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钛合金棒材轧制成型的发展特点、方向、建议

发布时间 :2018-10-24 05:45:53 浏览次数 :

我国的钛资源丰富,钛合金棒材制品的用途也比较广泛。随着社会经济发展带动起相应的市场经济发展,工业生产也有了更加综合性的要求。对于钛合金制品来说要求高强度、高塑性和高韧性的相互综合。因此,市场化的高要求也激励着钛合金轧制成型工艺和技术的改革与完善。国内针对钛合金的研究水平与国外相比,在新领域内相较国外研究更加深入,而对于传统钛合金的研究方面较为欠缺。所以,我国的钛合金研究在近几年内有了新的突破。文章就针对钛合金棒材轧制成型的特点及相应轧制工艺和过程的研究,结合目前的市场化要求和钛合金应用趋势,探讨关于钛合金棒材轧制成型的研究进展及发展建议。 

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1、钛合金棒材轧制成型特点 

钛合金棒材轧制成型的过程,主要是通过将较大规格的锻棒坯料在轧制后,进行冷却,冷却后的棒材主要呈现针状、细片状或者粗片状等形态。钛合金轧制坯料通过轧制冷却后能够具备较强的韧性和抗拉性能,但此时的钛合金棒材还不具备高强度和高塑性的特点。通常工业化生产要求钛合金棒材的加工能够形成拉伸和疲劳性能较强的等轴组织。但在实际轧制过程中,由于坯料在室温条件下进行冷却从而制约了片状组织的综合性能,只有通过有针对性地变形处理才能够得以轴化,从而适合市场需求。所以,钛合金棒材坯料在轧制过程中的组织轴化是一个重要问题。若轧制变形量较大,则较容易提高组织可变性和力学性能。而在变形量小时,则会影响钛合金的可塑性和强度。同时,在钛合金棒材轧制过程中,要进行多次退火,而这种情形则会急速降低轧件的表面温度,内部温度不降反增,使轧件表面与中心温度形成较大的发差,进而容易造成表面裂纹。所以,轧制的温度一定要控制得当。道次间就成了控制温度和继续变形的轧制空间。只有将大量的孪品进行再结晶才能够有效提高钛合金棒材的综合性能。 

2、国内外钛合金的发展方向及技术进展 

2.1 国内外钛合金的发展方向 

最先进入市场并进行广泛应用的第一种钛合金是由美国研制成功的Ti-6AI-4V合金。这种钛合金的强度、韧性、塑性、耐热性、耐蚀性和相容性等都较好,因而在市场中也得到了广泛的应用。随着钛合金市场应用要求的提升,结构钛合金也向着高强度、高塑性、高韧性和高模量等相关方向发展。因此,目前的国内外钛合金研究主要包括高温钛合金、钛铝化合物为基的钛合金、高强度高韧性的β钛合金、阻燃钛合金以及医用和船用钛合金等。 

(1)高温钛合金现多被用于军用及民用飞机的发动机中。而近年来,美国采用快速凝固的粉末冶金技术成功研制了一种高纯度和高性能的钛合金,以能够充分适应轧件表面与中心温度的差异性,保证钛合金的综合应用性能。 

(2)钛铝化合物为基的钛合金主要优势是高温性能较好,抗氧化和抗蠕变性较强。同时,这种钛合金的密度小,质量轻,能够被广泛应用在航空航天器材当中。俄罗斯研究成功了一种新型的航空用钛合金,这种新型的钛合金相对于传统的来说,质量更轻,韧性更强,既能够保证航空飞行器的性能,还能够最大限度低减轻质量,减小阻力。 

(3)β钛合金是一种比较适用的航空结构材料。在实际应用中,可以根据不同强度和塑性的要求进行匹配,从而足大限度地增强可塑性、实用性和经济性。目前,我国针对高强度、高韧性的β钛合金已经有了初步研究,成功完成实验室建设后,分别从西北、宝鸡和北京等多个有色金属加工厂进行配合研制。宝鸡有色金属加工厂研发出了BTi-6554高强高韧性钛合金,北京有色金属研究总院和宝鸡加工厂联合研制成功了Ti-63高强高韧性钛合金。而西北有色金属研究院则创新研制成功了Ti-1300合金和Ti-5322钛合金。TC21也是西北有色金属研究院研究成功的新型钛合金,主要具有优良的强度、塑性和韧性,能够有效减少钛合金棒材白表面的裂纹,增强总体的综合性能。 

(4)我国对阻燃钛合金的研究较为深入,Ti14和Ti40钛合金就是由西北有色院研究成功的,具有良好的阻燃性能,较适用于飞机发动机关键部件的机匣和叶片。 

(5)对于船用钛合金来说,提高耐缝隙腐蚀性能,以能够达到持久耐用和高强度等要求的生产和开发。国外根据各国家的应用需求进行了创新。我国也研制出了比较有中国特色的不同强度级别的几种钛合金,这些钛合金都近于a型船用耐蚀性钛合金。在实际应用中,可以根据不同使用条件进行搭配使用。而对于医用钛合金而言,国外为了尽可能的排除AI v元素的不利影响,进而开发出了一系列的生物用新型钛合金。这些钛合金普遍具有良好的耐蚀性、耐磨性和抗断裂性。国内也一直致力于对医用钛合金的研究,在我国丰富的钛资源和研究经验的影响下,我国在综合力学性能和工艺性能等方面的研究均优于国外医用钛合金。 

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2.2 钛合金的技术进展 

我国的钛合金棒材轧制技术主要包括熔炼技术、铸造技术、等温锻造技术、热处理技术、焊接技术、加工技术、表面处理技术和最新加工技术等等。其中,我国在熔炼技术中取得了较好的发展,将感应凝克熔炼技术的研究加入重点研究项目当中。精密铸造技术多用于不易加工的铸件,最大限度地增加钛合金材料的利用率,降低生产成本。其他钛合金的轧制成型技术在市场需求和经济利益的影响下,也尽量进行控制,以研制和创新的经验为基础,以理论与实际相结合,深入地进行技术改革与创新,以更快地适应市场发展需求,提升经济效益。 

3、推动钛合金棒材轧制成型的发展建议 

我国对钛合金棒材轧制成型工艺和方法的研究应该加强深入和维度。对加工技术和成本花制备过程进行有效控制,以争取实现低成本、高性能的企业发展。其次,对于大型优质钛合金坯料的制备,应该应用新型的制备技术,比如:新型电子束和等离子冷床炉熔炼技术等。针对高效的短流程加工技术,应精准选择合适的制备技术,提高材料的利用率,降低工业成本,提高整体经济效益。同时,轧制成型也包括激光成形、精密铸造、精密模锻、喷射成形和扩散链接等等。我国有丰富的钛资源,随着我国钛合金加工技术的日渐成熟,更应该积极扩展钛合金的应用范围,将我国的钛合金应用推向国际化,提高市场竞争力的同时,也促进了钛市场的发展。 

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