陳光/文
上世紀60年代，英國在研製全球聞名的、單發的、能垂直起降的“鷂式”戰鬥機P1127時，它的一個原型機XP972於1962年10月30日在試飛中，由於所用的‘飛馬’發動機中的鈦合金制的壓氣機葉片與鈦合金制的機匣相磨碰，引發壓氣機著火，（這種著火現象稱為“鈦火”），造成發動機失火停車，飛機墜毀，飛行員成功跳傘獲救。
幾年後，即上世紀60年代後期，美國普惠公司為笫三代戰鬥機F-15研製推重比為8.0一級的F100發動機時，在除錯過程中，一臺發動機在地面試車臺試車時，發生高壓壓氣機鈦合金葉片與鈦合金機匣相碰磨，引發壓氣機著火燃燒（“鈦火”），火焰漫延到各處，最終整臺發動機毀於大火中（圖2）。
圖1 、“鷂式”飛機的原型機在試飛中由於發動機發生“鈦火”而墜毀
這兩次重大故障，是世界上最早出現的由於兩個鈦合金零件相磨碰引發鈦著火的故障，但是當時並沒有得到重視，以致後來在眾多的發動機出現多次。 據1979年統計，從1962到1979年的17年中，西方國家的航空發動機中總共出現鈦著火事件144次，其中燒穿壓氣機機匣的有59次。
上世紀50年代後期出現了能用於航空發動機上鈦合金，由於這種合金輕，其比重比合金鋼低40%（兩者比重分別為4.5g/cm3與7.8g/cm3），比鎳低50%（鎳的比重為8g/cm3），而且耐腐蝕性好，由於航空發動機有一個很重要的指標-輕，所以鈦合金很快在航空發動機上得到廣泛採用。
圖2、F100發動機整臺毀於“鈦火”
當時在發動機設計中只要溫度條件允許，都採用了鈦合金，包括風扇與壓氣機的工作葉片、輪盤、靜子葉片、機匣以及封嚴裝置等。
但是在使用中卻發現，在發動機工作時由於偶然發生的不正常狀態，使兩個鈦制的零件（例如工作葉片與靜子葉片，工作葉片與機匣）相碰磨，在環境壓力與溫度適合的條件下，會產生火花而引發零件燃燒，這種現象稱為“鈦火”。
一旦鈦零件著火，燃燒過程發展非常迅速，只需幾秒鐘就會使葉片燒燬，機匣燒穿，其危害程度非常嚴重。圖3示出被鈦火燒過的工作葉片殘骸。
圖3、鈦火燒過的壓氣機工作葉片
鈦火不僅發生在鈦與鈦零件間，也發生過鈦葉片與鋼機匣間發生嚴重碰磨後，鈦葉片燃燒，其火焰還將機匣燒出一環形缺槽，如圖4所示。
在發動機中，風扇部件中的氣流壓力與溫度均較低，不易產生鈦火，因此在風扇中還很少出現由於鈦火引發的故障。
圖4 、鋼機匣被鈦火燒，出一弧形缺槽
在上世紀7、80年代的一些著名發動機，如美國普惠公司的PW4000，GE公司的CF6、F404，英國羅羅公司的RB211，前蘇聯的HK－8、HK－86、Д一30與АИ－25都發生過鈦火故障。
據蘇聯統計僅在1977～1988年間，蘇聯的HK－8、HK－86、Д一30與АИ－25等發動機就曾發生過30餘起鈦著火事件。又如美國用於F/A-18艦載戰鬥機GE公司的F404發動機，由於鈦合金的高壓壓氣機工作葉片，與鈦合金機匣相磨蹭，引起鈦著火，火焰不僅燒穿高壓壓氣機機匣，而且還燒穿了外涵機匣，從而引起發動機著火，燒壞飛機，
造成在1987年一年中，美國海軍損失了4架F/A-18飛機。同是GE公司的CF-6發動機，自1976年起，鈦著火事件不斷髮生，到1979年年中達到高峰，一年內發生14起鈦著火事件，後果嚴重。
隨後，除了在新研製的發動機中，採取了防止鈦火的措施外，還對一些已經投入使用多年的發動機修改了設計，例如，F404發動機將鈦合金的高壓多壓氣機機匣改成合金鋼的機匣，同時將鈦合金的外涵機匣改用了重量比較輕的PMR15複合材料，改進後發動機重量增加了0.5公斤。
與F404為姐妹機型的CFM56（兩型發動機的核心機均由GE公司的F101核心機發展而成）也作了相應的改進。CFM56的高壓壓氣機機匣原來採用鈦合金，為了防止鈦合金工作葉片與機匣碰磨引發鈦火，在機匣中對應工作葉片的環帶中，增加了一套非常複雜的防磨、防鈦火的多層隔層。
在F404將鈦機匣改為合金鋼後，1978年，CFM56也將高壓壓氣機機匣由鈦合金改為合金鋼，同時將鈦合金的外涵機匣也改用了PMR15複合材料，這一改進使發動機零件數減少了140件，但重量加大5.64公斤。
GE公司的CF6系列發動機在初始階段，高壓壓氣機機匣均採用鈦合金，但從1979年起開始改用合金鋼。
蘇聯的許多發動機，也在投入使用若干年後，將鈦合金零件材料改為合金鋼，例如：HK－8發動機的高壓壓氣機6級工作葉片與靜子葉片原來全部採用鈦合金，但從1987年起4～6級靜子葉片（工作溫度超過300℃）改用了合金鋼。HK－86發動機在原設計中，高壓壓氣機6級工作葉片與靜子葉片、篦齒環與靜子封嚴環全用鈦合金，但從1981年起，4～6組靜子葉片（工作溫度＞300℃）、篦齒環與封嚴環全部改用合金鋼。
AИ－25發動機高壓壓氣機4～6級靜子葉片原採用鈦合金，在80年代後，已由鈦合金改為合金鋼。Д30 發動機在高壓壓氣機原設計中，除第10級靜子葉片採用合金鋼外，其餘各級靜子葉片均採用鈦合金，在80年代，第5～9組靜子葉片、第4級後的輪盤間鼓環均已改用合金鋼。
來設計的發動機，在高壓壓氣機中，轉動件（工作葉片、輪盤與隔圈）只要在溫度允許範圍內，均採用鈦合金，以減輕發動機的重量。靜子葉片均採用合金鋼甚至鎳基合金（PW4000），機匣則基本上都採用合金鋼。
鈦合金零件在加工製造中也有特殊要求，我國在加工第一批鈦合金風扇葉片時，就遇到過前所未見的加工故障。
風扇葉片的最後一道工序是對葉片片身進行拋光。所謂拋光，是葉片在高速旋轉的拋光砂輪上相互摩擦，將葉片表面拋磨成既符合設計尺寸的要求，又使表面變得光亮。葉片拋光時，葉片表面與砂輪在相互摩擦中，會產生大量發光的火星，像夜空中的焰火般向地面噴灑，在鋼葉片拋光時，這些火星在向下噴灑中，受到空氣的冷卻，逐漸由紅色變為灰色最後變成溫度較低的黑色屑末，不會對加工的零件產生任何壞作用。因此在葉片拋光車間，盛裝葉片的多格零件箱，一般就放在拋光砂輪下面，即將拋光的葉片與己拋光好的葉片就插在裝葉片的空格中，其頂部也不蓋上蓋子。
當我們加工第一批鈦合金風扇葉片時，沿用了老的做法，結果風扇葉片迸到部件裝配工段時，卻發現許多葉片表面出現多個燒蝕點，令人納悶。經過仔細分析與檢查後，發現了其中的奧秘。
原來鈦合金葉片在拋光時，屑末產生的火星，在下墜的過程中，是不斷吸收空氣中的氧，使火星越變越大了，溫度也更高了，當這些高溫的火星濺落到插在零件箱中的葉片表面上時，就造成了一些燒蝕點，原因找到後，在裝葉片的零件箱上加裝了一個蓋子，就解決了這一大難題。
