1、钛及钛(tai)合金(jin)传统(tong)加(jia)工(gong)方(fang)法(fa)
钛(tai)及(ji)钛合(he)金(jin)加工的(de)传(chuan)统(tong)方法主(zhu)要有(you)铸(zhu)锭(ding)冶金(jin)(或塑性(xing)加(jia)工(gong))、铸(zhu)造和(he)粉末冶金(jin)3种。钛(tai)及钛(tai)合金(jin)铸锭冶(ye)金的工艺方法(fa)是(shi)将海(hai)绵(mian)钛、中间合金或(huo)纯金属熔铸成(cheng)铸(zhu)锭(ding)，再(zai)冷热(re)加(jia)工成钛(tai)材(cai)。铸锭(ding)加工方(fang)法(fa)包(bao)括锻造(zao)、轧(ya)制(zhi)、挤(ji)压、拉拔、冲压(ya)和旋(xuan)压(ya)等(deng)，其(qi)中(zhong)锻造(zao)是(shi)必(bi)不(bu)可少、最基本(ben)，也(ye)最重(zhong)要(yao)的方(fang)法(fa)，其次(ci)是(shi)轧(ya)制，少部分(fen)钛材是挤(ji)压(ya)和拉拔(ba)成材(cai)的(de)，旋压(ya)属于(yu)补(bu)充(chong)方式(shi)，使用(yong)最少(shao)。这(zhe)5种钛(tai)材铸锭加(jia)工(gong)方(fang)法(fa)各有其(qi)特点(dian)，具(ju)有互(hu)补性(xing)。在(zai)钛(tai)及钛合(he)金(jin)材料加(jia)工过程(cheng)中(zhong)，如(ru)果(guo)一种(zhong)方(fang)法(fa)不(bu)够(gou)，则可以(yi)通(tong)过几(ji)种(zhong)方(fang)法加(jia)工制成各种(zhong)形(xing)状(zhuang)和规格的(de)钛(tai)合(he)金(jin)成品或(huo)半(ban)成品。钛(tai)合金的(de)塑性(xing)加(jia)工(gong)具有(you)变(bian)形(xing)抗力大、塑性(xing)低(di)、屈(qu)服强度和(he)抗拉(la)强度(du)比(bi)高、回弹大、对缺(que)口敏(min)感(gan)、变形(xing)过(guo)程(cheng)易(yi)与(yu)模(mo)具黏结(jie)、高温(wen)加热时易(yi)氧化(hua)等(deng)特(te)点，钛(tai)合(he)金塑(su)性加(jia)工(gong)比钢(gang)、铜(tong)和铝困难(nan)。
2、钛合金铸锭(ding)加工(gong)工(gong)艺
1）锻(duan)造(zao)
由(you)于钛(tai)合金显(xian)微(wei)组织容(rong)易受(shou)到加工变量(liang)的影响，显微(wei)组(zu)织控(kong)制(zhi)是钛(tai)合金(jin)成功加(jia)工(gong)的根本，因(yin)此锻(duan)造的(de)主(zhu)要目的(de)之(zhi)一是(shi)获得(de)钛材(cai)的(de)综合(he)力学(xue)性(xing)能(neng)。钛(tai)及(ji)钛合金锻(duan)造(zao)按(an)照加(jia)热温(wen)度(du)可分(fen)为(wei)：低(di)于(yu)β转变(bian)点(dian)的(de)(α+β)锻和高(gao)于(yu)β转变点(dian)为主的(de)β锻。在(α+β)区(qu)的加工温(wen)度越(yue)高，冷(leng)却时(shi)可(ke)转变(bian)的β相(xiang)越多(duo)。截面尺寸(cun)要(yao)求是重要的(de)，加(jia)工(gong)操(cao)作的次(ci)数(shu)是多次(ci)，常(chang)规(gui)锻(duan)造(zao)要求两(liang)次(ci)或三(san)次操作(zuo)，而等温锻(duan)造(zao)只(zhi)要求一次(ci)。(α+β)锻造(zao)对(dui)显(xian)微(wei)组(zu)织的影响(xiang)是累积的，尤其(qi)α形貌(mao)的(de)变(bian)化(hua)，因此，每一次成功(gong)的(α+β)加(jia)工(gong)操作(zuo)对(dui)前面操作(zuo)得到的(de)组(zu)织产(chan)生(sheng)变(bian)化。锻(duan)造(zao)期间(jian)β合金(jin)中(zhong)的(de)α相(xiang)转(zhuan)变是不(bu)普(pu)遍的，因此β合(he)金的典(dian)型锻造在β转(zhuan)变点以(yi)上(shang)。
β锻(duan)是一种(zhong)大部(bu)分(fen)或全(quan)部(bu)锻(duan)造(zao)加(jia)工在高(gao)于(yu)β转(zhuan)变(bian)点以(yi)上温(wen)度完成(cheng)的锻造(zao)技(ji)术。β锻(duan)合(he)金的(de)组织(zhi)为转(zhuan)变(bian)的β或(huo)针状显(xian)微(wei)组织。尽管β锻(duan)后的(de)屈服强(qiang)度通常不如(ru)(α+β)锻(duan)造(zao)的高(gao)，但缺口拉(la)伸强(qiang)度(du)和(he)断(duan)裂韧(ren)度(du)比(bi)较(jiao)高(gao)。因(yin)此(ci)，β锻用于(yu)提高(gao)高(gao)温性(xing)能(neng)和与(yu)断裂有(you)关的性(xing)能，如(ru)蠕(ru)变抗(kang)力(li)、断(duan)裂韧(ren)度、疲劳裂纹扩展抗力。事实(shi)上，多个(ge)近期研制的(de)α合金是(shi)设计(ji)成β锻(duan)，以获(huo)得理(li)想的(de)力学(xue)性(xing)能(neng)。与(yu)(α+β)锻(duan)相(xiang)比，β锻通常在强(qiang)度和(he)塑(su)性(xing)有损失(shi)。β锻加工对显(xian)微(wei)组织的(de)影响(xiang)不(bu)是累(lei)积的；高(gao)于(yu)β转(zhuan)变点(dian)的每(mei)一(yi)个(ge)加工一(yi)冷(leng)却一重(zhong)新(xin)加(jia)热循环(huan)，前面加工的影响至少是(shi)部(bu)分损(sun)失(shi)，因为高于(yu)合(he)金β转变点(dian)温(wen)度加(jia)热(re)引(yin)起再(zai)结晶。B锻(duan)在锻造单位(wei)压力(li)具(ju)有(you)明显(xian)的降(jiang)低和(he)降低开(kai)裂(lie)倾(qing)向(xiang)，但(dan)必须严格(ge)地控制锻(duan)造(zao)加(jia)工条件，以避免(mian)不均(jun)匀(yun)的加工(gong)、晶(jing)粒(li)急剧(ju)的(de)增(zeng)长或较(jiao)差(cha)的加(jia)工(gong)组织，所(suo)有(you)的条(tiao)件(jian)可能(neng)造成(cheng)锻件(jian)或(huo)相(xiang)同锻件(jian)的批(pi)次与(yu)批次(ci)之间力(li)学性能(neng)是(shi)发(fa)生(sheng)较大变化(hua)。
应(ying)变(bian)速率(lv)的影响：钛(tai)合(he)金(jin)在(zai)锻(duan)造(zao)加(jia)工(gong)中是(shi)高(gao)应变速率敏感的。β和近β钛(tai)合金的(de)锻(duan)造温(wen)度(du)下的应变速率敏(min)感性(xing)更高。然而，α和α-β合(he)金(jin)的应(ying)变(bian)速率敏感(gan)性相(xiang)对较小。钛合(he)金(jin)常规(gui)锻造中(zhong)，通常采(cai)用中(zhong)间应(ying)变速(su)率(lv)，以(yi)便(bian)获得(de)最(zui)佳变形(xing)可能(neng)。采用(yong)快速(su)应(ying)变(bian)速(su)率锻造(zao)技术(shu)，如锤(chui)或机械压(ya)力(li)机(ji)锻(duan)造(zao)，锻(duan)造期(qi)间(jian)的变(bian)形(xing)热(re)变(bian)得很(hen)重要。由于(yu)钛合金有(you)相(xiang)对较差的热(re)导(dao)率，温(wen)度(du)不(bu)平衡可(ke)能产(chan)生(sheng)，因此(ci)在(zai)钛(tai)合金快(kuai)速(su)锻(duan)造中，金属(shu)温(wen)度要(yao)经常(chang)调(diao)整到考(kao)虑锻造(zao)过(guo)程温(wen)升，或(huo)控(kong)制锻造过(guo)程，减(jian)小温度升(sheng)高。
热模锻(duan)和等(deng)温锻(duan)：模(mo)具(ju)温度明显(xian)高(gao)于常(chang)规(gui)锻(duan)造加工(gong)的模具(ju)温度。这(zhe)有(you)降(jiang)低(di)模具(ju)冷效和能(neng)产生近净(jing)形(xing)和(he)净(jing)形(xing)零件的(de)优点(dian)，因(yin)此(ci)这些加(jia)工(gong)也(ye)称为近(jin)净(jing)形锻造(zao)加工(gong)。这些加(jia)工技术(shu)主要(yao)用(yong)于钛(tai)合金制(zhi)造的飞机(ji)结构件和发(fa)动机(ji)零件上。
在等(deng)温锻(duan)造(zao)加工中(zhong)，模(mo)具(ju)温度(du)与(yu)金(jin)属锻坯(pi)的温度相同(tong)。这(zhe)可以完(wan)全(quan)消除(chu)模(mo)具(ju)冷效现(xian)象，维(wei)持(chi)锻坯(pi)在锻造过程(cheng)中的(de)恒(heng)定温(wen)度。这(zhe)种加(jia)工(gong)允(yun)许相(xiang)当(dang)慢(man)的(de)应变(bian)速率(lv)的(de)应(ying)用，因(yin)此(ci)利用(yong)流变(bian)应力的(de)应(ying)变速(su)率(lv)敏感(gan)性，能(neng)生(sheng)产(chan)净形(xing)锻件(jian)，容易(yi)应(ying)用于没(mei)有(you)机(ji)械(xie)加(jia)工(gong)或(huo)少(shao)量(liang)第(di)二次(ci)机(ji)加(jia)工(gong)的(de)净(jing)形锻件(jian)生产(chan)。
热模(mo)锻加工的特征(zheng)为(wei)模具(ju)温度高于常规(gui)锻造(zao)模具温(wen)度，但低(di)于等(deng)温锻(duan)造模具(ju)温(wen)度(du)，典型的(de)热(re)模(mo)锻的(de)模具温度(du)比(bi)锻坯(pi)温(wen)度(du)低110℃~225℃。与等(deng)温(wen)锻相比(bi)，较低(di)的(de)模具(ju)温(wen)度(du)允许较(jiao)宽的(de)模(mo)具材(cai)料的(de)选择，也(ye)能够(gou)具(ju)有制造很(hen)薄(bao)和复杂(za)形(xing)状(zhuang)的能(neng)力。用于(yu)热(re)模锻(duan)和(he)等温(wen)锻的(de)钛合金包(bao)括Ti-64、Ti-6242和Ti-1023。
2）轧制(zhi)
轧(ya)制(zhi)工艺(yi)是(shi)一(yi)种生产钛(tai)和钛合(he)金(jin)板棒管材(cai)和型材等产品的(de)常用工艺。采用(yong)轧(ya)制工艺(yi)生(sheng)产(chan)的(de)钛合(he)金表面质(zhi)量较(jiao)高(gao)，内(nei)部(bu)质(zhi)量稳定，尤其(qi)是(shi)可(ke)以生(sheng)产薄(bao)壁、变(bian)截面(mian)型材(cai)。近年(nian)来发展(zhan)了(le)多种新型轧机(ji)，如钛合金(jin)环(huan)轧机设备(bei)，根据轧(ya)制中(zhong)环形(xing)件(jian)位置分(fen)为(wei)立(li)式(shi)轧(ya)环机和(he)卧(wo)式(shi)轧机(ji)；根据(ju)轧(ya)制方式(shi)又(you)可分为(wei)径向环轧(ya)机(ji)和(he)径(jing)向(xiang)一轴(zhou)向环轧机。
3）挤压(ya)
挤(ji)压工(gong)艺也(ye)是(shi)一种生产钛及钛(tai)合(he)金(jin)棒材、管材(cai)和(he)型(xing)材(cai)等(deng)产品(pin)的(de)最(zui)常(chang)用(yong)的(de)方法(fa)。按金(jin)属流(liu)动(dong)及变形特征(zheng)分(fen)类，挤(ji)压可分(fen)为正向挤(ji)压(ya)、反向挤压和特(te)殊(shu)挤(ji)压。挤压(ya)最基本(ben)的(de)方(fang)法是(shi)正向挤压(ya)和反向(xiang)挤压(ya)；特(te)殊(shu)挤压包括(kuo)静(jing)液挤压、连(lian)续挤(ji)压、包(bao)套(tao)挤(ji)压(ya)、粉(fen)末(mo)挤压和(he)液(ye)态(tai)挤压(ya)等。按(an)挤(ji)压温度(du)分(fen)类(lei)，挤压(ya)可(ke)分(fen)为(wei)热(re)挤(ji)压、温(wen)挤压和(he)冷(leng)挤(ji)压。温挤(ji)压发(fa)展比(bi)较(jiao)晚，目(mu)前应(ying)用(yong)范围比较小。挤(ji)压(ya)法(fa)适(shi)合于(yu)批量(liang)小、品种(zhong)与(yu)规格繁多的(de)钛合(he)金(jin)管(guan)棒(bang)型材和(he)线坯(pi)的生产。对(dui)于截(jie)面复(fu)杂或薄壁(bi)的(de)管(guan)材(cai)和(he)型(xing)材、直径与壁厚之(zhi)比趋近于2的超(chao)厚壁管(guan)材，挤(ji)压法(fa)是一种理(li)想的(de)塑性(xing)加(jia)工方法(fa)。对于(yu)难变形(xing)的、脆(cui)性(xing)大的钛(tai)合金材料， 如阻燃(ran)钛(tai)合金、TiAl基金(jin)属(shu)间化合(he)物，包套(tao)挤(ji)压法(fa)是最切实(shi)可行的(de)压(ya)力加工(gong)方法(fa)。
4）拉(la)拔
随着钛及钛合(he)金的(de)应(ying)用扩大，近年来(lai)出(chu)现了许多(duo)新(xin)的(de)拉(la)拔(ba)工(gong)艺，如辊模(mo)拉(la)伸、超(chao)声振(zhen)动拉伸、无(wu)模(mo)拉(la)伸、镀层(ceng)一包(bao)套(tao)集束拉(la)伸(shen)工艺(yi)等。辊模拉伸是将(jiang)坯(pi)料从(cong)旋(xuan)转(zhuan)的(de)两(liang)个辊间(jian)隙(xi)中(zhong)拉出来，其优点是(shi)可以(yi)增加道(dao)次(ci)压缩(suo)量(liang)，减小拉伸(shen)过程(cheng)的动力(li)消耗(hao)，延长(zhang)工(gong)具的(de)使用寿命。无模拉伸工艺(yi)是(shi)采(cai)用(yong)感(gan)应线圈或激光使钛(tai)材局(ju)部(bu)加(jia)热软化，并(bing)施加张力使(shi)钛材(cai)变细，优(you)点是(shi)不(bu)需要拉(la)模(mo)和润(run)滑(hua)剂、变形速(su)率(lv)大(da)、效(xiao)率(lv)高(gao)。应用镀层-包(bao)套(tao)集(ji)束(shu)拉伸(shen)工艺(yi)首(shou)先(xian)将(jiang)钛丝(si)表(biao)面镀一层(ceng)低碳钢(gang)，再将带镀层的钛丝(si)装(zhuang)人低碳钢管(guan)内，然后进行集束(shu)加工(gong)和(he)中间退火(huo)，最后(hou)用(yong)硫(liu)酸去(qu)除(chu)低(di)碳钢(gang)包套和镀层。此(ci)工(gong)艺(yi)可(ke)生(sheng)产5pm~30um规格的(de)超(chao)细钛(tai)丝。
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