东莞市石碣镇真空固溶批发

　　增材制造（additive manufacturing，AM）技术凭借着的无需开模全数字化、凝固速度和近净成形复杂零部件的优势，使其在航空航天领域结构件和功能件的示范应用越来越广泛，为金属基复合材料的制备提供一种具潜力的新方法。本文围绕高温钛合金及增材制造制备钛基复合材料，从微观组织特性、增强相选择、力学性能等方面系统梳理了现阶段国内外高温钛合金及其复合材料研究进展，并对该领域的发展趋势进行了展望，探讨钛基功能梯度材料在航空制造方面的应用。

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　　Ti-6Al-4V是低Mo当量α-β型两相合金，在三类合金中β稳定系数(只有0.27)，而铝当量则高(达到6)。所以在退火状态的β相含量只有7％(体积分数)。它的优点是密度，强度和疲劳性能好，成分简单，半成品成本。但由于室温塑性没有达到高，所以加工紧固件时需要采用感应加热进行热镦成形，以及真空固溶处理加时效处理，加工成本较高。第二类为β合金(如TB2，TB3，TB5，TB8等)，与α-β型合金不同，Bβ稳定系数很高，在1.15~1.97范围内，而铝当量则降低到3左右。所以在固溶处理时可获得单一β相，从而能在室温下冷镦成形螺栓和铆钉，加工成本低，缺点是密度高，强度虽与Ti-6Al-4V相当，但疲劳性能不如Ti-6Al-4v，而且成分复杂，半成品成本高。由于同样需要进行真空时效处理，所以成品紧固件的成本仍要高于Ti-6Al-4V，而使用温度也比Ti-6Al-4V低。

　　在电影《钢铁侠》中有一个情节是，托尼在第二代战甲试飞过程中，挑战盔甲战衣强度，一直飞向天空，但是上升到一定高度后，全身结冰的问题突出明显，战甲表面开始结冰，而且电力系统也出现问题，托尼从高空降下后才慢慢恢复。为了防止钢铁盔甲结冰，第三代钢铁侠战甲就用了钛合金，这其实是有科学依据的。钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。有些钛合金在零下253度仍有一定塑性，飞行器飞到地球大气最冷的大气中间层(距离地面50 km～85 km)温度也只有零下八十到零下一百一十的温度，所以钛合金是制造飞行器最好的选择。

　　在现实中，能飞出大汽层的可能只有火箭了。但这并不代表钛合金只能应用在航天航空行业中。钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高，在工业中有很多特定的环境和空间需要用到钛合金制造的零配件。

　　钛合金加工是一个复杂且专业性很强的过程，涉及到多种技术和工艺，以确保材料的高性能和加工的经济性。加工钛合金时，还需注意控制加工环境，避免材料吸氧、氢和氮，导致性能下降。此外，选择合适的加工参数和刀具路径，以及进行必要的中间退火，都是保证加工质量和效率的关键。钛合金加工制造的英文是 "Titanium Alloy Parts Manufacturing"。德文是 "Herstellung von Titanlegierungsbauteilen"。俄文是 "Производство деталей из титановых сплавов"。

　　钛合金的加工性能和最终的力学性能很大程度上取决于其微观组织结构。热处理，包括退火、时效处理和定向再结晶等，被用来优化钛合金的微观结构，从而提升其机械性能和加工性。例如，退火可以消除加工硬化，恢复材料的塑性，而时效处理则可以强化材料。机械加工技术: 切削:钛合金切削时，由于其硬度较高和导热性差，需要采用硬质合金刀具，特别是钨钴类硬质合金，因为它们与钛的化学亲和力小，导热性相对较好。切削过程中，采用较小的前角和较大的后角，以及圆弧过渡刃，可以减少刀具磨损和提高加工质量。 磨削、铣削、钻削、镗孔、攻丝:这些加工方法同样需要选择合适的刀具材料和加工参数，以防止刀具过早磨损和工件变形。

　　电火花加工（EDM）和线切割适用于加工硬质材料的复杂形状，尤其在需要极高精度时。 焊接技术:钛合金焊接时，因为其高熔点和化学活性，容易产生气孔和富集效应，因此常采用TIG（钨极惰性气体保护焊）、激光焊和等离子弧焊等高能密度焊接方法，并在保护性气氛下进行，以减少污染。 表面处理技术:为了提高钛合金的耐磨性、耐蚀性等，会采用表面处理技术，如化学转化膜处理、喷砂、电镀、离子渗镀、等离子喷涂等。

　　锻造和轧制:热锻和热轧是将钛合金坯料在高温下变形，以形成所需形状和尺寸，冷轧则是在室温或接近室温下进行，适用于需要高精度尺寸和表面质量的产品。

　　表２ 紧固件用钛合金材料表３ 铆钉用钛合金材料的力学性能

　　表４ 螺栓用钛合金材料固溶时效的力学性能

　　２、 几种紧固件用重要钛合金材料

　　１）、 ＴＣ４钛合金

　　ＴＣ４钛合金是一种中等强度的两相钛合金，也是研究和应用多的钛合金材料，紧固件用钛合金材料大多数 是 ＴＣ４钛合金。ＴＣ４钛合金制造紧固件时，只能采用热镦，且采用专门的热镦设备和加热设备，不但影响生产效率，且材料利用率较低。针对高强紧固件，ＴＣ４钛合金紧固件强度不能满足要求，合金固溶时效后的抗拉强度高达到１１００ＭＰａ，剪切强度在６５０ＭＰａ左右，由于ＴＣ４钛合金淬透性差，固溶时效时，ＴＣ４钛合金紧固件截面尺寸一般在１９ｍｍ以下。ＴＣ４钛合金紧 固件包括螺栓、高锁螺栓、抽钉、螺钉和环槽铆钉等，其中ＴＣ４大多数螺栓已经在国内飞机、发动机、机载设备、航天飞行器和卫星中获得了大量应用。

　　钛在钢坯加热、锻造、热轧等生产过程中会产生氧化皮和一定厚度的富氧层。富氧层是由氧原子在高温气氛中扩散和固溶形成的。一般来说，富氧层破坏塑性和韧性。因此，在热轧板“喷丸+酸洗”过程中，需要去除表面氧化皮和富氧层。然而，去除富氧层会导致产率下降。由于钛具有表面硬度低、耐磨性差等缺点，限制了其在摩擦环境中的应用。需要表面硬化技术。提高耐磨性的技术。氧作为α相的稳定元素，是重要的间隙固溶强化元素，具有很高的固溶度，在金属表面附近形成一定厚度的富氧硬化层。对于一些耐磨性要求高、塑性韧性要求不高的零件，可以保留富氧层，以增加零件的耐磨性。 TA1为α单相结构，TC4为α+β两相结构。两种结构的差异会影响氧化皮的成分和富氧层的厚度。

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　　增材制造技术制备钛基复合材料研究进展相对于传统制造技术，增材制造作为一种高速发展的近净成形精细加工技术，采用“离散+堆积”原理，这是一种自下而上的方法，由零件三维数据驱动直接制造零件，实现了复杂几何形状构件的一体化近净成形，减少时间和成本的同时，增材制造工艺的高冷却速率导致了微观结构的大幅细化，提高了硬度和强度。目前，增材制造技术已运用于制备各种不同类型及成分组成的钛基复合材料中，如TiC/Ti、TiB/CP‒Ti、TiB/Ti‒6Al‒4V、TiC/Ti‒6Al‒4V等，为多种钛合金与钛基复合材料复杂零部件的研制打开了一扇新的窗户。但由于零件尺寸受限制，多用于复杂精密中小零件的加工。运用于钛合金及其复合材料方面的增材制造技术主要有两种:一种是预置铺粉的选区激光熔化技术（selective laser melting，SLM），如图1（a）所示；另一种是喷嘴同步送粉的激光直接沉积技术（direct laser deposition，DLD），用自动喷粉（同轴或非同轴）的方式将原始粉末引入由高功率激光产生的熔池中焊接成形，如图1（b）所示。