技术与产品
你的位置:首页 > 技术与产品

钛及钛合金型材研究进展

来源:      2019-4-1 15:31:02      点击:

      钛及钛合金材料具有低密度、轻质量、高比强度、低温性能和高温性能良好、抗蚀性能优异等诸多优点。随着钛及钛合金应用领域的不断拓展,钛及钛合金型材从小到眼睛架、表链,大到航空、航天、海洋、化工等领域均已成熟应用。钛及钛合金因易受H、O、N等气体元素污染、加工抗力大、热成型温度范围窄等原因,生产大规格、变断面型材的难度较大,生产成本较高。

      目前,我国主要以机械加工的方式生产部分异型材和变断面钛合金型材,导致加工量巨大,金属利用率低下,资源浪费严重。相比而言,利用在封闭挤压筒中进行的热挤压工艺成为一种生产钛合金型材的先进方法 。

      1 钛及钛合金型材现状

      1.1 俄罗斯

      俄罗斯对钛及钛合金型材开展了大量工作,从1953年开始研发航空发动机隔框型材、翼翅型材和壁板等各种钛合金型材。早在1965年就建立了以玻璃润滑剂为基础生 产 0T4(Ti-4Al-1.5Mn)、OT4-1(Ti-2Al-1.5Mn)、BT3-1(Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si)、BT6(Ti-6Al-4V)和BT8(Ti-6.5Al-2.53.3Mo-0.3Si)等钛合金型材的热挤压工艺。挤压薄壁型材主要有0T4(Ti-4Al-1.5Mn)、OT4-1(Ti-2Al-1.5Mn)、BT5(Ti-5Al)、BT14(Ti-5Al-3Mo-1V)等钛合金材料,挤压变断面型材主要有BT3-1(Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si)、BT20(Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr-0.15Si)、BT22(Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe)等高强度钛合金材料,钛合金型材典型力学性能。

      俄罗斯对钛合金型材的研究结果表明,采用拉伸方法精整挤压薄壁型材可使型材表面质量提高一级,尺寸公差减小三分之一 ;采用阶段变断面型材的挤压工艺可使金属利用率提高一倍,并使机加量减少五分之四 。

      1.2 美国

      从1948年钛金属的工业化生产开始,1950年美国首次在F-84战斗机上用钛合金制作隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件后,伴随着钛金属的工业化发展美国利用热挤压成型技术开始了钛合金型材的应用研究,特别是从1954年第一个实用型钛合金Ti-6Al-4V研制成功后美国钛工业开始了快速发展。

      在钛及钛合金型材的研究方面,早在1968年就形成了航空用钛及钛合金型材的专用生产规范,主要有CP-1、CP-2、CP-3、CP-4、A-1(Ti-5Al-2.5Sn)、A-2(Ti-5Al-2.5Sn ELI)、A-4(Ti-8Al-1Mo-1V)、AB-1(Ti-6Al-4V)、AB-2(Ti-6Al-4V ELI)、AB-3(Ti-6Al-6V-2Sn)、AB-4 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo)等钛合金材料,目前,美国RMI公司掌握着大规格钛合金型材的领先生产水平,生产的钛合金型材广泛用于航空、航天、石油化工等领域。钛及钛合金型材典型力学性能要求。

      1.3 中国

      1971年宝钛集团有限公司从德国引进3150t卧式挤压机投产开始,我国进行了钛合金热挤压工艺技术的研究,可挤压出简单断面的多种钛合金型材。2009年宝钢特钢从德国引进了6000t挤压机,提升了我国热挤压钛合金型材的生产装备水平。

      2011年航空工业领域对TC4型材的冷拉技术进行了创新性试验,并初步取得了成功。2014年宝钛集团有限公司在3150t卧式挤压机上成功挤制出TC4“T”型钛合金型材,突破了航空航天用TC4钛合金型材及零件研制中的多项关键技术难题,并研制出型号工程用钛合金型材。

     目前,我国对钛合金型材的研制生产主要集中在TA7(Ti-5Al-2.5Sn)、TA15(Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr-0.15Si)、TC2(Ti-4Al-1.5Mn)TC4(Ti-6Al-4V)、TC10(Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Cu-0.5Fe)等钛合金材料,并获得了实际应用。

      2 我国钛及钛合金型材研制中存在的问题

    (1)从上世纪七十年代开始我国对钛及钛合金型材热轧工艺和热挤压工艺进行了探索性研究,相比国外在上世纪六十年代已掌握热挤压钛合金复杂断面型材的生产技术,我国长期以来主要集中在“L”、“T”和“U”型等简单断面钛合金型材的研究中。

    (2)从我国对钛及钛合金产品的研究过程中,可以看出在近年来才对型材生产工艺的研究较为活跃,也首次开创了冷拉型材的工艺试验,但因钛合金材料屈强比和变形抗力较大等原因还存在较多工艺难题。

    (3)我国虽然已掌握了部分钛合金型材的生产技术,但至今未形成钛及钛合金型材的生产规范,长期缺乏规范的技术要求和一致的质量检验,致使钛及钛合金型材的产品质量良莠不齐,也缺乏应用市场的竞争力。

      3 结语

    (1)钛合金型材作为一种近终形的半成品零部件,加工余量少结构效益高,综合性能优异,具有很大的市场潜力。

    (2)目前我国民用的部分钛合金型材可以实现国产化,但对服役 条件苛刻的航空、航天用钛合金型材主要依靠进口,易受各种条件的制约。随着我国航空、航天工业的快速发展,对关键件所需钛合金型材的批量生产急需建立稳定的生产工艺,制定统一的生产规范和质量判定的检验要求。

    (3)我国应在已掌握部分简单断面钛合金型材生产技术的基础上,对复杂断面钛合金型材热挤压变形中的润滑条件、金属应变状态和流向行为等进行重点研究。

    (4)近年来,我国在钛合金研制方面热衷于开发新合金拓展新工艺,但对老牌钛合金性能潜力的持续挖掘明显不足,在产品开发升级的过程中会遇到各种难题,对其综合性能的控制也有不足之处。