鈦合金產(chǎn)品加工所需的幾道工藝

鈦合金抗蝕性能優(yōu)異，密度小，疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力好，在航空、航天、汽車(chē)、造船、能源等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。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)化鈦板和大鈦管的后續(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)。

鈦合金等溫鍛造技術(shù)。鈦合金等溫鍛造技術(shù)是一項(xiàng)新工藝，結(jié)合熱機(jī)械處理能獲得綜合力學(xué)性能最優(yōu)化的鈦合金等溫鍛件，但在模具材料、模具制造和模具加熱裝置等方面的成本投入比常規(guī)鍛造方法高，大多用于制造飛機(jī)的零部件。鈦合金的熱處理。對(duì)鈦合金進(jìn)行固溶淬火和時(shí)效強(qiáng)化處理，能獲優(yōu)異工藝性能和使用性能，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。目前，各國(guó)紛紛尋求新的熱處理方法，以滿足鈦合金工程提出的新要求。www.nmware.com研制開(kāi)發(fā)了一種陶瓷相轉(zhuǎn)變處理技術(shù)—CCT技術(shù)，通過(guò)熱處理，在γ—TiA1合金表面形成氧化鋁和二氧化鈦的陶瓷相復(fù)合層。用該技術(shù)制造的γ—TiA1合金發(fā)動(dòng)機(jī)閥，可將剪切抗力提高100倍。利用該技術(shù)，可以在TiNi形狀記憶合金表面形成TiO2陶瓷相復(fù)合層。特種熱處理工藝是國(guó)防工業(yè)系統(tǒng)關(guān)鍵制造技術(shù)之一。美國(guó)為加速其航天飛機(jī)的發(fā)展，由5家公司組成聯(lián)合體共同開(kāi)發(fā)針對(duì)5種新材料的成形及熱處理工藝，即高溫Ti-Al化合物，C/C及陶瓷基復(fù)合材料，高蠕變強(qiáng)度材料及高導(dǎo)熱材料。

精密鑄造技術(shù)。失蠟法鑄造現(xiàn)稱(chēng)熔模精密鑄造，是一種少切削或無(wú)切削的鑄造工藝，應(yīng)用廣泛，適用于各種類(lèi)型、各種合金的鑄造，生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量比其他鑄造方法要高，復(fù)雜、耐高溫、不易加工的鑄件均可用熔模精密鑄造。近年來(lái)，鈦的鑄造技術(shù)主要發(fā)展了冷坩堝+離子澆鑄技術(shù)、真空吸鑄技術(shù)和真空壓鑄技術(shù)。鈦合金熔模精密鑄造典型工藝有石墨熔模型殼，金屬鎢面層陶瓷型殼，氧化物陶瓷型殼。鈦合金材料生產(chǎn)成本高，機(jī)械加工、鍛造、焊接等比較困難，采用精密鑄造技術(shù)，可以提高鈦合金材料的利用率，降低生產(chǎn)成本。通常金屬鑄件的力學(xué)性能低于鍛件性能，但鈦精密鑄件的使用性能大體與鈦鍛件相近，精密鑄造成為降低成本、優(yōu)化性能的最佳選擇。凝殼爐的應(yīng)用和熔模精密鑄造與金屬造型、陶瓷造型工藝的發(fā)展為許多大型復(fù)雜的薄壁鈦鑄件縮短生產(chǎn)時(shí)間、降低成本展現(xiàn)了一定的空間。目前，高性能的鈦合金大型整體精鑄件，大多數(shù)都是采用金屬面層陶瓷型殼或氧化物面層陶瓷型殼澆注的。大型薄壁精密鑄造技術(shù)使鈦鑄件性能接近鈦鍛件，而成本較鈦鍛件降低約50%。

鈦合金冷成型及加工技術(shù)。生產(chǎn)技術(shù)方面，克勞爾法仍是生產(chǎn)海綿鈦的主導(dǎo)工藝，電子束冷床爐熔煉技術(shù)已在鈦鑄錠制備上達(dá)到了商業(yè)化應(yīng)用，大型鍛件和精密鍛造技術(shù)在不斷發(fā)展，激光成型等近凈成型技術(shù)在不斷得到應(yīng)用。一些常規(guī)加工技術(shù)如鍛造、軋制等已完全實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在鈦合金中的應(yīng)用解決了一些實(shí)際問(wèn)題。降低鈦合金加工制造成本的另一個(gè)方向是開(kāi)發(fā)可冷變形的β鈦合金。鈦合金特種加工技術(shù)有激光加工技術(shù)、電子束加工技術(shù)、離子束及等離子體加工技術(shù)、電加工技術(shù)等。鈦合金固態(tài)自由成型技術(shù)包括電子束熔化成型、激光熔化成型技術(shù)、等離子變弧成型(PTA)、激光精密金屬沉積。

鈦合金表面處理技術(shù)。從以熱滲擴(kuò)、電鍍、真空鍍膜等為代表的傳統(tǒng)表面強(qiáng)化、耐磨處理技術(shù)，發(fā)展到現(xiàn)階段以等離子滲、離子束、電子束、激光束的應(yīng)用為標(biāo)志的現(xiàn)代表面處理技術(shù)，如表面氮化（氣體氮化、等離子氮化）、表面滲元素合金化、激光熔覆等。目前，鈦及鈦合金表面強(qiáng)化技術(shù)正朝著多種表面技術(shù)綜合應(yīng)用以及多層復(fù)合膜層的研究制備方向發(fā)展。

鈦合金焊接技術(shù)。大多數(shù)鈦合金可以使用氧乙炔焊的方法進(jìn)行焊接，所有的鈦合金均可使用固態(tài)焊接法進(jìn)行焊接（如TIG、MIG、等離子弧焊、激光焊、電子束焊和電阻焊等）。從近幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)鈦及鈦合金焊接方法的研究和焊接效果來(lái)看，TIG焊和激光焊的焊接質(zhì)量最好。激光焊接技術(shù)具有功率密度高、熱影響區(qū)小、焊件殘余應(yīng)力和變形小、焊接速度高、可焊接難焊材料(陶瓷、有機(jī)玻璃)等優(yōu)點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景。鈦及鈦合金焊接技術(shù)的發(fā)展方向是便于操作、焊接過(guò)程自動(dòng)化、智能化，從而提高焊接生產(chǎn)率、焊接質(zhì)量穩(wěn)定性以及節(jié)約能源，有利于環(huán)境保護(hù)等。