低成本鈦合金開發(fā)及加工性能改善方式
鈦及鈦合金鈦及鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕好、高溫性能好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋工程、化工、冶金、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及許多國家對鈦材的重新認(rèn)識，相繼對其進(jìn)行研究開發(fā)，并實(shí)現(xiàn)了在多個領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。特別是航空航天、石油化工及造船工業(yè)的飛速發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了各國對鈦材的研發(fā)及生產(chǎn)力度。然而由于鈦材的生產(chǎn)加工特點(diǎn)，其生產(chǎn)工藝復(fù)雜、加工流程長、成品率較低，以致長期以來其成品的成本一直居高不下，大大限制了其在民用領(lǐng)域的使用。為此，低成本鈦合金材料的生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)成為當(dāng)前研究重點(diǎn)。
今天我們就給大家介紹一下工業(yè)中低成本鈦合金開發(fā)思路以及鈦合金加工性能的改善方式：
低成本鈦合金開發(fā)思路
隨著鈦及鈦合金冶金技術(shù)的發(fā)展和科技進(jìn)步，鈦及鈦合金在航空航天、化工冶金、艦船、汽車、建筑、醫(yī)療器械、體育用品中均有廣闊的應(yīng)用前景。但是由于鈦及鈦合金具有高的化學(xué)活性、低的導(dǎo)熱系數(shù)、變形困難、熱處理控制要求高等特點(diǎn)，導(dǎo)致鈦的提取、熔煉和加工都十分困難，使得鈦產(chǎn)品生產(chǎn)成本，價(jià)格昂貴，限制了鈦產(chǎn)品的大規(guī)模應(yīng)用，因此國內(nèi)外對降低鈦及鈦合金產(chǎn)品的制造加工成本進(jìn)行了大量的研究。
圖1 為美國波音公司給出的鈦合金產(chǎn)品的成本構(gòu)成圖。從圖1 可以看出，鈦及鈦合金產(chǎn)品的成本主要來自原料、熔煉和變形加工等環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)鈦合金產(chǎn)品的低成本，必須從原材料與加工制造工藝兩方面出發(fā)。
目前，降低鈦材產(chǎn)品成本的主要途徑有：采用廉價(jià)合金元素替代昂貴的合金元素設(shè)計(jì)合金成分、改善合金加工性能和制備加工工藝設(shè)計(jì)。
改善鈦合金加工性能的方式
改善鈦合金加工性能，主要是通過添加合金元素，一方面改善鈦合金的冷熱變形能力，提高合金的變形能力，提高合金的成材率，從而降低成本；另一方面改善合金的機(jī)械加工性能，使合金機(jī)械加工效率和表面質(zhì)量得到改善，從而降低成本。
目前，為了改善鈦合金加工性能而設(shè)計(jì)成功的鈦合金較多，例如日本的SP700 鈦合金（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe），其具有良好超塑性；日本的DAT52F 鈦合金（Ti -3Al -2V -0.2Si -0.47Ce -0.27La），其具有優(yōu)異切削加工性能；美國的β21s 合金（Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si），其具有優(yōu)異冷加工性能等。SP700 鈦合金通過增加同晶型β 相穩(wěn)定元素Mo、V 元和共析型穩(wěn)定元素Fe 的含量，在達(dá)到降低其相變點(diǎn)的同時提高β相的擴(kuò)散能力從而實(shí)現(xiàn)合金的超塑性，SP700 鈦合金在（770～800） ℃時就能夠呈現(xiàn)超塑性，伸長率可達(dá)2000 %，SP700 鈦合金與TC4 鈦合金相比，其強(qiáng)度和塑性更高、疲勞性能更優(yōu)異、冷熱加工性更好，冷加工率可達(dá)70%；DAT52F 合金加入了稀土元素，使其具有優(yōu)異的切削加工性。
使用合理的加工設(shè)計(jì)可使合金具有良好的加工性能，并可獲得巨大的效益。如美國Timet 公司以Fe -Mo 代替Al -Mo 中間合金研制而成的Timetal62S，其成本為Ti-6Al-4V 的75%～80%，而且具備優(yōu)異的冷熱加工性可用于加工成航空航天鈑金產(chǎn)品。又如采用凝殼爐在放寬氧含量的情況下制備出富氧的Ti-6Al-4V-0.25O，其抗彈能力、力學(xué)性能、可加工性優(yōu)于Ti-6Al-4V，但成本卻較低。
上世紀(jì)70 年代末80 年代出發(fā)展起來的鈦合金熱氫處理技術(shù)是改善鈦合金加工性能一種非常有效的手段，熱氫處理技術(shù)主要是利用氫致相變、氫置塑性和可逆合金化作用，重構(gòu)微觀組織，從而達(dá)到改善鈦合金加工性能的目的。國內(nèi)外都對熱氫處理技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作，但是該技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用較少。
