鈦合金因其低密度、高比強(qiáng)和抗蠕變性等優(yōu)異性能，在航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。鈦合金具有延展性低、變形抗力大和各向異性明顯等特點(diǎn)，因此鈦合金對(duì)熱變形工藝參數(shù)十分敏感。本文介紹了物理模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)及其在鈦合金熱加工領(lǐng)域的應(yīng)用。重點(diǎn)闡述了模擬技術(shù)在鈦合金熱變形機(jī)制、預(yù)測(cè)和控制缺陷產(chǎn)生和微觀組織演化方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了目前鈦合金熱成形模擬中有待解決的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)。

 

鈦的冶煉提取技術(shù)。鈉還原法和鎂還原法是生產(chǎn)海綿鈦的主要方法，另外有美國(guó)的改進(jìn)型克勞爾法、阿姆斯特朗法、SRI法等，還有導(dǎo)電體介入還原法、Hunter法、Armstrong法等。鈦合金熔煉技術(shù)。發(fā)展了冷床爐熔煉技術(shù)，包括電子束冷床爐和等離子冷床爐技術(shù)。目前，冷床爐熔煉已達(dá)到商業(yè)化水平，可熔煉重達(dá)25噸的鑄錠。能生產(chǎn)無(wú)偏析、無(wú)夾雜的優(yōu)質(zhì)鈦及鈦合金鑄錠，滿足航空轉(zhuǎn)動(dòng)部件對(duì)高性能鈦材的需求；能生產(chǎn)扁錠、空心錠，簡(jiǎn)化板材和大管材的后續(xù)加工，并可大量回收殘鈦，但存在成本高、操作復(fù)雜等問(wèn)題。電子束和等離子冷床熔煉工藝在美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到了快速發(fā)展，電子束已成功應(yīng)用于純鈦和TC4鈦合金的熔煉，等離子束是熔煉復(fù)雜成分鈦合金的最有效手段。俄羅斯發(fā)展了一種類(lèi)似于冷床爐的熔煉技術(shù)，即“凝殼—自耗電極熔煉”。此外，冷坩堝熔煉技術(shù)近來(lái)也有較大發(fā)展，與離心澆鑄工藝結(jié)合用于鈦鑄件精密鑄造，目前正在制造第二代冷坩堝熔煉爐。第二代冷坩堝爐可大大提高熔化能力，縮短熔煉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)完全懸浮熔煉，消除金屬凝殼。我國(guó)已將研究感應(yīng)凝殼熔煉技術(shù)列入重點(diǎn)研究項(xiàng)目，在鈦合金的熔煉技術(shù)方面也取得了很大的發(fā)展。2008年，我國(guó)共生產(chǎn)鈦錠3.4萬(wàn)噸，鈦加工材2.4萬(wàn)噸；凈出口海綿鈦4450噸；凈出口鈦加工材4083噸，成為海綿鈦和鈦加工材的凈出口國(guó)。

 

鈦合金通常需要在β單相區(qū)或α+β兩相區(qū)進(jìn)行熱加工來(lái)獲得具有一定組織和性能的產(chǎn)品。而熱加工參數(shù)的選擇對(duì)鈦合金的加工性能與顯微組織都產(chǎn)生重要的影響。鈦合金顯微組織的多樣性與鈦合金多工序的生產(chǎn)過(guò)程以及各工序過(guò)程的多樣性有著規(guī)律性的聯(lián)系。這種復(fù)雜聯(lián)系決定了傳統(tǒng)方法很難對(duì)鈦合金組織與性能進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制。隨著近年計(jì)算機(jī)與數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，微觀組織數(shù)值模擬方法成為獲得主要工藝參數(shù)對(duì)熱成形工件宏觀和微觀組織影響的定量關(guān)系的有力工具。采用數(shù)值模擬技術(shù)再現(xiàn)微觀組織的演化過(guò)程，不僅可以加深理解組織變化機(jī)理，促進(jìn)現(xiàn)有理論的發(fā)展，而且可以改善材料組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)化材料的制備工藝，從而獲得材料預(yù)期的力學(xué)能。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在鈦合金熱加工領(lǐng)域的研究日漸增多，其中熱模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)在鈦合金熱變形機(jī)制和組織演變規(guī)律方面的應(yīng)用尤為突出。為了獲得綜合性能較好的鈦合金，設(shè)計(jì)研制出一種加Nd新型600℃高溫鈦合金Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si-0.8Nd(wt%)，合金的特點(diǎn)是同時(shí)含有Mo和Nb兩種β穩(wěn)定元素和一種稀土元素Nd。高溫鈦合金的發(fā)展趨勢(shì)則是加入稀土元素。我國(guó)在這方面做了很多研究，例如Ti55合金和Ti60合金均加入了稀土Nd，向Ti600合金中加入稀土Y及Ti633G合金中加入稀土Gd，在改善合金性能方面均取得了很好的效果。加入稀土元素改善合金熱穩(wěn)定性主要是通過(guò)稀土元素與合金基體中的氧作用，形成復(fù)雜化合物，凈化合金基體，從而提高合金熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性。