當(dāng)前，我國(guó)航空工業(yè)所取得的發(fā)展成就舉世矚目。伴隨著航空工業(yè)的崛起和快速發(fā)展，鈦合金復(fù)雜構(gòu)件的整體化和大型化趨勢(shì)已經(jīng)表現(xiàn)得相當(dāng)明顯，作為有效的應(yīng)對(duì)，研究鈦合金復(fù)雜構(gòu)件精密塑性成形技術(shù)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。鈦合金之所以在航空工業(yè)中倍受青睞，主要是因?yàn)殁伜辖鹁哂心透邷亍⒏弑葟?qiáng)度、低密度、高抗腐蝕性以及能夠焊接處理等優(yōu)點(diǎn)，所以航空飛行器和航天飛行器在提升自身的綜合性能、降低自身重量時(shí)，會(huì)優(yōu)先考慮鈦合金材料。由于鈦合金及其構(gòu)件的合成制作具有相當(dāng)高的技術(shù)含量，因此，鈦合金材料使用數(shù)量的多少目前已經(jīng)成為衡量航空（航天）飛行器先進(jìn)程度的重要指標(biāo)之一。但是為了實(shí)現(xiàn)航空（航天）飛行器總性價(jià)比的最優(yōu)化，需要對(duì)鈦合金的使用比例進(jìn)行必要的控制。當(dāng)前航空航天領(lǐng)域?qū)τ诤娇眨ê教欤╋w行器的總體要求是，安全可靠、使用壽命長(zhǎng)、性能優(yōu)秀、速度高、自重輕，其中降低航空（航天）飛行器的自身重量對(duì)于增加燃料、提高飛行器性能而言是至關(guān)重要的。

鈦合金復(fù)雜構(gòu)件精密塑性成形技術(shù)分析

目前，鈦合金復(fù)雜構(gòu)件精密塑性成形技術(shù)主要包括三種，即粉末冶金技術(shù)、等溫鍛造技術(shù)以及精密鑄造技術(shù)。這三種技術(shù)的鈦合金材料利用率能夠達(dá)到70%至90%的水平，擁有較好的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，并可以實(shí)現(xiàn)凈形生產(chǎn)。因?yàn)殁伜辖鸩牧鲜枪J(rèn)的非常昂貴的材料，并且廢棄材料難以回收和加工，增加了鈦合金材料的加工成本，因此，選擇利用率高的加工技術(shù)是提高鈦合金構(gòu)件性價(jià)比的關(guān)鍵。

1、鈦合金粉末冶金技術(shù)

MLM（金屬粉末注射成形）技術(shù)是當(dāng)前公認(rèn)的優(yōu)勢(shì)最為顯著的成形技術(shù)之一，它屬于近凈成型技術(shù)，在制造高精度、高質(zhì)量的復(fù)雜零件方面擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在制備形狀復(fù)雜的部件方面，鈦合金熱等靜壓粉末冶金技術(shù)相對(duì)比較容易操作，并且制備完成的鈦合金部件幾乎都是凈形，并且其材料性能和原先基于鍛材加工技術(shù)制備的鈦合金構(gòu)件不相上下。并且，利用熱等靜壓粉末冶金技術(shù)固結(jié)的粉末鈦合金能夠?qū)崿F(xiàn)全部程度的致密，不僅微觀結(jié)構(gòu)良好，而且組織均勻、晶粒細(xì)小，沒(méi)有偏析和織構(gòu)問(wèn)題，其性能不低于鍛件水平。

當(dāng)前，外國(guó)的航空航天領(lǐng)域在高性能鈦合金粉末冶金技術(shù)的研究方面已經(jīng)達(dá)到了相對(duì)較高的水平，某些已經(jīng)得到了商業(yè)應(yīng)用。我國(guó)雖然也在鈦合金粉末冶金技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作，但是在高性能鈦合金粉末冶金技術(shù)尤其是關(guān)鍵構(gòu)件的高性能鈦合金粉末冶金技術(shù)方面的研究還要落后于國(guó)外先進(jìn)水平。

2、等溫鍛造技術(shù)

關(guān)于鈦合金等溫鍛造技術(shù)的相關(guān)研究已經(jīng)有三十幾年的歷史，基于此技術(shù)的大型鈦合金鍛件類型也有不下數(shù)十種。資料顯示，目前鈦合金鍛件投影面積最大為0.48平方米。國(guó)外在該技術(shù)的研究和應(yīng)用方面均早于國(guó)內(nèi)，其中一些技術(shù)也頗具代表性，例如，德國(guó)GKSS 研究中心研發(fā)的等溫鍛造加工近 γ-TiAl 合金零件的技術(shù)便是典型代表之一。其他的一些歐美國(guó)家在該技術(shù)的研究方面也取得了一定的成就，并且已經(jīng)具備了成熟的硬件設(shè)施，例如，反饋系統(tǒng)設(shè)備、常應(yīng)變率控制設(shè)備以及溫控設(shè)備等等。我國(guó)在鈦合金等溫鍛造技術(shù)方面雖然起步較晚，但是也獲得了顯著的成就，例如，我國(guó)的寶鋼公司利用等溫鍛造技術(shù)成功試制出了直徑為500毫米的TC17鈦合金整體葉盤和高壓壓氣機(jī)盤。結(jié)果顯示，該鍛件的金屬流線分布合理，并且具備良好的組織和性能。

為了促進(jìn)等溫鍛造技術(shù)獲得更深程度地發(fā)展，在今后的研究當(dāng)中需要重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵技術(shù)：首先，大型件的組織性能控制技術(shù)；其次，復(fù)雜形狀零件的多向加載成形模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)；再次，大型薄壁件整體成形省力技術(shù)；最后，鈦合金零件精密成形金屬流動(dòng)控制技術(shù)。

3、精密鑄造技術(shù)

近年來(lái)，鈦合金精鑄技術(shù)發(fā)展很快，如開(kāi)發(fā)了鈦精密鑄造 + 熱等靜壓 + 熱處理技術(shù)，可保證鈦合金鑄件質(zhì)量接近于 β- 退火的鈦合金鍛件；開(kāi)發(fā)了浮熔鑄造技術(shù)，采用減壓吸引法進(jìn)行鑄造，澆注時(shí)很少產(chǎn)生紊流，基本無(wú)氣泡夾雜，很少產(chǎn)生鑄造缺陷。在美國(guó)，真空壓鑄法作為新的鈦鑄造方法已進(jìn)入實(shí)用階段，這種方法不會(huì)產(chǎn)生鑄件表面污染，質(zhì)量比較穩(wěn)定，也省去了后續(xù)的酸洗工序。

美國(guó)Howmet 公 司、波音公司與美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合進(jìn)行薄壁鈦鑄件的開(kāi)發(fā)，選擇了C-17軍用運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)掛架的鼻帽和防火封嚴(yán)件為對(duì)象，各用一個(gè)整體鑄件取代由17個(gè)Ti-6Al-4V合金鈑金件組成的鼻帽和由多個(gè)零件、緊固件組成的防火封嚴(yán)件。經(jīng)過(guò)努力，目前已達(dá)到 1.27mm 厚度的要求，并在新生產(chǎn)的C-17飛機(jī)中得到應(yīng)用。國(guó)內(nèi)方面，北京航空材料研究院曾成功澆鑄出尺寸為 630 mm×300 mm×130 mm、最小壁厚僅為2.5 mm的復(fù)雜框形結(jié)構(gòu)。

該技術(shù)存在的問(wèn)題，首先，大型鈦合金構(gòu)件將越來(lái)越多地應(yīng)用在易疲勞斷裂的關(guān)鍵部位，但大型復(fù)雜薄壁鈦合金澆鑄時(shí)液態(tài)金屬流將部分造型材料卷入金屬流冷卻后形成的夾雜容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，尤其是鈦合金鑄件中大于 10mm 的縮孔，很難在熱等靜壓中壓扁焊合。其次，熔模鑄造的充型凝固過(guò)程容易產(chǎn)生許多如卷氣、夾雜、縮孔、冷隔等鑄造缺陷，從而影響鑄件性能。最后，雖然真空壓鑄法不存在以上問(wèn)題，但它僅適于制造形狀簡(jiǎn)單的零件，鑄件最大質(zhì)量為18 kg，最大尺寸為61 cm×46 cm×25 cm，一次最多可鑄造12個(gè)零件。

為了實(shí)現(xiàn)降低飛行器自重的目標(biāo)，航空航天工程人員通常采用整體結(jié)構(gòu)形式而非原先利用小鍛件連接成為大部件的方式，此舉在提高飛行器剛性的同時(shí)也顯著降低了飛行器的自重。對(duì)于鈦合金材料而言，因?yàn)楹附与y度較大，采用整體成形技術(shù)使其一次性成為整體構(gòu)件是當(dāng)前航空、航天飛行器用的鈦合金結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，特別是大型、薄壁、復(fù)雜、整體、精密制造技術(shù)更是代表。

相關(guān)鏈接