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低成本钛合金开发及加工性能改善方式

作者:本站      发布时间:2023-02-20      浏览:276

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钛及钛合金钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀好、高温性能好等优点而被广泛应用于航空航天、海洋工程、化工、冶金、医疗卫生等领域。随着世界经济的发展及许多国家对钛材的重新认识,相继对其进行研究开发,并实现了在多个领域的实际应用。特别是航空航天、石油化工及造船工业的飞速发展,进一步促进了各国对钛材的研发及生产力度。然而由于钛材的生产加工特点,其生产工艺复杂、加工流程长、成品率较低,以致长期以来其成品的成本一直居高不下,大大限制了其在民用领域的使用。为此,低成本钛合金材料的生产技术研发成为当前研究重点。

  今天我们就给大家介绍一下工业中低成本钛合金开发思路以及钛合金加工性能的改善方式:

  低成本钛合金开发思路

  随着钛及钛合金冶金技术的发展和科技进步,钛及钛合金在航空航天、化工冶金、舰船、汽车、建筑、医疗器械、体育用品中均有广阔的应用前景。但是由于钛及钛合金具有高的化学活性、低的导热系数、变形困难、热处理控制要求高等特点,导致钛的提取、熔炼和加工都十分困难,使得钛产品生产成本,价格昂贵,限制了钛产品的大规模应用,因此国内外对降低钛及钛合金产品的制造加工成本进行了大量的研究。





  图1 为美国波音公司给出的钛合金产品的成本构成图。从图1 可以看出,钛及钛合金产品的成本主要来自原料、熔炼和变形加工等环节。为了实现钛合金产品的低成本,必须从原材料与加工制造工艺两方面出发。

  目前,降低钛材产品成本的主要途径有:采用廉价合金元素替代昂贵的合金元素设计合金成分、改善合金加工性能和制备加工工艺设计。

  改善钛合金加工性能的方式

  改善钛合金加工性能,主要是通过添加合金元素,一方面改善钛合金的冷热变形能力,提高合金的变形能力,提高合金的成材率,从而降低成本;另一方面改善合金的机械加工性能,使合金机械加工效率和表面质量得到改善,从而降低成本。

  目前,为了改善钛合金加工性能而设计成功的钛合金较多,例如日本的SP700 钛合金(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe),其具有良好超塑性;日本的DAT52F 钛合金(Ti -3Al -2V -0.2Si -0.47Ce -0.27La),其具有优异切削加工性能;美国的β21s 合金(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si),其具有优异冷加工性能等。SP700 钛合金通过增加同晶型β 相稳定元素Mo、V 元和共析型稳定元素Fe 的含量,在达到降低其相变点的同时提高β相的扩散能力从而实现合金的超塑性,SP700 钛合金在(770~800) ℃时就能够呈现超塑性,伸长率可达2000 %,SP700 钛合金与TC4 钛合金相比,其强度和塑性更高、疲劳性能更优异、冷热加工性更好,冷加工率可达70%;DAT52F 合金加入了稀土元素,使其具有优异的切削加工性。

  使用合理的加工设计可使合金具有良好的加工性能,并可获得巨大的效益。如美国Timet 公司以Fe -Mo 代替Al -Mo 中间合金研制而成的Timetal62S,其成本为Ti-6Al-4V 的75%~80%,而且具备优异的冷热加工性可用于加工成航空航天钣金产品。又如采用凝壳炉在放宽氧含量的情况下制备出富氧的Ti-6Al-4V-0.25O,其抗弹能力、力学性能、可加工性优于Ti-6Al-4V,但成本却较低。

  上世纪70 年代末80 年代出发展起来的钛合金热氢处理技术是改善钛合金加工性能一种非常有效的手段,热氢处理技术主要是利用氢致相变、氢置塑性和可逆合金化作用,重构微观组织,从而达到改善钛合金加工性能的目的。国内外都对热氢处理技术进行了大量的研究工作,但是该技术在工业上的应用较少。