钛合金锻造工艺及其锻件的应用
航空工业中钛合金锻造工艺分析及应用
项后 ， 民用 航 空 制 造 产 业 将 成 为 引 领 国 民 经 济 发 展 的 新 的 经 济 增 长 点 ， 着 广 阔 的 发 展 前 景 。 民 用 航 空 制 造 企 业 为 有 了不 断 提 高 飞 机 的 先 进 性 、 靠 性 、 用 性 ， 加 国产 飞 机 可 适 增 的国际市场竞争力 ， 对航 空 制 造 材 料 的 选 择 要 求 越 来 越 高 ； 钛 合 金 的 主 要 特 点 是 比重 小 ， 度 高 ， 时 具 有 良 好 的 耐 强 同 热 、 腐 蚀 性 能 ， 为 现 代 飞 机 受 力 构 件 的 主 选 材 料 ， 大 耐 成 大 减 轻 了 飞 机 重 量 ， 中 Ｔ ４ Ｔｉ ６ －４ 和 Ｔ ６钛 合 金 其 Ｃ （ 一 ＡＬ－ Ｖ） Ｂ 锻 件 在 航 空 制 造 中应 用 较 多 。
现 代 商 贸 工 业
ＮＯ． ２ ０ ８。 ０１
Ｍｏ ｅｎＢ ｓ ｅ ｒｄ ｄ ｓ ｙ ｄ ｒ ｕｉ ｓＴ ａｅＩ ｕｔ ｎｓ ｎ ｒ
２１ ０ ０年 第 ８期
航空工业中钛合金锻造工艺分析及应用
付伟 东
（ 西安 航 空 职 业技 术 学 院 工 业 生 产 训 练 中心 ， 西 西 安 ７ ０ ７ ） 陕 １ ０ ７
３ １ １ Ｔ ４的 金 相 组 织形 态特 征 ． ． Ｃ
Ｔ ４ 合 金属 ｑ Ｃ 钛 ＋Ｂ型 钛 合 金 ， 成 为 Ｔｉ ６ ～ ４ 组 一 ＡＬ Ｖ，
退 火 组 织 为 十 ８ ， 有 ６ ％的 ｎ 定 元 素 铝 ， 过 固熔 强 相 含 稳 通
钛合金加工技术的研究与应用
钛合金加工技术的研究与应用近年来，钛合金材料因其高强度、低密度、抗腐蚀等优良性能而备受关注，广泛应用于航空航天、船舶、汽车及医用领域等高端制造领域。
然而，由于其高度复杂的加工难度，钛合金加工技术长期以来一直是制约其发展应用的重要因素之一。
因此，钛合金加工技术的研究与应用势在必行。
一、钛合金加工技术的现状钛合金加工技术的主要形式包括锻造、挤压、拉伸、压缩、轧制、切削加工等多种方法。
其中，锻造是钛合金加工技术中最重要的工艺之一，广泛应用于高端航空航天领域。
然而，锻造过程中会产生显著的残余应力，导致钛合金零件表面裂纹和变形等问题，进一步制约了其加工精度和质量。
另外，切削加工在大规模生产中也是常用的加工方法，但由于钛合金硬度较高，易产生高温、高压和刀具磨损等问题，导致普通机床难以满足其加工需求。
因此，钛合金切削加工技术一直面临着高难度和高成本的挑战。
二、钛合金加工技术的优化为了克服钛合金加工技术中遇到的各种瓶颈，近年来，研究人员在加工参数、切削液、加工设备等方面进行了深入研究，取得了一系列重要进展。
例如，通过优化锻造工艺，降低残余应力的产生，并采用多次锻造、热处理等方法，提高钛合金零件的机械性能和稳定性，在低成本、高效率、高品质的条件下实现了快速生产和高品质加工。
同时，为了解决钛合金切削加工中的问题，研究人员采用数控加工、高速切削、钻铣复合加工等新技术，不断提高其加工效率和加工质量。
此外，增加切削液的氢化学物质的含量、采用高速捷进刀具等一系列措施，可有效降低刀具磨损和切削温度，提高切削效率和工件表面质量。
三、钛合金加工技术的应用前景近年来，随着制造业的快速发展和各个领域对高品质、高强度等特性的需求增加，钛合金材料的用途日益扩大。
未来，将进一步加快钛合金加工技术的研究与应用，图谋在高端制造领域占据更为重要的地位。
特别是在大型飞机、高铁、新能源汽车等新兴领域的应用，将成为钛合金加工技术的重要发展方向。
总体而言，钛合金加工技术的研究和应用离不开科技创新和实践探索。
钛合金锻件
钛合金的化学性能
性能：在高温下具有良好的抗氧化性能 • 焊接性能：与多种金属具有良好的焊接性能
钛合金的疲劳性能与腐蚀性能
钛合金的疲劳性能
• 高周疲劳：在高应力和高周次下具有良好的疲劳性能 • 低周疲劳：在低应力和低周次下具有良好的疲劳性能 • 疲劳断裂机制：滑移带疲劳、晶界疲劳和显微裂纹疲劳等
钛合金的力学性能
• 高强度：抗拉强度、屈服强度和压 缩强度较高 • 良好的塑性：延伸率和断面收缩率 较高 • 疲劳性能：在高温和低温环境下具 有良好的疲劳性能
钛合金的硬度与密度
• 硬度：洛氏硬度、布氏硬度和维氏 硬度等 • 密度：低密度，轻量化优势明显
钛合金的物理性能与化学性能
钛合金的物理性能
• 热性能：热导率、热膨胀系数和熔点等 • 电性能：导电性、介电性和磁性能等 • 光性能：反射率和透光性等
仪表舱等
航天轴承：如陀螺仪轴 承、导航轴承等
汽车工业领域的应用
发动机部件：如气门、曲轴、连杆等 传动系统部件：如变速器齿轮、链轮等 制动系统部件：如刹车盘、刹车鼓等
能源与环保领域的应用
核电站部件： 如蒸汽发生器、 冷却器、核燃
料棒等
01
风能发电部件： 如风力发电机 轮毂、齿轮箱
等
02
环保设备：如 海水淡化装置、 污水处理设备
等
03
03
钛合金锻件的制造工艺
钛合金的熔炼与铸造工艺
01 熔炼工艺：真空熔炼、气体保护熔炼等 02 铸造工艺：真空铸造、砂型铸造、消失模铸造等 03 工艺特点：高纯度、优良的成型性能和组织均匀性
钛合金的锻造工艺与热处理工艺
01 锻造工艺：自由锻造、模锻、碾环等 02 热处理工艺：退火、正火、淬火和时效处理等 03 工艺特点：优异的力学性能、高尺寸精度和表面质量
钛合金的制备和应用
钛合金的制备和应用钛合金是一种壁厚轻、强度高、耐冲蚀、耐腐蚀、耐高温的金属。
它是由钛、铝、铁、硅等元素制成的合金，广泛应用于航空航天、医疗、汽车、船舶、运动器材等领域。
本文将介绍钛合金的制备方法和应用领域。
一、钛合金的制备方法1. 减压熔炼法减压熔炼法是制备钛合金最常用的方法。
这种方法利用高真空环境和高温熔体，在真空下将钛和其他合金元素熔炼混合，制成钛合金。
该方法制备的钛合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。
2. 氧化物粉末冶金法氧化物粉末冶金法是一种溶剂冶金法，利用钛的化学还原反应将氧化物粉末转化成钛。
这种方法适用于生产高等级的钛合金，可以获得更高的强度和韧性。
3. 溶液处理法溶液处理法是一种在水溶液中制备钛合金的方法。
该方法通过钛的水解反应制备钛基材料，再通过溶液中添加其他合金元素制备钛合金。
这种方法可以简化制备工艺和生产成本，但是钛合金的强度和耐腐蚀能力较低。
二、钛合金的应用领域1. 航空航天钛合金在航空航天领域广泛应用于制造飞机发动机、机身、起落架等。
因为钛合金具有较低的密度和高的强度，可以减轻飞机的重量，提高飞行速度和航程。
钛合金还具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，可以在极端环境下工作。
2. 医疗器械钛合金在医疗器械领域应用广泛，主要用于制造人工关节、植入物、牙科修复物等。
钛合金具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，可以降低人体免疫反应和排斥反应，减少手术并发症。
3. 汽车制造钛合金在汽车制造领域主要用于制造发动机、转向系统、底盘、制动系统等。
钛合金可以降低汽车的自重，提高动力性和油耗率。
钛合金还具有抗冲击、耐磨损和良好的高温性能，可以提高汽车的安全性和可靠性。
4. 运动器材钛合金在运动器材领域广泛应用于制造骑行自行车、高尔夫球杆、网球拍等。
钛合金具有较低的密度和高的强度，可以降低器材的重量，提高运动员的表现和体验。
总之，钛合金是一种高强度、耐腐蚀、耐高温的金属，具有广泛的应用前景。
通过不同的制备方法，可以制备出不同品质的钛合金，适用于不同的领域。
钛合金的制备工艺及其应用研究
钛合金的制备工艺及其应用研究钛合金是一种高强度、低密度、耐腐蚀的金属材料，因其优异的性能而广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、医疗等领域。
然而，钛合金的制备工艺复杂，涉及到很多因素，如纯度、成分、温度、压力等，因此在制备过程和应用研究中面临着很多挑战。
一、钛合金的制备工艺1. 材料选择钛合金的制备首先要选择合适的原料。
一般来说，钛合金通常由纯钛和合金元素组成。
合金元素中常见的有铝、钒、铬、锰、镁、钼、锆等。
不同的合金元素对钛材料具有不同的影响，因此在选择合金元素时应该根据需要和要求合理选择。
2. 纯化纯化是制备钛合金的关键步骤之一。
钛合金通常是由钛粉末制成的，而钛粉末中包含着杂质，如氧、氮、碳等。
这些杂质会降低钛合金的性能。
因此，在制备钛合金时需要对钛粉末进行纯化处理，以提高钛合金的质量。
3. 合金化合金化是钛合金制备中的另一个关键步骤。
通过合金化可以向纯钛中加入适量的合金元素，改善钛合金的性能。
合金化的方法主要有熔融法、粉末冶金法、化学还原法等。
其中，熔融法是最常用的方法之一，可以获得高纯度的钛合金。
4. 熔炼钛合金的熔炼是制备过程中的关键步骤之一。
熔炼的目的是将合金元素与纯钛均匀混合。
钛合金的熔炼方法有真空熔炼、氩气保护下熔炼、氢弧熔炼等。
这些方法各有优缺点，需要根据具体需求选择。
5. 锻造锻造是钛合金制备的最后一个步骤，其目的是通过机械加工使钛合金具有更好的性能。
钛合金的锻造方法有热锻造和冷锻造。
热锻造适用于较大的结构件制备，冷锻造适用于小尺寸、高精度的制品制备。
二、钛合金的应用研究1. 航空航天领域钛合金因其良好的高温性能、尺寸稳定性和高比强度等特点而成为航空航天领域的重要材料。
在航空航天领域中，钛合金主要应用于发动机叶片、机身外皮、轻质结构件等领域。
2. 汽车领域钛合金在汽车领域中的应用也日益重要。
钛合金由于具有优异的耐腐蚀性和高强度的特点，可以作为汽车零部件的材料，如排气系统、制动系统、底盘等。
钛合金的制备与应用
钛合金的制备与应用钛合金是一种优良的金属材料，具有优异的高温特性、高强度和低密度等特点，因此被广泛应用于航空航天、化工、医疗、汽车等领域。
本文将就钛合金的制备方法和主要应用领域进行讨论。
一、钛合金制备方法（1）真空熔炼法真空熔炼法是制备钛合金的主要方法之一。
这种方法是将钛及其合金原料放入真空下的熔炉中，进行高温熔炼和合金化。
该法能够制备出高品质的钛合金，但设备成本高、成本较高、操作难度较大，限制了其在工业化生产中的应用。
（2）粉末冶金法粉末冶金法是一种先将钛和其它成分的粉末按一定比例混合，再通过压制、烧结、热加工等工艺制造成型的方法。
这种方法操作简单方便、成本较低，且能够制备出精密复杂的结构件。
但由于该法制备的材料孔隙率通常较高，而且容易出现氧化物，因此需要进行后续处理。
（3）热氧化还原法热氧化还原法是一种通过将钛和其它金属还原成金属粉末，然后通过加热、压制、烧结等工艺将其制成的一种方法。
该方法与粉末冶金法相比，其材料性能更加稳定，孔隙率也更低，但是它的生产工艺需要比较严格的环境控制，成本也比较高。
二、钛合金的主要应用领域（1）航空航天领域钛合金在航空航天领域是最常见的应用领域。
因为钛合金具有较低的密度，高的强度，以及良好的耐热性和耐腐蚀性能，所以在飞机、火箭、导弹等领域中广泛应用。
（2）化工领域钛合金在化工领域中主要应用于化工设备的制造。
由于钛合金能够耐腐蚀、防锈、耐高温，所以它被广泛应用于各个层面的化工工业，如石油、天然气、精细化工、无机化学等。
钛合金的耐腐蚀性能使其在石油和化工行业的使用迅速增长。
（3）医疗领域钛合金在医疗领域中的应用越来越广泛。
由于钛合金的生物惯性性、极少的植入后排异反应以及可与骨组织完美结合等特点，使其被广泛应用于制造人工关节、牙科植入物、颅骨修复等医疗器械。
（4）汽车领域钛合金也被广泛应用于汽车领域。
由于钛合金具有优异的强度和低密度的特点，使汽车可以减轻重量并提高性能。
钛合金锻造工艺及其锻件的应用pdf
钛合金锻造工艺及其锻件的应用pdfDOI:10.14158/ki.1001-3814.2010.23.012金属铸锻焊技术Casting·Forging·Welding 2010 年12 月钛合金锻造工艺及其锻件的应用张智1,2，巨建辉2，戚运莲2，杜宇 2（1.西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安710055；2.西北有色金属研究院钛合金研究所，陕西西安710016）摘要：介绍了钛合金的几种锻造方式，包括常规锻造、β锻造、近β锻造和等温锻造，以及各种锻造方式对组织和性能的影响。
并对钛合金锻件在各个领域的应用作了综述，对钛合金的锻造工艺作了展望。
关键词：钛合金；锻造；V应用中图分类号：TG316文献标识码：A文章编号：1001-3814(2010)23-0034-04 Forging Technology of Titanium Alloy and Application of ForgingsZHANG Zhi1,2, JU Jianhui2, QI Yunlian2,DU Yu2(1. School of Metallurgic Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China; 2. Titanium Alloys Research Center, Northwest Institute for Nonferrous Metal Research, Xi'an 710016, China)Abstract：The main forging technologies of titanium alloy are reviewed，including traditional forging，β forging，near-β forging and isothermal forging．The effects of the forging process on the microstructureand mechanical properties of titanium alloys are studied．Moreover，the application of titanium alloy forgings in various field is summarized，and the forging technology of titanium alloy is expected．Key words：titanium alloy; forging; application近年来，钛合金因其高的比强度、优异的耐腐蚀性、良好的生物相容性等优点，迅速发展成为具有强大生命力的新型关键结构材料，被广泛应用于航空航天、军事工业、石油化工以及医疗卫生等领域[1-3]。
钛合金的加工与应用
钛合金的加工与应用钛合金是一种高强度、低密度、优良耐腐蚀性的金属材料，拥有极高的比强度和比刚度，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、医疗、化工等领域。
钛合金的加工与应用主要包括以下几个方面：1.钛合金的加工方法：钛合金的加工方法包括锻造、压力成型、钛板的冷、热轧制、钛焊、钛铸等。
其中，锻造是常用的加工方法之一，通过对钛合金坯料进行加热，再进行力的作用，使其塑性变形，进而形成所需形状的零部件。
钛合金的压力成型主要包括挤压、拉深、旋压等，可以加工出较为复杂的形状。
钛板的冷、热轧制是通过对钛合金板材进行冷、热轧，使其变形为所需厚度和形状的板材。
钛焊是通过高温熔合将两个或多个钛合金部件连接在一起；钛铸是将熔化的钛合金倒入模具，然后冷却凝固成形。
2.航空航天领域：钛合金在航空航天领域的应用广泛，主要用于飞机结构零件、发动机零件、航天器结构和悬挂系统等。
由于钛合金具有优良的比强度和耐腐蚀性能，能够减轻飞机自重，提高飞机的载荷能力和飞行速度，同时能够抵抗高温氧化和腐蚀等环境影响，因此被广泛应用于航空航天领域。
3.汽车领域：钛合金在汽车领域的应用主要包括制动系统、底盘组件、排气系统等。
由于钛合金具有优异的低密度和高强度，能够减轻汽车自重，提高汽车的燃油效率和加速性能，并且钛合金的耐腐蚀性好，能够抵抗路面盐雾等腐蚀介质的侵蚀，因此被广泛应用于汽车领域。
4.医疗领域：钛合金在医疗领域的应用主要包括人工关节、牙科种植、外科器械等。
由于钛合金具有生物相容性好、无毒、无磁性等特点，可以与人体组织兼容，并且在人体内不会产生副作用。
因此，钛合金成为制造人工关节和牙科种植等医疗器械的理想材料。
5.化工领域：由于钛合金具有耐腐蚀性好、耐高温性能优良的特点，被广泛应用于化工领域。
钛合金的耐腐蚀性能可以有效抵抗酸碱等腐蚀介质的侵蚀；耐高温性能可以在高温环境下保持结构稳定性。
因此，在化工领域中，钛合金通常用于生产反应器、换热器、输送管道等设备。
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钛合金锻造工艺及其锻件的应用
摘要：近年来，钛合金因其高的比强度、优异的耐腐蚀性、良好的生物相容性
等优点，迅速发展成为具有强大生命力的新型关键结构材料，被广泛应用于航空
航天、军事工业、石油化工以及医疗卫生等领域。
从工业价值和资源寿命的发展
前景来看，它仅次于铁、铝而被誉为正在崛起的“第三金属”。
本文分析了钛合金
锻造工艺及其锻件的应用
关键词：钛合金；锻造；V应用
1钛合金锻造工艺
1.1α+β锻造
α+β锻造即常规锻造，是在相变点以下30～50℃加热、变形（见图1），常规锻造一般
得到的是等轴组织(α等+β转)。
其钛合金锻件具有高的塑性和室温强度，但是高温性能和断
裂韧性不好，如图2为TC11钛合金经过常规锻造后的高倍组织图。
常规锻造由于研究较深入，操作简单易行，且成本较低，因此应用广泛。
在（α+β）区变形过程中同时发生β晶粒和α片形状的变化，β晶粒被压扁，沿金属流动
方向拉长、破碎，晶界附近与晶内α相间的差别逐渐消失。
当变形程度超过60%～70%后，
己没有任何可见的片状组织痕迹了。
在一定温度和变形程度下发生再结晶，且α相的再结晶
先于β相的再结晶，再结晶后的α晶粒，呈扁球形状，没有再结晶的α晶粒形状为盘状、杆
状或纤维状。
侯会喜研究了TC6钛合金在(α+β)两相区锻造时，变形温度的高低对锻件初生α相含量的
影响。
变形温度越低，初生α相的含量就越多。
由于锻件的室温力学性能和高温力学性能与
初生α相的含量密切相关，因此，为了确保(α+β)两相合金具有最好的综合性能，在进行TC6
合金锻造时，必须严格控制变形温度，使等轴初生相颗粒的总含量在15%～45%。
1.2等温锻造
等温锻造是一种先进的加工工艺，可以使钛合金等难变形材料在相对恒温的变形温度下，以极低的变形速率，一次成形得到形状复杂的精密锻件。
采用该工艺成形的锻件仅需少量的
机械加工即可装配使用，材料利用率高，且由于工艺可控性好，变形均匀，锻件的组织性能
更加稳定和均匀，批量生产时，具有显著的经济效益。
与常规锻造相比，等温锻造钛合金有
以下优点：①等温锻造可实现精密锻造，锻造载荷较小，模具磨损小。
②容易控制加工参数，可获得均匀一致的微观组织，较少出现粗大晶粒，能够获得20%～30%球状a相，故其
力学性能与常规锻造相当或优于常规锻造的产品。
③等温锻造工艺还可减小或消除模具激冷
和材料应变硬化的影响，显著降低变形抗力，提高坯料的成形性能。
因此，等温锻造工艺已
成为当前国内外钛合金锻件生产工艺的重要发展方向。
目前发达国家等温锻造硬件都已相当成熟，如温控器、常应变率控制器和计算机反馈系
统等。
我国对等温锻造的研究起步比较晚，20世纪70年代末期首先由北京航材院对TC9钛
合金的整体涡轮盘进行了等温锻造实验。
经过几十年的发展，等温锻造逐渐在我国的航空航
天工业上得到应用。
于卫敏等人采用等温锻造工艺，在3000t液压机上，利用两相区锻造方法，两次锻造，成功试制出BT25钛合金精密锻件第四、第五级高压压气机盘，锻件的各项
性能指标全部满足技术条件的要求，且锻件的组织和性能稳定。
宝钢集团上海五钢有限公司
庞克昌等人运用等温锻造技术生产出表面光洁、外形精确的TC11钛合金收敛段、扩张段，
TC4钛合金翼芯、气瓶等航天精密优质锻件。
2钛合金锻件的应用
2.1 航空航天方面
钛合金锻件已经广泛地应用于航空、航天制造业中。
近β型高强高韧钛合金Ti1023已应
用于波音777飞机的起落架部件中，使得波音777飞机上的钛用量几乎翻了一番，每架飞机
减重近270kg。
A380已经在探讨使用Ti1023合金大型锻件作为主起落架的传动装置。
若能实用，这将是长达7m的最大的钛合金锻件。
俄罗斯也将BT22钛合金锻造构件应用在了Su-27、
IL-76、IL-86、IL-96，安-124和图-204等主干线客机和重型运输机的机体和起落架的大型承力构件和部件中。
在飞机发动机中，钛合金锻件也是不可或缺的材料，主要用于使用温度在853K以下的风扇和压缩机零件。
典型的使用部位有风扇叶片、外壳、盘件，压气机叶片、盘件、短轴、外壳等。
我国研究人员经过先采用β锻造得到一个网篮（条状）组织的叶盘预制坯件，再通过控制变形量，使叶盘预制坯件外缘（叶片部位）局部大变形以球化条状α获得等轴组织，得到了叶片为等轴组织。
在航天领域，钛合金锻件被用于火箭及卫星推进发动机的燃料箱、姿控发动机外壳、液体燃料涡轮泵的叶片和吸人泵的入口段。
通常使用的卫星推进系统成品油箱的壁厚不到1mm，由25mm厚的半球形壳体锻件加工而成。
2.2 其他方面
使用钛合金锻件作为火力发电的蒸汽轮机叶片，可增加蒸汽轮机的叶片长度，从而提高发电效率，减小转子的负荷。
早在1991年就已经把1m长的Ti-6Al-4v合金叶片应用在了高速旋转的汽轮机末段。
在体育器材方面，钛合金锻件可用于高尔夫球杆上，由于β型钛合金锻件的强度高，从而可以采用板厚低于3mm的锻件充当击球面，使得弹性击球面通过较长的冲击作用时间来储存或释放能量以缓和冲击，从而球员不需要用力挥棒便可将球击得很远。
结束语：随着钛合金越来越多的应用于各个领域，钛合金锻造工艺作为钛合金重要的加工手段，也将在钛合金的生产中变得越来越重要。
由于我国的钛合金加工起步较晚，跟国外发达国家还有不少的差距。
目前，国内的钛合金锻造还是主要以常规锻造为主。
随着钛合金锻造工艺难题的解决，钛合金锻件必将有越来越多的应用。
参考文献：
[1]李文平，钛合金的应用及发展前景[J]．轻金属，2002．
[2]王金友，葛志明，周邦彦．航空用钛合金[M]．上海：上海科技出版社，1985．。