，不仅为从事航空发动机叶片设计人员、制造人员和修理维护人员提供借鉴和帮助，而且也为有关科研院所科技人员及高等院校师生提供一本工程实践性很强的重要参考书。
目录
第1章 钛合金概论
1.1 工业纯钛
1.1.1 纯钛的晶体结构及其相变点
1.1.2 工业纯钛的特性、用途及组织结构
1.1.3 工业纯钛的化学成分和性能
1.2 钛合金的金属学基础
1.2.1 钛与合金元素的相互作用
1.2.2 合金元素对钛合金的强化作用
1.2.3 杂质对钛合金组织和性能的影响
1.3 钛合金的分类及其特点
1.3.1 钛合金的分类方法
1.3.2 α钛合金
1.3.3 近α钛合金
1.3.4 α+β钛合金
1.3.5 近β钛合金
1.3.6 β钛合金
1.3.7 钛合金的特点
1.4 钛合金相变
1.4.1 β相区加热快速冷却（淬火）产生的相变
1.4.2 β相区加热缓慢冷却（炉冷）产生的相变
1.4.3 亚稳相在加热时的分解
1.5 钛合金显微组织及其对性能的影响
1.5.1 钛合金的基本相及其特性
1.5.2 钛合金的基本组织及其形成条件
1.5.3 钛合金显微组织与力学性能的关系
1.6 钛合金热处理
1.6.1 钛合金的退火
1.6.2 钛合金的强化热处理
1.6.3 钛合金的形变热处理
1.6.4 热处理工艺对钛合金组织和性能的影响
1.7 钛合金的工艺性能
1.7.1 钛合金铸造工艺性能
1.7.2 钛合金锻压工艺性能
1.7.3 钛合金焊接工艺性能
1.7.4 钛合金机加工艺性能
1.7.5 钛合金特种加工工艺性能
1.8 钛合金术语及其金相图谱
1.8.1 钛及钛合金术语
1.8.2 合金化及其相变术语
1.8.3 显微组织术语及其金相图谱
第2章 航空发动机钛合金叶片选材、原材料材质分析及其金相图谱
2.1 航空发动机钛合金叶片选材
2.1.1 风扇／压气机叶片对钛合金材料的要求
2.1.2 风扇／压气机叶片对钛合金原材料性能测试要求
2.1.3 风扇／压气机叶片对钛合金性能数据的要求
2.1.4 风扇／压气机叶片材料选用原则
2.1.5 风扇／压气机叶片选材的代用原则
2.1.6 风扇／压气机叶片钛合金材料的技术管理
2.1.7 钛合金在工程应用中的风险分析
2.2 钛合金熔炼、半成品制造工艺及其质量控制
2.2.1 钛合金熔炼工艺简介及其质量控制
2.2.2 钛合金半成品制造工艺简介及其质量控制
2.2.3 钛合金半成品最佳组织的选择
2.3 钛合金人厂复验及原材料质量检验
2.3.1 钛合金原材料复验质量控制及材质信息反馈
2.3.2 钛合金原材料质量检验
2.4 钛合金原材料常见冶金缺陷分析与预防
2.4.1 来源于熔炼丁艺的缺陷
2.4.2 来源于热机械变形工艺的缺陷
2.5 钛合金棒材高倍组织与超声波检验杂波超标相关性分析
2.6 钛合金棒材原始组织与叶片模锻件高低倍组织相关性分析
2.6.1 钛合金压气机叶片模锻工艺及质量控制
2.6.2 钛合金叶片模锻件高低倍组织分析
2.6.3 钛合金叶片模锻件超温过热、过烧组织分析
2.7 钛合金原材料裂纹分析
2.8 两相钛合金高低倍组织检验方法
2.8.1 钛合金低倍组织分析方法
2.8.2 钛合金高倍组织分析方法
2.8.3 两相钛合金金相组织分析
2.9 两相钛合金金相组织图谱
2.9.1 钛合金铸造组织形貌
2.9.2 钛合金锻造坯料组织形貌
2.9.3 钛合金不同热处理状态组织形貌
2.9.4 钛合金形变热处理组织形貌
2.9.5 钛合金热稳定组织形貌
2.9.6 钛合金重复热处理组织形貌
2.9.7 钛合金长期热暴露组织形貌
2.9.8 钛合金典型冶金缺陷组织形貌
第3章 航空发动机钛合金叶片制造技术、工艺缺陷分析及金相组织
3.1 钛合金叶片制造技术概述
3.1.1 钛合金工程应用现状
3.1.2 钛合金叶片制造技术简介
3.2 钛合金叶片铸造工艺
3.2.1 钛合金铸造工艺分类及其适用范围
3.2.2 铸造钛合金特性与铸造工艺适应性分析
3.2.3 钛合金铸造叶片在航空发动机上的应用
3.2.4 钛合金铸造工艺缺陷分析与预防
3.3 钛合金叶片锻造工艺
3.3.1 钛合金锻造工艺分类及其适用范围
3.3.2 钛合金特性与锻造工艺适应性分析
3.3.3 钛合金叶片锻造技术准备工作
3.3.4 钛合金叶片常规模锻工艺及其质量控制
3.3.5 钛合金叶片精锻工艺及其质量控制
3.3.6 钛合金叶片等温锻造工艺及其质量控制
3.3.7 钛合金叶片β锻造工艺及其质量控制
3.3.8 钛合金叶片超塑性成形工艺
3.3.9 钛合金锻造工艺缺陷分析与预防
3.4 钛合金叶片热处理工艺
3.4.1 钛合金叶片的退火
3.4.2 钛合金叶片的强化热处理
3.4.3 钛合金叶片真空热处理
3.4.4 钛合金叶片重复热处理
3.4.5 钛合金叶片热处理工艺质量控制
3.4.6 钛合金叶片热处理工艺缺陷分析与预防
3.5 钛合金叶片机械加工工艺
3.5.1 钛合金叶片机械加工工艺分类
3.5.2 钛合金特性与机械加工工艺适应性分析
3.5.3 钛合金叶片常规机械加工工艺
3.5.4 钛合金叶片磨削、抛光丁艺试验研究
3.5.5 钛合金叶片缓进磨削工艺试验研究
3.5.6 钛合金叶片型面砂带磨削工艺
3.5.7 钛合金叶片机械加工工艺缺陷分析与预防
3.6 钛合金叶片特种加工工艺
3.6.1 电解加工工艺
3.6.2 电解钻孔工艺
3.6.3 电解磨削工艺
3.6.4 电火花加工工艺
3.6.5 钛合金叶片特种加工工艺缺陷分析与预防
3.7 钛合金叶片焊接工艺
3.7.1 钛合金常规焊接工艺
3.7.2 钛合金高能束焊接工艺
3.7.3 钛合金超塑性成形和扩散连接组合工艺
3.7.4 钛合金真空钎焊工艺
3.7.5 钛合金焊接工艺缺陷分析与预防
3.8 钛合金叶片表面处理工艺
3.8.1 钛合金叶片电镀工艺
3.8.2 钛合金渗氧、渗氮、渗氢工艺
3.8.3 钛合金叶片防护涂层工艺
3.8.4 钛合金叶片阳极化工艺试验研究
3.8.5 钛合金叶片表面强化工艺
3.9 钛合金叶片质量检验
3.9.1 原材料复验
3.9.2 钛合金叶片半成品及成品检验
3.9.3 我国钛合金材质检验与西方国家的差异
第4章 航空发动机钛合金叶片使用可靠性分析及其使用性能测试
4.1 航空装备可靠性基本概念
4.1.1 航空装备可靠性
4.1.2 航空装备可靠性工程
4.1.3 航空装备可靠性试验
4.1.4 航空装备可靠性系统工程
4.1.5 航空装备维修性
4.1.6 航空装备使用性能
4.2 原材料冶金质量对钛合金叶片使用性能的影响
4.2.1 化学成分偏析对钛合金叶片使用性能的影响
4.2.2 夹杂对钛合金叶片使用性能的影响
4.2.3 显微组织对钛合金叶片使用性能的影响
4.3 钛合金叶片疲劳断裂及疲劳抗力指标
4.3.1 金属疲劳断裂的基本概念
4.3.2 叶片振动疲劳强度测试
4.3.3 叶片振动疲劳试验方法
4.3.4 航空发动机钛合金叶片振动疲劳试验及其检测结果
4.3.5 小结
4.4 表面完整性对钛合金叶片疲劳抗力的影响
4.4.1 表面完整性定义及其重要性
4.4.2 机械加工工艺对钛合金疲劳抗力的影响
4.4.3 磨烧对钛合金叶片疲劳抗力的影响
4.4.4 表面强化工艺对钛合金疲劳抗力的影响
4.4.5 圆角R尺寸对钛合金叶片疲劳抗力的影响
4.4.6 表面冶金缺陷对钛合金疲劳抗力的影响
4.4.7 表面机械损伤及残余应力对钛合金叶片疲劳抗力的影响
4.4.8 装配不当对钛合金疲劳抗力的影响
4.5 表面污染对钛合金叶片使用性能影响
4.5.1 钛合金的氧污染
4.5.2 钛合金的氮污染
4.5.3 钛合金的碳污染
4.5.4 钛合金的氢污染
4.5.5 钛合金的金属污染
4.6 使用条件对钛合金叶片组织和使用性能的影响
4.6.1 长时间加热对钛合金叶片组织和性能的影响
4.6.2 循环加热对钛合金叶片力学性能的影响
4.6.3 使用寿命对钛合金叶片组织和性能的影响
4.6.4 钛合金构件的失稳与预防
4.6.5 小结
第5章 航空发动机钛合金叶片失效模式、预防措施及典型失效案例分析
5.1 钛合金叶片失效分类
5.1.1 钛合金叶片断裂失效
5.1.2 钛合金叶片非断裂失效
5.2 钛合金叶片失效分析程序及内容
5.2.1 现场调查，收集失效残骸及碎片
5.2.2 确认首要失效件（肇事件）
5.2.3 复查原始资料
5.2.4 首要失效件（肇事件）的外观检查
5.2.5 首要失效件（肇事件）的材质分析
5.2.6 应力分析
5.2.7 断口分析
5.2.8 模拟试验
5.2.9 综合分析
5.2.10 失效分析报告
5.2.11 失效分析资料的管理
5.2.12 纠正和预防措施的验证与贯彻
5.3 预防钛合金叶片失效的技术措施
5.3.1 发动机叶片失效特点及其原因概述
5.3.2 提高叶片质量和预防叶片失效的思路
5.3.3 预防叶片失效的技术途径
5.3.4 小结
5.4 钛合金叶片失效典型案例分析
5.4.1 钛合金风扇叶片失效典型案例分析与预防
5.4.2 钛合金压气机叶片失效典型案例分析与预防
5.4.3 钛合金整体叶盘典型失效案例分析与预防
5.4.4 钛合金叶片钛火失效案例分析与预防
5.4.5 新增失效案例分析与预防
5.5 航空发动机钛合金叶片失效分析小结
5.5.1 钛合金叶片失效分析工作是发动机可靠性工程的重要组成部分
5.5.2 失效分析为叶片使用发展和制造技术提供了依据和发展方向
5.5.3 高瞻远瞩，加强失效分析工作，推动发动机研制快速发展
附录1 我国航空发动机钛合金叶片失效案例统计表
附录2 中国钛合金牌号与国外牌号对照表
附录3 BT3-1钛合金风扇叶片阻尼凸台耐磨层真空钎焊修理工艺及耐磨层金相图图谱
附录4 TC11钛合金压气机盘高密度夹杂金相图谱
附录5 钛合金热加工用防护玻璃润滑剂
参考文献
作者简介
