行业动态

1 钛塑性加工新材料
金属钛和钛合金是新型工程材料。许多国家都逐渐认识到钛的重要性，相继对其进行了大量的研究和开发，对各种新型钛合金的研究十分活跃。
钛和钛合金作为特种功能材料应用于许多领域。如Ti-0.2%Pd和Ti-0.8%Ni-0.3%Mo合金等为耐蚀材料；NbTi合金为超导材料；Fe-Ti类合金（以及Mn-Ti类合金）是一种具有实用价值的贮氢材料；Ni-Ti基合金是一种具有实用价值的形状记忆合金。
1.1 耐蚀钛合金
纯钛是一种耐蚀金属，已经在化工行业广泛应用，但纯钛不能满足所有条件下的耐蚀性要求。研制耐蚀钛合金的目的及研发方向是：针对特定应用环境（酸、碱、盐等），进一步提高
耐蚀性和使用寿命，降低成本，并考虑其综合性能（如强度等）。如已有的耐蚀钛合金有TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA25等。
1.2 高温钛合金
航空航天等领域的某些器件对轻质、高温钛合金有应用需求。对高温钛合金的要求是：在尽量高的温度下、在一定时间段内要求钛合金能保持一定高的强度，残余变形不能超过一定限度，具有耐环境稳定性（热稳定及耐疲劳性）和好的抗环境腐蚀性及抗氧化性等。加工过程中要注意合金长时间服役条件下的蠕变与热稳定性的矛盾，合理利用合金的可加工性。国外近几年在该领域没有发展新型高温钛合金，主要是在传统高温钛合金（如IMI834和Ti-1100等）的基础上进行深化研究。650~800℃用合金研究集中在Ti3Al和TiAl基合金。
1.3 低温钛合金
低温钛合金可分为α型钛合金和α+β型钛合金两种。较为成熟的低温钛合金为Ti-5Al-2.5Sn ELI和Ti-6Al-4V ELI合金。该类钛合金的研发要求是：性能上要求在液氢、液氧、液氦、液氮等超低温环境下保持良好的强度、塑性及韧性匹配；制备上要求有良好的可成形性。

1.4 高强度钛合金
A 高强度β型钛合金
航空、航天、航海、石油钻井等行业需要使用轻质、耐蚀、高强度的钛合金。通过特殊的制备工艺（合金化、加工与热处理），可以使钛合金的强度达到1100MPa以上的水平，与高强度钢的强度水平相当。通过增加钛合金中β型稳定化合金元素的含量，可以增加钛合金的固溶强化效果，通过固溶时效处理的弥散析出强化，进一步提高钛合金的强度水平。因此，高强度钛合金中通常含有较多的β型稳定元素，以近β型或亚稳定β型钛合金为主。研制该类钛合金应注意熔炼均匀性以及热处理参数的选择等问题。
B 近β型高强高韧钛合金
世界上典型的近β型高强高韧钛合金有以下几种：美国研发的Ti-1023 合金、中国研发的TB10合金、俄罗斯研发的BT22合金等。以上合金均是20世纪研发的钛合金，室温抗拉强度σ,可达1000MPa以上，平面应变断裂韧性K1c可达65 MPa·m以上。该类钛合金的发展方向是：研制σb>1150 MPa、K1c>60 MPa·㎡2的新型高强高韧钛合金。
C α+β型高强钛合金
美国研发的Ti-6-22-22S合金是α+β型高强钛合金，为满足飞机损伤容限的设计要求，Ti-6-22-22S合金已发展成高强高损伤容限型钛合金，可满足航空大型锻件的使用要求。α+β型高强钛合金的发展方向是高强高损伤容限钛合金。
1.5 钛铝金属间化合物基合金
钛铝金属间化合物基合金密度低、耐热性好，有高的比强度、高的刚度及高的抗高温蠕变性能和抗氧化性能。它成为超高声速飞行器和下一代先进航空发动机的首选材料。1956年，美国Mcandrew 曾经报道，钛铝金属间化合物基合金在950℃时具有良好的抗蠕变和抗氧化能力。目前，钛铝金属间化合物基合金已经走过了最初的试验发展阶段，正朝着产业化的方向发展。

1.6 专用钛合金
专用钛合金有新型形状记忆合金、新型贮氢合金、恒弹性钛合金、低膨胀钛合金、高电阻钛合金、消气剂用钛合金、抗弹钛合金、透声钛合金、低屈强比易冷成形的钛合金和高应变速率的超塑成形钛合金等。
1.7 低成本钛合金
降低钛材成本，有利于扩大钛材应用领域。目前发展较快的低成本钛合金包括不含或少含贵重金属的钛合金、能充分利用残废料的钛合金、易切削加工的钛合金和钛钢复合板等。钛合金低成本化更有利于满足民用市场需求。
2 钛塑性加工新工艺
2.1 轧制
轧制工艺是一种生产钛及钛合金板棒管材和型材等的常用工艺。轧制工艺生产的钛合金材表面质量较高，内部质量稳定，尤其是可以生产薄壁、变截面型材。近年来发展了多种新型轧机，如钛及钛合金环材轧制设备，根据轧制中环形件位置分为立式轧环机和卧式轧环机；根据轧制方式又可分为径向轧环机和径向－轴向轧环机。
2.2 挤压
按金属流动及变形特征分类，挤压分正向挤压、反向挤压和特殊挤压。挤压最基本的方法是正向挤压和反向挤压；特殊挤压包括静液挤压、连续挤压、侧向挤压、联合挤压、复合挤压、包套挤压、脱皮挤压、水封挤压、舌模挤压、粉末挤压、半熔融挤压、液态挤压等。
按挤压温度分类，挤压分热挤压、温挤压和冷挤压。温挤压发展比较晚，目前应用范围较小。
挤压法适合于批量小、品种与规格繁多的有色金属管棒型材和线坯的生产。对于端面复杂或薄壁的管材和型材、直径与壁厚之比趋近于2的超厚壁管材，以及脆性的材料，挤压法是可行的压力加工方法。
2.3 拉拔
随着钛材的应用扩大，近年来出现了不少新的钛材拉拔方法，例如辊模拉伸、超声振动拉伸、无模拉伸、镀层一包套集束拉伸工艺等。辊模拉伸是将坯料从旋转的两个辊间隙中拉出来，其优点是可增加道次压缩量，减少拉伸过程的动力消耗，延长工具的使用寿命；无模拉伸工艺是采用感应线圈或激光使钛材局部加热软化，并施加张力使钛材变细，其优点是不需要拉模和润滑剂、变形率大、效率高；应用镀层一包套集束拉伸工艺可生产5~30μm规格的钛合金超细丝，该方法首先将钛丝表面镀一层低碳钢，再将镀好的钛丝集束装入低碳钢管内，然后进行集束拉伸加工并进行中间退火，加工到最终尺寸后用硫酸酸洗，将低碳钢包套和镀层除去。
3 钛塑性加工技术展望
从国内外应用现状和钛加工科技的发展来看，钛和钛合金的塑性加工技术今后将朝着以下几个方向发展：
（1)高性能化，即发展使用温度更高、比强度更高、比模量更高、耐蚀性及耐磨性更好的合金。
（2)多功能化，即发展各种特殊功能和用途的钛合金，如高阻尼、低膨胀、恒电阻、高电阻、抗电解钝化和贮氢、形状记忆、超导、低模量生物医用等钛合金，以使钛和钛合金的应用进一步扩大。
（3)深化传统合金的研究，通过设备和工艺改进，改善现有合金的实用性能，扩大传统合金的使用范围。
（4)采用先进的加工技术，加工设备大型化、连续化，发展连续加工技术、直接轧制技术、冷成形技术和近净成形技术，以提高钛合金的生产效率、成品率和产品的性能。
（5)采用先进的计算机技术模拟工件变形加工过程，预报金属微观组织的演变，乃至预报最终产品的力学性能（屈服强度、抗拉强度、伸长率和硬度等）；设计或改进模具、工装；分析处理试验结果，减少试验量，提高工作效率，降低研制成本。

（6)低成本化，发展不含或少含贵金属元素，添加铁、氧、氮等廉价元素的合金，开发易加工成形、易切削加工、合金元素和母合金廉价的钛合金。开发最大限度使用残废料的钛合金，提高残废钛回收利用率。这对降低民用钛合金成本特别重要。低成本化的目的是以较低廉的价格增加钛合金在整个金属材料市场中的竞争力。人们普遍认为钛具有其他材料不可比拟的优越性能，但钛的价格时常令消费者（特别是汽车制造商）望而却步，优质低廉的钛合金的出现必将有助于扩大钛和钛合金的应用。