钛合金因其具有密度小、比强度高、耐蚀、耐高温等优点成为目前世界范围内航空发动机减重瘦身和提高推重比的首选结构材料。但由于钛合金导热系数小、燃烧热值高等特点,导致其在特定环境下使用时容易被点燃,并发生持续燃烧引发“钛火”事故,这在很大程度上限制了钛合金在航空领域的应用。基于此,本文通过非等温氧化和促进点燃燃烧实验研究了不同合金相结构的典型钛合金材料的燃烧行为与机理,包括:TC4、TC11双相钛合金（普通钛合金）,α+Ti2Cu相钛合金Ti14（Ti-Cu系阻燃钛合金）以及单相β钛合金Ti40（Ti-Cr-V系阻燃钛合金）。探究氧压等因素对钛合金燃烧热力学和动力学的影响规律,分析其燃烧反应的组织演变规律,深入讨论钛合金的化学成分、合金相组成对燃烧行为的影响。在此基础上归纳总结不同种类钛合金的燃烧行为与机理,以期为解决钛合金燃烧问题提供理论支撑。研究发现,在热力学方面,上述四种钛合金的点燃温度随着氧压的增加而逐渐降低。点燃温度和氧压的关系符合范特霍夫方程规律,即氧压的自然数对数和点燃温度成反比例关系。四种钛合金的点燃温度从高到低依次为Ti40、Ti14、TC11 和 TC4。在 0.1 MPa 氧压下,Ti40、Ti14、TC11 和 TC4的点燃温度分别为1276℃、1162℃、1003℃和899℃,说明阻燃钛合金在热力学方面表现出了比普通钛合金相对较好的抗点燃性能。阻燃钛合金的点燃温度要高于普通钛合金主要归因于阻燃钛合金在点燃过程中更少的氧化放热和更多的热量散失,使得阻燃钛合金点燃所需要的能量增加,导致了阻燃钛合金具有较高的点燃温度。对于Ti14阻燃钛合金而言,氧化单位体积的Ti14所放出的热量为3.61 kJ,小于TC11和TC4的4.46 kJ和4.56 kJ,并且在点燃过程中Ti14合金中的低熔点析出相Ti2Cu优先熔化吸收了大量热量,使得Ti14阻燃钛合金的点燃温度高于普通钛合金TC4和TC11。对Ti40阻燃钛合金来说,氧化单位体积的Ti40所释放的热量为3.37 kJ,在四种钛合金中较小,并且在点燃过程中,V2O5的优先熔化,加之其在高温下分解并大量挥发,吸收了大量热量,使得Ti40合金具有相对较高的点燃温度。在动力学方面,上述四种钛合金的燃烧速率随着氧压的升高而逐渐增加,在同一氧压下燃烧长度和燃烧时间呈抛物线规律,燃烧速率随着燃烧时间的延长而增加,说明钛合金的燃烧是一个自加速反应。四种钛合金的燃烧速率从快到慢依次为Ti14、Ti40、TC4和TC11。在0.1 MPa氧压下,燃烧40 mm的燃烧速率分别为5.79 mm/s、4.75 mm/s、4.38 mm/s和4.21 mm/s,说明阻燃钛合金在动力学上没有表现出比普通钛合金更好的阻燃性能。燃烧速率的不同主要归因于在燃烧过程中不同相结构的钛合金其固液界面扩展方式的不同。TC4和TC11双相钛合金在固液界面处发生L+α→TiO的包晶反应,包晶反应和元素的选择性氧化导致在TC4和TC11固液界面处存在元素富集现象。钒元素富集在TC4合金的固液界面处,钒的熔点为1890 ℃,高于钛的熔点1668℃,提高了固液界面处的熔点,导致其燃烧速率减慢。钼元素富集在TC11合金的固液界面处,钼的熔点为2620℃,远高于钒的熔点,且钼元素的富集区大于钒元素的富集区,所以在减缓燃烧速率方面,钼的作用要大于钒的作用,使得TC1 1合金的燃烧速率进一步减缓。α+Ti2Cu相阻燃钛合金Ti14在燃烧过程中,低熔点的Ti2Cu析出相优先熔化,富集在固液界面处及热影响区,Ti14合金的固液界面通过低熔点相向前推进,使得其燃烧速率加快。单相β阻燃钛合金Ti40不存在第二相,Ti40合金的固液界面沿着晶界向前推进,晶界的优先熔化导致其较快的燃烧速率。固液界面的扩展方式是决定钛合金燃烧速率的重要因素,钛合金不同的界面扩展方式和基体的相结构有关。通过本文的研究工作,进一步提高了对不同种类钛合金燃烧行为和机理的认识,加深了对钛合金燃烧理论的理解,为解决长期困扰行业的“钛火”防护关键瓶颈问题,提高航空发动机服役安全性和提升推重比奠定了初步的理论基础。