關(guān)于鈦合金棒材軋制成型的研究進(jìn)展

王飛

摘 要：鈦合金棒材多用于機(jī)械制造業(yè)，由于其強(qiáng)度高、耐高溫和耐腐蝕等特點(diǎn)，其制品應(yīng)用在軍用產(chǎn)品、汽車配件以及鈦合金人造骨骼等高精度要求的領(lǐng)域。同時(shí)，還常被用在眼鏡架等對耐磨強(qiáng)度有較高要求的制造行業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，鈦合金棒材軋制加工技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和完善，并更加趨于高效率、高質(zhì)量和高性能發(fā)展方向。文章就針對目前的鈦合金軋制成型特點(diǎn)、軋制技術(shù)和方法等進(jìn)行分析，力求從中總結(jié)鈦合金棒材軋制成型中存在的問題，并結(jié)合現(xiàn)有的工業(yè)發(fā)展形勢，探討適合鈦合金棒材軋制成型的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：鈦合金；軋制成型；工藝；方法；發(fā)展方向

引言

我國的鈦資源豐富，鈦合金棒材制品的用途也比較廣泛。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)起相應(yīng)的市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)也有了更加綜合性的要求。對于鈦合金制品來說要求高強(qiáng)度、高塑性和高韌性的相互綜合。因此，市場化的高要求也激勵(lì)著鈦合金軋制成型工藝和技術(shù)的改革與完善。國內(nèi)針對鈦合金的研究水平與國外相比，在新領(lǐng)域內(nèi)相較國外研究更加深入，而對于傳統(tǒng)鈦合金的研究方面較為欠缺。所以，我國的鈦合金研究在近幾年內(nèi)有了新的突破。文章就針對鈦合金棒材軋制成型的特點(diǎn)及相應(yīng)軋制工藝和過程的研究，結(jié)合目前的市場化要求和鈦合金應(yīng)用趨勢，探討關(guān)于鈦合金棒材軋制成型的研究進(jìn)展及發(fā)展建議。

1 鈦合金棒材軋制成型特點(diǎn)

鈦合金棒材軋制成型的過程，主要是通過將較大規(guī)格的鍛棒坯料在軋制后，進(jìn)行冷卻，冷卻后的棒材主要呈現(xiàn)針狀、細(xì)片狀或者粗片狀等形態(tài)。鈦合金軋制坯料通過軋制冷卻后能夠具備較強(qiáng)的韌性和抗拉性能，但此時(shí)的鈦合金棒材還不具備高強(qiáng)度和高塑性的特點(diǎn)。通常工業(yè)化生產(chǎn)要求鈦合金棒材的加工能夠形成拉伸和疲勞性能較強(qiáng)的等軸組織。但在實(shí)際軋制過程中，由于坯料在室溫條件下進(jìn)行冷卻從而制約了片狀組織的綜合性能，只有通過有針對性地變形處理才能夠得以軸化，從而適合市場需求。所以，鈦合金棒材坯料在軋制過程中的組織軸化是一個(gè)重要問題。若軋制變形量較大，則較容易提高組織可變性和力學(xué)性能。而在變形量小時(shí)，則會(huì)影響鈦合金的可塑性和強(qiáng)度。同時(shí)，在鈦合金棒材軋制過程中，要進(jìn)行多次退火，而這種情形則會(huì)急速降低軋件的表面溫度，內(nèi)部溫度不降反增，使軋件表面與中心溫度形成較大的發(fā)差，進(jìn)而容易造成表面裂紋。所以，軋制的溫度一定要控制得當(dāng)。道次間就成了控制溫度和繼續(xù)變形的軋制空間。只有將大量的孿品進(jìn)行再結(jié)晶才能夠有效提高鈦合金棒材的綜合性能。

2 國內(nèi)外鈦合金的發(fā)展方向及技術(shù)進(jìn)展

2.1 國內(nèi)外鈦合金的發(fā)展方向

最先進(jìn)入市場并進(jìn)行廣泛應(yīng)用的第一種鈦合金是由美國研制成功的Ti-6AI-4V合金。這種鈦合金的強(qiáng)度、韌性、塑性、耐熱性、耐蝕性和相容性等都較好，因而在市場中也得到了廣泛的應(yīng)用。隨著鈦合金市場應(yīng)用要求的提升，結(jié)構(gòu)鈦合金也向著高強(qiáng)度、高塑性、高韌性和高模量等相關(guān)方向發(fā)展。因此，目前的國內(nèi)外鈦合金研究主要包括高溫鈦合金、鈦鋁化合物為基的鈦合金、高強(qiáng)度高韌性的β鈦合金、阻燃鈦合金以及醫(yī)用和船用鈦合金等。

（1）高溫鈦合金現(xiàn)多被用于軍用及民用飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)中。而近年來，美國采用快速凝固的粉末冶金技術(shù)成功研制了一種高純度和高性能的鈦合金，以能夠充分適應(yīng)軋件表面與中心溫度的差異性，保證鈦合金的綜合應(yīng)用性能。

（2）鈦鋁化合物為基的鈦合金主要優(yōu)勢是高溫性能較好，抗氧化和抗蠕變性較強(qiáng)。同時(shí)，這種鈦合金的密度小，質(zhì)量輕，能夠被廣泛應(yīng)用在航空航天器材當(dāng)中。俄羅斯研究成功了一種新型的航空用鈦合金，這種新型的鈦合金相對于傳統(tǒng)的來說，質(zhì)量更輕，韌性更強(qiáng)，既能夠保證航空飛行器的性能，還能夠最大限度低減輕質(zhì)量，減小阻力。

（3）β鈦合金是一種比較適用的航空結(jié)構(gòu)材料。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同強(qiáng)度和塑性的要求進(jìn)行匹配，從而足大限度地增強(qiáng)可塑性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。目前，我國針對高強(qiáng)度、高韌性的β鈦合金已經(jīng)有了初步研究，成功完成實(shí)驗(yàn)室建設(shè)后，分別從西北、寶雞和北京等多個(gè)有色金屬加工廠進(jìn)行配合研制。寶雞有色金屬加工廠研發(fā)出了BTi-6554高強(qiáng)高韌性鈦合金，北京有色金屬研究總院和寶雞加工廠聯(lián)合研制成功了Ti-63高強(qiáng)高韌性鈦合金。而西北有色金屬研究院則創(chuàng)新研制成功了Ti-1300合金和Ti-5322鈦合金。TC21也是西北有色金屬研究院研究成功的新型鈦合金，主要具有優(yōu)良的強(qiáng)度、塑性和韌性，能夠有效減少鈦合金棒材白表面的裂紋，增強(qiáng)總體的綜合性能。

（4）我國對阻燃鈦合金的研究較為深入，Ti14和Ti40鈦合金就是由西北有色院研究成功的，具有良好的阻燃性能，較適用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件的機(jī)匣和葉片。

（5）對于船用鈦合金來說，提高耐縫隙腐蝕性能，以能夠達(dá)到持久耐用和高強(qiáng)度等要求的生產(chǎn)和開發(fā)。國外根據(jù)各國家的應(yīng)用需求進(jìn)行了創(chuàng)新。我國也研制出了比較有中國特色的不同強(qiáng)度級(jí)別的幾種鈦合金，這些鈦合金都近于a型船用耐蝕性鈦合金。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同使用條件進(jìn)行搭配使用。而對于醫(yī)用鈦合金而言，國外為了盡可能的排除AI v元素的不利影響，進(jìn)而開發(fā)出了一系列的生物用新型鈦合金。這些鈦合金普遍具有良好的耐蝕性、耐磨性和抗斷裂性。國內(nèi)也一直致力于對醫(yī)用鈦合金的研究，在我國豐富的鈦資源和研究經(jīng)驗(yàn)的影響下，我國在綜合力學(xué)性能和工藝性能等方面的研究均優(yōu)于國外醫(yī)用鈦合金。

2.2 鈦合金的技術(shù)進(jìn)展

我國的鈦合金棒材軋制技術(shù)主要包括熔煉技術(shù)、鑄造技術(shù)、等溫鍛造技術(shù)、熱處理技術(shù)、焊接技術(shù)、加工技術(shù)、表面處理技術(shù)和最新加工技術(shù)等等。其中，我國在熔煉技術(shù)中取得了較好的發(fā)展，將感應(yīng)凝克熔煉技術(shù)的研究加入重點(diǎn)研究項(xiàng)目當(dāng)中。精密鑄造技術(shù)多用于不易加工的鑄件，最大限度地增加鈦合金材料的利用率，降低生產(chǎn)成本。其他鈦合金的軋制成型技術(shù)在市場需求和經(jīng)濟(jì)利益的影響下，也盡量進(jìn)行控制，以研制和創(chuàng)新的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以理論與實(shí)際相結(jié)合，深入地進(jìn)行技術(shù)改革與創(chuàng)新，以更快地適應(yīng)市場發(fā)展需求，提升經(jīng)濟(jì)效益。

3 推動(dòng)鈦合金棒材軋制成型的發(fā)展建議

我國對鈦合金棒材軋制成型工藝和方法的研究應(yīng)該加強(qiáng)深入和維度。對加工技術(shù)和成本花制備過程進(jìn)行有效控制，以爭取實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的企業(yè)發(fā)展。其次，對于大型優(yōu)質(zhì)鈦合金坯料的制備，應(yīng)該應(yīng)用新型的制備技術(shù)，比如：新型電子束和等離子冷床爐熔煉技術(shù)等。針對高效的短流程加工技術(shù)，應(yīng)精準(zhǔn)選擇合適的制備技術(shù)，提高材料的利用率，降低工業(yè)成本，提高整體經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，軋制成型也包括激光成形、精密鑄造、精密模鍛、噴射成形和擴(kuò)散鏈接等等。我國有豐富的鈦資源，隨著我國鈦合金加工技術(shù)的日漸成熟，更應(yīng)該積極擴(kuò)展鈦合金的應(yīng)用范圍，將我國的鈦合金應(yīng)用推向國際化，提高市場競爭力的同時(shí)，也促進(jìn)了鈦市場的發(fā)展。

4 結(jié)束語

我國具有豐富的鈦資源，在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，更是加強(qiáng)了對鈦合金加工和成型等技術(shù)的相關(guān)研發(fā)。以選擇合理的軋制方法和工藝，生產(chǎn)出具有高強(qiáng)度、高韌性、高塑性等相互結(jié)合的綜合性鈦合金棒材，提高坯料的利用率。并能夠根據(jù)市場需求，研發(fā)出多樣化、創(chuàng)新性和高適用性的軋制工藝，方便在實(shí)際生產(chǎn)中多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。所以，我國還應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對鈦合金棒材軋制成型工藝和方法的研發(fā)，以從整體上推動(dòng)鈦市場的改革與創(chuàng)新。

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