鈦合金有著與鈦金屬類似的大氣高溫污染(吸收氫氧氮)、強(qiáng)度高導(dǎo)致的刀具壽命短、導(dǎo)熱性差導(dǎo)致的粘刀等等一系列麻煩。
此外,熱加工帶來的金屬相不均勻,晶粒粗大,殘余應(yīng)力,等等,也是鈦合金熱加工的難題。因此,工業(yè)純鈦和鈦合金基材,在國際上基本是自由貿(mào)易,這與高性能碳纖維復(fù)合材料的禁運(yùn)有很大的差異;l然而,買得起未必用得起,正是加工工藝的復(fù)雜,將絕大多數(shù)國家擋在了鈦合金應(yīng)用的門外。
下面,我們來看鈦及鈦合金加工工藝的情況
一、下料切割工藝 鈦及鈦合金制件之前,先要將大塊鈦及鈦合金進(jìn)行初步切割,做下料準(zhǔn)備。鈦及鈦合金的切割,不像一般金屬,很難用火焰方法進(jìn)行,否則高溫污染會(huì)導(dǎo)致材料脆化。因此多用等離子切割、激光切割、銑切來進(jìn)行。但是這些方法,要么是材料容易產(chǎn)生熱應(yīng)力離散變形(如激光切割)、或者成本太高無法滿足大量生產(chǎn)(如離子束切割),要么是殘料率高(如銑切)。因此,人們想出了另一種常溫切割方式:高壓水切割。 水切割,就是水刀,呵呵。以前咱聽說水滴石穿,那可要萬年功夫。這次是水切鈦斷,立等可取啊。 中國航空報(bào)載,沈飛公司工藝研究所的首席專家蒲永偉,對水切割技術(shù)有深厚積累,潛心研究此項(xiàng)技術(shù)的鈦切割應(yīng)用,獲得成功,順利實(shí)施了40~100毫米厚的鈦合金板材切割。由于是常溫操作,切割質(zhì)量好,且其效率是常規(guī)切割方法的50倍以上,材料費(fèi)大大節(jié)約。至今,鈦合金的水切割方式,在國內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)接近10年。
二、鑄造工藝 鑄件加工,需要熔化鈦及鈦合金進(jìn)行澆注。同樣,由于鈦及鈦合金的化學(xué)活性,熔化的液態(tài)鈦及鈦合金,幾乎與所有的耐火材料起反應(yīng)。因此其熔化和澆注必須在惰性氣體(如氬氣)保護(hù)或者真空環(huán)境下進(jìn)行。 國內(nèi)應(yīng)用方面: 中國船舶新聞網(wǎng)報(bào)道,中國在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,掌握和發(fā)展了金屬型、搗實(shí)型、機(jī)加工石墨型,以及氧化物面層陶瓷型殼等鈦合金鑄造技術(shù),可以生產(chǎn)最大直徑達(dá)1500毫米X400毫米,最小壁厚為0.8毫米,單重達(dá)到近800千克的整體鈦合金鑄件,每年鑄造鈦合金用量達(dá)5000噸,具備了鈦及鈦合金精密鑄件的基本生產(chǎn)技術(shù)。
根據(jù)熱加工論壇的報(bào)道:我國航天用鑄造鈦合金的應(yīng)用始于20世紀(jì)80 年代中期,現(xiàn)已有ZTi3,ZTiAl4,ZTiAl5Sn2. 5,ZTiAl6V4,ZTiAl6Zr2MoV等品牌(品牌的第一個(gè)字母Z,代表鑄造)。 2001年,由北航、華中理工研制的ZTC4 鈦合金(即對TC4進(jìn)行鑄造加工后的合金件),利用熱等靜壓和熔模精密鑄造成型技術(shù),研制了某型飛機(jī)用鈦合金精鑄件。該鑄件外型尺寸為630mm ×300mm ×130mm ,最小壁厚2. 5mm ,為復(fù)雜的框形結(jié)構(gòu)。 在以后的生產(chǎn)研制中,無錫科炫特鋼有限公司將對于鈦及鈦合金產(chǎn)品的重點(diǎn)是進(jìn)一步提高高溫強(qiáng)度、再結(jié)晶溫度,改善低溫塑性及提高抗氧化性能,完善生產(chǎn)工藝,擴(kuò)大品種、降低成本,使鈦及鈦合金產(chǎn)品得到更廣泛的應(yīng)用。