东莞市常平镇淬火加工厂

　　TB3开始即作为螺栓研制的材料，也已在某些型号上应用。钛是我国发展国防、航空、高科技等领域重要结构材料，具有重要的战略意义。目前我国的海绵钛和钛加工材的研发水平、产能产量已跻身世界前列，今后的发展方向应该着重根据应用需要，结合发展趋势，研究开发更高性能的合金，提高钛生产行业的技术水平，由一个钛工业大国向钛工业强国迈进。

　　近日，航天科技集团四院7414厂高强韧钛合金旋压成形关键技术取得突破，首次高强韧钛合金高精度薄壁圆筒可控温旋压成形试验便获得成功。

　　高温钛合金发展与应用高温钛合金以其优良的热强性和高比强度，在航空发动机上获得了广泛的应用。高温钛合金主要用在航空发动机的风扇、压气机中，如压气机盘、叶片、导航仪、连接环等。使用钛合金替代原镍基高温合金可使压气机的重量降低30％一35％。国外航空发动机的钛用量比例达到了25~39％，如F100发动机的钛合金用量占发动机总重量的25％，V2500发动机为31％，F119发动机为39％。高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展，使用温度逐步提高，从20世纪50年代以Ti-6Al-4V合金为代表的400℃提高到了以IMl834合金为代表的600℃。在600℃以上，蠕变抗力和高温抗氧化性的急剧下降是限制钛合金向更高温度发展的两大主要障碍。因此，600℃被认为是钛合金发展的“热障”温度。

　　当消费者对智能设备的便携性与耐用性提出更高要求时，结构件材料的升级便成为产品迭代的核心驱动力。从智能手表表壳到折叠屏手机铰链，轻量化与高强度不再是选择题，而是必须兼顾的硬指标。钛合金材料正是在这一背景下进入3C制造商的视野——其密度约为钢的60%，强度却毫不逊色，成为实现轻量化目标同时保障结构可靠性的理想选择。正是这种性能上的独特优势，让钛合金逐步突破传统的航空航天与医疗领域，向消费电子结构件这一新兴应用场景加速渗透。

　　从“可选”到“必选”，钛合金材料考验供应链能力

　　然而，当钛合金材料真正进入消费电子产业链，它所面临的考验才刚刚开始。与航空航天领域小批量、多品种、高定制的应用模式不同，消费电子市场出货量大、迭代节奏快，对材料的批量稳定供应、规格一致性提出了更高要求。这意味着，钛合金材料供应商不仅要有成熟的熔炼、锻造、轧制等核心工艺技术，更需建立起能够支撑大规模、多批次交付的精密制造与质量控制体系。只有具备这种能力的供应商，才能在消费电子结构件的材料升级浪潮中站稳脚跟。

　　鑫诺特材:以全产业链优势锚定3C材料新赛道

　　作为全球高端钛及钛合金材料解决方案供应商，鑫诺特材正以这样的姿态切入这一蓝海市场。公司以医用植入物钛材为根基、并成功拓展至航天航空领域，并将“高端3C消费电子用钛材”列为关键战略布局。为此，公司于2024年开工建设高精度三辊连轧产线，2025年已建成投产，年产能可达万吨规模。这一布局的背后，是鑫诺特材从原料到成品的全产业链自主控制能力——从德国ALD真空自耗电弧炉到精密线材轧机，再到国内首条自主集成的三辊连轧产线，每一环都指向一个目标:为消费电子领域提供性能高度一致、尺寸精度卓越的钛合金材料。

　　精密钛合金材料，赋能消费电子结构件升级

　　这种能力正是消费电子供应链当前迫切需要的。鑫诺特材的三辊连轧技术，通过独特的三向压应力轧制工艺，能够显著细化晶粒、提升材料组织均匀性，制造出尺寸精度提升约6倍的高品质钛合金盘圆丝材。大单重、高一致性的产品特性，恰好满足了消费电子结构件加工对材料连续供应和稳定性的核心诉求。从守护生命健康的骨科植入物，到护航大国重器的航天紧固件，再到如今赋能智能生活的消费电子结构件，鑫诺特材正将积淀多年的“高精尖”制造能力延伸至3C消费电子领域，在精密钛合金材料的方寸之间，持续助力中国高端制造向更轻、更强、更可靠的方向演进。

　　东莞市常平镇淬火加工厂

　　近年来又研发了BT36钛合金，分别用于HK8，IIC90A等发动机。同样，美国也将Ti64，Ti811，Ti6242等钛合金 分别用于JT90，F-110等发动机中嘲。典型高温钛合金的主要技术见表2。俄罗斯的高温钛合金发展完善和成熟，形成了一套完整的钛合金体系。在某一温度级别有两三个可选的高温钛合金牌号，如可在500℃下使用的合金有BT8、BT9和BT8-1，550℃使用的合金有BT25和BT25y，600℃使用的合金有BTl8y和BT36。俄罗斯推荐BT25y用于航空发动机高压压气机450-550℃下使用的轮盘和转子叶片，推荐BTl8y用于550—600't3下使用的轮盘。虽然BT36已研制出来，但似乎没有受到相应的重视。我国曾引进了俄罗斯生产的BT36合金盘件和棒材，经分析，该合金盘件和棒材上存在大量的成分偏析，成分均匀性的问题没有得到很好地解决，而且其高温性能也没有达到IMl834合金的水平。

　　固溶处理对TC11钛合金硬度的影响在固溶温度为950℃，固溶时间为120ｍｉｎ时，显微组织由大部分的等轴α相、小部分细小的片状α相和粗大的块状α相以及少部分的β相组成，此时所测得的硬度值高，TC11钛合金在该热处理制度下的综合性能也相对较好。当固溶时间一定时，TC11钛合金硬度随着温度的升高呈现出先下降然后逐渐趋于稳定的趋势。

　　TC11钛合金属于高Al当量马氏体型α+β钛合金，该合金具有的高温强度，热稳定性及抗蠕变性能，被广泛应用于航空航天领域。TC11钛合金作为重要的航空和宇航材料，主要用于制造服役温度在500℃以下的航空发动机压气机盘、叶片、鼓筒等零件及飞机结构件等。随着航空航天技术的飞速发展，对这些关键部件用钛合金的性能要求越来越高，要求其具有更加的综合性能。而钛合金的综合性能与其的组织形态、相的比例、晶粒的大小及分布情况密切相关。目前，锻造是钛材热加工中常用且有效的加工方法。不仅可以直接锻造成工件的形状，还可以优化其微观组织，改善其力学性能。但是，锻造存在遗传性，会造成成品棒材、饼材、环锻件等组织不均匀问题，尤其是大型的饼、环锻件。为此，我们采用多火次换向镦拔锻造工艺制备大规格环材，该变形方式可以使原始坯料中的铸态晶粒得到充分破碎和再结晶，从而消除了成品中出现的金相缺陷。同时，研究热处理工艺对大规格环材组织、力学性能的影响，从而确定化的热加工工艺。实验材料及方法本文实验所用材料为TC11钛合金铸锭，采用3次VAR熔炼，锭型φ700mm，其主要化学成分:Al:6.7%，Mo:3.3%，Zr:1.8%，Si:0.3%，其余为Ti。经金相法测定其相变点为1016℃，铸锭经β相区开坯锻造，α+β相区环坯锻造、冲孔，扩孔成形锻造制得成品规格为φ830mm/φ520mm×220mm。在环材高度方向上截取试样环进行热处理实验，热处理在箱式电阻炉中进行，其方案见表1。表1热处理工艺为研究环材组织和力学性能的均匀性，将大规格环材按优化出的热处理工艺制度进行整体热处理后，沿厚度方向分为外表层、1/2层和内表层，沿高度方向分为上表面、H/4、H/2、3H/4和下表面（H为环材高度），共15个位置，进行室温拉伸性能检测，考核其力学性能的均匀性，观察不同方向的显微组织，考核其组织的均匀性。图1不同固溶温度下TC11合金环材的显微组织实验结果与分析⑴固溶温度对TC11钛合金环材组织的影响。图1为TC11钛合金环材经过950℃～990℃固溶处理+530℃时效处理6小时后的显微组织。在不同固溶温度+时效处理后，TC11环材显微组织是由等轴初生α相和β转变组织组成，β转变组织上分布着细小的针状和短棒状次生α相。随着固溶温度由950℃升高到990℃，等轴初生α相含量逐渐减少，由950℃时的50%逐渐递减至990℃时的10%，且初生α相晶粒尺寸逐渐增大。同时，随着固溶温度的升高，针状次生α相含量逐渐增加且变得更加细小弥散。同时，伴随着部分初生α相的逐渐溶解，未转变的β相基体含量的饱和度增大，为次生α相的析出增大了驱动力，促使次生α相的含量逐渐增多且细小而弥散。⑵固溶温度对TC11钛合金环材力学性能的影响。TC11钛合金环材经过不同固溶温度处理后的力学性能如图2所示。图2不同固溶温度下TC11合金环材的力学性能随着固溶温度由950℃升高到990℃，TC11合金的强度先升高后降低，970℃达到峰值，塑性先降低后升高，970℃时为低谷，相比强度的变化，塑性变化趋势较缓。在室温下，起主要强化作用的是位错，随着固溶温度升高，提供的相变驱动力促使次生α相的析出，在塑性变形时，弥散的α相周围产生的应力场阻碍了位错运动，同时α和β相的界面产生弥散强化，使强度大幅提高；随着固溶温度950℃升高到970℃，其塑性变化不明显，断面收缩率和锻后伸长率略有降低。随着固溶温度升高到980℃，初生α相含量骤减，且初生α相长大，导致两相间相界面较少，对位错的阻碍作用减弱，从而使强度下降，塑性变化略有提高，由此可知，在970℃固溶时，TC11钛合金的强韧性匹配。冷却速度对TC11钛合金环材性能的影响TC11钛合金经970℃固溶处理后，不同冷却速度的力学性能见表2。由表2可以知，固溶后采用水冷比空冷抗拉强度高260MPa，屈服强度高约220MPa，同时水冷的塑性骤降。图3为TC11钛合金970℃固溶处理后水冷的SEM组织，由图3可知，水冷时，高温固溶处理时大量的亚稳定β相被固定下来，在随后的低温时效过程中，较多的次生α相从亚稳定β相分解出来，并交叉排列在β转变基体上。由于冷却速度快，过冷度大，再结晶晶粒来不及长大，同时引起了晶格畸变，促使在时效过程中，大量细小、无方向性的针状α相从亚稳定β转变相中析出。这些大量的细小次生α相，交错排列，相界面阻碍了滑移的进行，从而使合金变形困难，因此，片状β转变组织越多，强度越高，塑性越差。表2不同冷却速度下的TC11钛合金力学性能图3水冷后TC11合金环材的SEM组织TC11钛合金环材性能均匀性研究为提高合金的使用稳定性、性能的稳定性，在实际生产应用中，TC11钛合金大型饼材、环锻件均是在热处理状态下服役。研究热处理工艺对TC11钛合金组织和性能的影响，得出的热处理制度为970℃/保温2hAC+530℃/6hAC。将文中大规格环材φ830mm/φ520mm×220mm按照此热处理制度整体热处理后，研究其组织和性能的均匀性。图4为TC11环材沿壁厚和高度方向不同位置的显微组织，由图4可知，采用多火次换向镦拔锻造工艺制备大规格环材，环材在高度方向以及厚度方向的组织均为双态组织，且组织均匀分布，等轴初生α相晶粒尺寸大小均匀分布。对比图4和图1中(c），均为970℃/保温2hAC+530℃/6hAC处理后的组织，发现图1(c）中初生α相含量比图4中少，而次生α相略多于图4。图5为TC11钛合金环材不同位置的力学性能，由图5可知，该环材在径向和厚度方向的力学性能均匀性良好，抗拉强度Rm的差值为15MPa，屈服强度Rp0.2的差值为18MPa，断后伸长率A的差值为4.5%，断面收缩率Z的差值为12%。对比图5和表2，相同固溶时效处理后，试样热处理比环材整体热处理性能高出约80MPa，塑性变化不大。在实际生产过程中，可以通过加快环材在空气中冷却速率而提高其强度。结论⑴TC11钛合金随着固溶温度的升高，初生α相含量逐渐减少，且初生α相晶粒尺寸逐渐增大，次生α相含量逐渐增多。室温强度随着固溶温度的升高先升高后降低，同时塑性变化幅度不大。图4TC11合金环材不同位置的显微组织TC11钛合金大规格环材的组织与性能研究⑵随着冷却速率的加快，TC11钛合金强度增大，塑性骤降。⑶采用多火次镦拔换向锻造的TC11大规格环材的组织和力学性能均匀性良好。在970℃/2hAC+530℃/6hAC固溶时效后，环材具有稳定的强塑性。作者简介张雪敏，硕士研究生，工程师，主要从事钛及钛合金塑性变形原理，锻造及热处理工艺研究