东莞市黄江镇零件钛合金固溶提升耐磨

　　由于钛合金原材料成本较高，国外70％一80％的钛材料用在航空、航天工业上。我国航空、航天领域对钛合金的需求也大。目前我国在研的飞机钛合金用量比例在10％～12％左右，军用飞机的用钛量比例更高，在20％一30％左右，而军用飞机发动机的用钛量比例在30％以上。新型火箭、导弹的用钛量也在增加。本文主要综述美、俄、英、日、中等国钛在航空、航天领域的研究和应用的进展，可为我国钛工业的在航空、航天领域的应用和发展起到一定的借鉴作用。

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　　钛合金具有强度高、轻质化的特点，是提高固体发动机壳体性能，实现发动机壳体轻质化的理想材料，一直以来在固体发动机领域具有很高的应用需求。但由于钛合金属于难变形金属，实现旋压成形，其成形问题是制约钛合金在固体发动机壳体上应用的瓶颈难题。基于固体发动机的应用需求，7414厂利用其多年旋压工艺技术积累，与高校联合组成团队，经大量试验研究和工艺攻关，开发出某高强韧钛合金，获得旋压毛坯佳状态和旋压工艺方案，实现了高强韧钛合金高精度薄壁圆筒可控温旋压成形。

　　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。

　　BT16合金的密度比Ti-6Al-4V要略高一些，但显著低于β合金。BT16合金β稳定系数为0.83，介于上述两类之间，接近临界成分(β稳定系数为1)。在β稳定元素和Ti组成的二元合金中，随着β稳定元素含量的增加，晶粒尺寸逐渐减小，在l临界浓度附近，α相和β相数量相等，晶粒尺寸达到小。稳定元素进一步增加时，晶粒尺寸增加。较小的p晶粒和在退火状态下高达25％(体积分数)的β相含量决定了BT16合金具有的室温T艺塑性。所以BT16合金具备了室温条件下完成紧固件头部的镦粗的条件，即冷镦。

　　时效属于热处理工艺中的一种，是指能在一定的温度下，把金属放在其中一段时间，让金属的强度得到提高的一种工艺[2] 。以下主要是针对时效中的温度、时间，在组织、力学性能上对TC4钛合金的影响，并且对TC4钛合金的时效处理、未来发展的方向上做出了总结。1.2.1时效温度

　　时效温度虽然对于出生的α相影响力方面比较小，但是对次生的α相，在尺寸上起着决定性的作用。实验研究发现，在条件相同情况之下，双态组织的TC4钛合金在动态抗拉的强度方面，随着次生片层的α相在宽度上的增加，导致其强度减小，然而在静态的力学性能中只有断后的伸长率，会随着次生的α相在宽度上的增加而加。另一实验研究发现，次生的α相体积分数在TC4钛合金中，会对屈服强度产生很大的影响。在条件相等的情况之下，时效温度越低组织越小，时效温度高低组织越大。

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　　Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo(TC21)是20世纪70年代研制的一种高强、高韧、损伤容限型两相钛合金。该合金在热机械处理后具有强度高、损伤容限性能好等优点，以及优良的抗疲劳裂纹扩展能力，适用于制造高强度、高韧性的承力构件。通过添加Si元素使该合金在中温保持较高强度，优于Ti-6AI-4V。该合金板材可在室温下进行超塑性成形。Ti-10V-2Fe-3Al(TB6)是20世纪70年代后期发展的一种高强、高韧近β型钛合金。该合金具有比强度高、断裂韧性好、淬透面积大、各向异性小、锻造性能好和抗腐蚀能力强等优点，兼有亚稳β钛合金的诸多优点而不丧失(It—B钛合金的固溶特性，能满足损伤容限设计需要和高结构效益、高性及低成本要求，高工作温度320℃。该合金主要产品有棒材、锻件、厚板和型材。通过固溶及时效热处理可实现强度、塑性和断裂韧性的良好匹配，适于制造对强度、断裂韧性有较高要求的结构件。通过热机械处理可获得优良的韧性和低裂纹扩展率，适于断裂韧性要求高的结构。