铸造钛合金范文

铸造钛合金范文（精选12篇）

铸造钛合金 第1篇

钛合金耐蚀性好，耐热性、比强度较高，是应用于航天航空、石油化工、生物医学等领域的重要材料，在尖端科学和高技术方面发挥着重要的作用。旋压技术以其先进性、实用性和经济性在工业各个领域广泛应用。强力旋压被认为是加工钛合金筒形件的有效方法之一，用铸造坯旋压制备钛部件是一种高效、短流程、低成本的制造方法[1]。

2 试验条件

试验材料采用真空自耗电极电弧凝壳炉内浇注的钛合金管坯，管坯内径尴115mm，厚度5mm～18mm。试验在卧式双旋轮数控旋压机上进行，机器参数见表1。旋轮形状为双锥面，材质Cr12MoV，硬度HRC55ㄢ

3 工艺方案及参数的确定

钛合金筒形件旋压变形过程的影响因素很多，主要有：旋压方向、壁厚减薄率、进给比、芯模转速、旋轮工作角及工作圆角半径、芯模与旋轮之间的间隙、多轮旋压时的轮间错距量、旋压温度。

3.1 旋压方向

正旋、反旋各有其优缺点。正旋时旋压力较反旋低;反旋时材料处于三向压应力塑性最佳状态，且旋轮行程短，生产效率高，芯模也可缩短，节约成本。

3.2 壁厚减薄率

减薄率反应工件的变形程度。流动旋压时道次减薄率过大会造成工件畸变增大，表面出现鼓包、裂纹等缺陷;道次减薄率过小则会增加工件厚度上的变形不均使工件精度变差，还能使工件内表面因变形不充分而出现裂纹。有文献认为道次减薄率在20%～30%效果最佳[2,3]。道次减薄率计算公式为：

3.3 进给比

芯模每转一圈时旋轮沿芯模母线移动的距离称为进给比。流动旋压时，进给比对工件直径的缩径和扩径有显著的影响。大进给比有助于缩径，小进给比有助于扩径。过大的进给比容易造成旋轮前材料的隆起和堆积。一般当减薄率较大时，应选用较小的进给比。根据经验，流动旋压进给比可在0.3～2.5mm/r的范围内选取。根据旋压道次及各道次压下量的不同，本试验的进给比在0.3～1mm/r之间选取。

3.4 芯模转速

增加转速有助于提高生产效率，但过高的转速往往会引起机床的振动。根据经验和机床的实际情况，芯模转速选取范围为100r/min～120r/min。

3.5 旋轮工作角及圆角半径

旋轮圆角半径对旋压力、内径精度和表面质量有很大影响，是影响旋压成形过程的重要工艺参数之一。根据经验，对于筒形件旋压，旋轮工作圆角半径取R=(0.4～1.0)t0[3]。旋压生产实践证明，当旋轮工作角较大时，工件贴模好，尺寸精度高，但容易产生材料隆起，造成不利因素;当旋轮工作角较小时，工件贴模性差，扩径大。筒形件旋压工作角的经验数据如下：低硬度材料，取α=15°～20°;中硬度材料，取α=20°～25°;高硬度材料，取α=25°～30°[3]。根据以上因素，分别选取旋轮结构参数为：R/α=6mm/24°、10mm/24°、10mm/28°。

3.6 芯模与旋轮之间的间隙

筒形件强力旋压时，旋压件的厚度取决于旋轮与芯模之间的间隙。一般来说，旋轮与芯模之间的间隙要小于要求的壁厚。一方面旋压工艺系统(设备—芯模—旋轮)在旋压力的作用下会产生弹性变形，造成旋轮相对于芯模的退让;另一方面，由于旋压件在减薄变形后会产生一定的弹性恢复，因此，每道次芯模与旋轮之间的间隙要根据机床性能和现场生产经验调节。

3.7 多轮旋压时的轮间错距量

错距旋压可以在一次旋压行程得到较大的壁厚减薄率，轮间错距量太大或太小都会影响旋压件质量。错距值太大会出现多头螺纹轨迹，影响母线的直线度，甚至使旋压工件产生扭曲失稳;错距值太小时，各旋轮会产生干涉使旋轮承受的旋压力严重不平衡。根据文献[4]，有计算公式：

正旋时：

反旋时：

式中：f———进给比;

t———旋轮与芯模间隙;

R———旋轮圆角半径;

α———旋轮的成形角;

Δt———旋轮的压下量。

根据以上公式计算的最小错距量，本试验错距旋压选取的错距量为5mm～8mm。

3.8 旋压温度

旋压温度是钛合金旋压的一个重要工艺参数。随着坯料温度的升高，变形抗力下降，伸长率随之提高，有利于旋压进行。但是坯料温度过高，会造成坯料与芯模之间温差过大，由于钛合金的导热性差，易造成工件内外表面温差过大，工件容易产生密集型裂纹[5]。因此，要合理控制旋压温度。

4 结果讨论

4.1 表面质量分析

钛合金在旋压过程中由于受到坯料状态、工艺参数等因素的影响，容易出现起皮、裂纹等缺陷。因此，在坯料状态确定的条件下，采用合理的工艺参数可有效防止旋压缺陷的产生。

4.1.1 裂纹：

裂纹是钛合金旋压件常见缺陷之一。引起旋压件裂纹的主要原因有材料缺陷、工艺参数以及变形不均等。铸造管坯中的疏松、气孔和夹杂的缺陷会造成旋压裂纹;工艺参数不合理，道次变形率过大，超过材料的塑性变形能力时也会出现裂纹[6,7];工件温度过高、工件与芯模温差过大，也会产生热应力裂纹。因此，在旋压前应对芯模进行预热，本试验芯模温度为300℃～400℃。

4.1.2 起皮：

金属表面出现鱼鳞状毛刺叫起皮，起皮是钛合金热旋的另一常见缺陷。它与旋压过程中材料的隆起有密切关系。由于旋压过程中旋轮前隆起的材料被压入旋轮下产生折叠，就在旋压件表面产生了鱼鳞状毛刺。毛坯材料在旋轮前形成局部隆起，可用隆起系数ζ示：

式中：t0′———工件变形处的实际壁厚;

t0———工件变形处的名义壁厚。

隆起系数随壁厚减薄率、进给比和旋轮工作角的增大而增大。在其他参数相同的条件下，正旋的隆起比反旋小。另外加热温度过高也容易产生隆起起皮现象，工艺试验表明，旋压温度超过750℃时旋轮前容易产生堆积。

4.2 旋压温度控制

加热温度的高低是影响旋压结果的重要因素之一。管坯加热温度高可以提高材料的塑性，减小旋压变形抗力。但是过高的温度容易使材料组织产生晶粒长大现象，芯模和旋轮在高温下工作也会降低其使用寿命。因此，从材料塑性和旋压力方面来考虑，需要一定的热旋温度;从材料组织和保护设备方面来说，温度又不能太高。试验中采用红外测温仪测量旋压温度，通过工件表面所辐射的红外能量来确定工件温度。实验证明，第一道次旋压温度控制在600℃～700℃是比较适宜的旋压温度。

4.3 旋压件组织性能分析

从不同减薄率的旋压管上采样，分别取纵向和横向截面进行磨光、抛光、浸蚀，然后放在显微镜下观察显微组织形态。旋压后晶粒形状发生显著变化，出现明显的纤维组织。图1所示，从纵向截面看，晶粒被压扁拉长，形成纤维组织。减薄率越大，纤维组织越明显。这是由于旋压后材料在轴向方向伸长，径向受旋轮压力作用，因此，铸态晶粒被逐步压扁拉长。从图1a可以看出，当减薄率为42%时，粗大的铸态晶粒未被完全压碎。由图1b当减薄率超过72%时，铸态组织基本消除。从横向截面看，晶粒沿切向被拉长，径向受到挤压，也形成一定的纤维组织，如图1d，但其远不如纵向纤维组织那样明显。这是由于旋压过程中，旋压件受旋轮切向力的作用，在周向上也产生一定的剪切变形。

随着旋压件微观组织的变化，力学性能也产生一定改变[8]。表2是不同减薄率下旋压件的力学性能。一般来说材料旋压后，强度指标提高，塑性指标降低。从表中可见，旋压件的抗拉强度和屈服强度均升高，断面收缩率和伸长率也提高了30%以上。这是因为经过旋压后晶粒组织细化，终旋温度在500℃以上相当于去应力退火，一定程度上消除了旋压内应力，提高了塑性。

5 结论

(1)铸造钛合金管坯在一定的旋压条件下具有较好的可旋性，能够实现多道次连续旋压。

(2)旋压前对芯模预热，芯模控制在300℃～400℃，开坯旋压温度控制在600℃～700℃，保证工件温度均匀，可避免因温度不合适引起的旋压缺陷。

(3)旋压成形使铸态晶粒在纵向被压扁拉长，形成明显的纤维组织，当减薄率超过72%时，铸态组织基本消除。旋压后材料的强度和塑性指标均提高。

摘要：研究了某铸造钛合金管件的旋压成形工艺,探讨了该钛合金热旋压过程常见缺陷产生的原因,对旋压件组织和力学性能进行了分析。结果表明:该铸造钛合金在一定的旋压条件下具有较好的可旋性,旋压后铸态晶粒被压扁拉长,形成明显的纤维组织,减薄率超过72%时,铸态组织基本消除。旋压后材料强度和塑性指标均有所提高。

关键词：机械制造,强力旋压,铸造钛合金,力学分析

参考文献

[1]杨英丽,郭荻子,等.我国钛旋压技术研究进展[J].航空制造技术,2007,增刊:493-497.

[2]杨延涛.D406A超高强度钢筒形件强力旋压工艺参数优化及工艺数据库研究[D].航天动力技术研究院硕士学位论文,2004.

[3]徐洪烈.强力旋压技术[M].北京:国防工业出版社,1984.

[4]高曙,仇梅香.强力旋压轴向错距的精确计算[J].锻压技术,1994,(5):46-49.

[5]韩冬,陈辉.温度梯度对TA1旋压圆筒质量的影响[J].固体火箭技术,1999,22(1):72-74.

[6]牟少正,韩冬.有色金属旋压技术研究现状[J].航天制造技术,2008,(4):28-42.

[7]韩冬,赵升吨,等.TC4合金复杂型面工件薄壁旋压成形工艺[J].锻压装备与制造技术,2005,40(6):66-68.

钛合金的特性 第2篇

钛合金具有电、磁、声、光、热等方面的特殊性质，或在其他作用下表面处理特殊功能的材料。

1、密度小，比强度高

金属钛的密度为4.51g/cm³，高于铝和镁，而低于钢、铜、镍，但比强度高于铝合金和高强合金钢。

2、弹性模量低

钛的弹性模量在常温时为106.4GPa，为钢的57%，而且与人体骨骼的弹性模量接近。

3、导热系数小

金属钛的导热系数小，是低碳钢的1/5，铜的1/25。

4、抗拉强度与其屈服强度接近

钛的这一性能能说明了其屈强比高，表示了金属钛材料在成型时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。、5、无磁性、无毒性

钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相容性，所以被医疗界所采用。

6、抗阻尼性能强

金属钛收到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。利用钛的这一性能可做音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。

7、耐热性好

新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。

8、耐低温性能好

钛合金TA7，TC4和半TA18等为代表的低温钛合金，其强度随温度的降低而提高，但塑性变化却不大。在-196℃~253℃低温下保持较好的延展性及韧性，避免了金属冷脆性，是低温容器和存储等设备的理想材料。

9、吸气性能

钛是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛的吸气性主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。

10、耐腐蚀性能

钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介子中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介子中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介子中式耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧介子中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械膜层也会很快自愈或重新再生。“卡乐钛制品”经营产品有：

1、建筑装饰用纯色抛光钛板、双色拼接钛板、炫彩钛板、各种花纹彩色钛及钛合金装饰板；蚀刻钛板，精雕各种花纹图像，支持定制。

2、金属钛装饰品有彩色钛壁画与壁饰、各色彩色钛制器皿与餐具、金属钛首饰；

3、定制高端金属钛制名片、标牌、挂牌等；

钛合金企业内部控制 第3篇

关键词：内部控制 风险管理 钛合金企业

1 概述

国内一直高度重视新型钛合金研制，但由于国内钛合金产业起步晚，所以相对于国外存在一定的距离。主要体现在三个方面：①国内很少开展老合金的挖潜研究。②钛的应用技术远远落后于国外。③原创性的钛材料设计与工艺技术偏少，基础研究比较薄弱。因此，要缩短与国外的差距，提高我国钛合金的使用效率，必须降低钛合金的成本，使其不再是昂贵的材料。研究钛合金企业内部控制对于降低生产成本、提高风险管理能力、企业可持续发展具有很重要的意义。内部控制指的是是一种在既定的环境下，企业为了达到既定的目标，充分、有效的使用各种资源的一种内部制约政策和制度。

2 我国钛合金企业内部空调制现状及问题

2.1 内部控制的五要素

企业建立与实施有效的内部控制，应当具有以下五个要素：

第一，内部环境——基础。内部环境是对企业内部影响和约束内部控制的设立和实施的多种因素的总称。

第二，风险评估——重要环节。为了确定风险应对策略，企业必须识别和评估经营管理活动中的风险。

第三，控制活动——具体方式。控制活动就是根据风险评估的结果，结合风险应对策略的方法和手段，确保实现企业内部控制的目标。

第四，信息与沟通——重要条件。为了及时的获取和传递内部控制的信息，就需要内部自身和内部与外部之间沟通要顺畅。

第五，内部监督——重要保证。判断内部控制是否有效进行，是否存在缺陷，这都要靠内部监督。

2.2 内部控制现状及问题

从总体上看，我国钛合金企业内部控制水平低，这主要表现在如下四个方面：

第一，内部控制环境不完善。目前，钛合金企业内部控制环境存在的问题有：

①组织结构不合理

钛合金企业内部有的董事会成员和管理层成员在企业内部身兼几职，造成内部控制的权责不清晰，经营权与管理权没有分离，经营权不能得到有效的控制使用，导致某些成员滥用职权、以权谋私等现象，进而使得企业内部控制环境不断恶化。

②内部审计的作用难以发挥

审计关键是要有独立性，但我国的很多企业虽然设了内审部门，但是这些部门没有自己的独立性，他们的作用就很难以发挥出来。

③不重视企业文化

文化作为一种软实力，是引导、凝聚、激励和自我约束的作用影响和调节人的思维方式和行为方式，使人获得精神动力，并使个体价值与社会价值趋于一致，成为整个内控机制有效发挥作用的基础。但是许多的企业对文化建设没有放在心上，造成内部控制的环境不完善。

④没能合理的运用人力资源

第一，内部控制执行不到位。由于有效的内部控制必须有高素质的员工来执行，因此企业内部控制的成效还取决于企业内员工素质的高低，所以企业应在选拔人才的时候应该对员工素质进行控制。但是很多企业没有制定可持续发展的人力资源政策导致用人不当或者人才流失，使得内部控制执行不到位。

第二，风险管理意识低。由于我国钛合金起步晚，在企业在管理上经验不丰富，引进一些国外的管理理论也许并不适合中国的国情。管理者缺乏风险管理意识，没有一个成熟的风险管理系统，难以承受风险，无法应对突如其来的风险。

第三，控制活动不完善。现今许多企业缺乏明确的授权和分配责任的制度，导致权责不明确，很多滥用职权、徇私舞弊的行为让企业的内部控制无法实施。

第四，不重视内部控制监督。目前很多企业内部控制监督机制效率较低，导致企业内部存在的缺陷并不能及时发现，影响企业的正确高效运转。有的设置了审计监察部门的企业，其内部审计仍然只局限于传统的财务监督，并偏重于纪检监察的角色，不能有效地发挥监督职能。

第五，内部信息沟通不畅。当企业没有有效的信息反馈机制，内部信息沟通就不顺畅，这使得领导层无法及时得知很多工作中的实际情况，违规的行为无法得到立即纠正。

3 我国钛合金企业内部控制问题的成因分析

3.1 二元控制主体矛盾导致内部控制产生了漏洞

企业所有权和经营权二权分离，其中所有者是控制的主体，而拥有经营权的经营者是被控制的。一方面所有者对企业有最终控制权，经营者的薪酬也是由所有者决定的；另一方面在实际的经营过程中经营者实质上拥有对企业的控制权，所有者依靠经营者实现企业价值的提升和自身资产的增加，所以两者之间又是相互制约的，矛盾却共存，二元控制主体之间存在的这个矛盾致使内部控制产生了漏洞。

①内部控制全责分别不清晰。现代企业的健康发展的前提和保证是两权分离。内部控制本该体现所有者自身的意志，但事实上对企业实施控制权的是经营者。这势必会面临经营者的道德风险，道德风险产生的后果难以避免，进而导致审计职能丧失，会计信息被经营者控制，最后控制失效等等。

②内部控制不足也跟企业所有者意识被掩盖有关。内部控制是控制主体意志的体现，经营者控制了企业的经营和运作，会计信息是所有控制公司的唯一信息来源，可会计信息又是经营者所编制出来的，所以所有者的主体意识被弱化，并导致内部控制的作用弱化。

③内部控制存在目的上的对立，这是由于所有者和经营者自身的利益矛盾而造成的。企业的所有者注重企业的长期发展，而企业的经营者注重短期利益，二者的目标对立，导致内部控制的目的对立。

3.2 计划经济的思想仍在企业延续，导致内部控制得不到重视

在1978年改革开放以前，中国实行的都是计划经济，政府包办一切是计划经济的特点，改革开放以后，市场经济逐步建立，政企分开，但是仍然受到计划经济的影响，企业的内部控制得不到重视。

3.3 监督机制弱化对内部控制产生消极影响

企业在管理和经营的活动中受到的约束很多来自于企业外部。但由于不同的部门有不同的监督机制，造成监督机制难以整体化，这就弱化了监督机制。

①财税审计和银行等是社会上的监督机构，他们在执行自己监督职能之时都只依照自己的意愿和需求，造成监督机制的松散化，这种松散的监督机制对企业的约束能力大打折扣。

②审计具有一些重要职能，比如独立监督和公正职能，但是这些职能都没有被重视，审计未形成一定的规范，法制化也不健全，审计的经常化也被忽略了。对于所检察出来的问题，大多讲人情，能免除处罚就免除处罚，降低了执法的效果。

3.4 内部控制难以协调也归结于企业文化和内部控制者自身素质不足

很多企业并不重视自身的文化，不能良好的执行制定出来的规章制度，企业制度与文化不能结合起来。一个企业没有自身优秀文化，单纯为了控制而进行控制的效果肯定是不如人意的，企业有一点小小变动，企业都有可能变为一盘散沙。

企业管理者自身的素质和文化有很强的相关性。高素质的管理者才能带领建立优秀的企业文化。员工的素质也是企业文化建设的基础，所以，必须重视员工素质培养。但现实中对员工的培养是不尽人意的。企业的管理者的一些短期行为，造成对职工素质提升的忽视；有的企业效益不佳，没有足够的资金支持员工培训，这又会使得企业的绩效下降，导致一种恶性循环；教育的手段也存在问题，大多教育只重视道德和企业制度，忽略了法制，舍本逐末；管理措施不力，无法对企业管理者，审计人员和财务人员进行有效的激励。

4 我国企业内部控制完善措施

4.1 完善企业内部控制环境

①规范组织结构

企业应该积极地引入外部董事或独立董事制度，避免董事会成员和管理层成员重叠，确立董事会在内部控制体系的核心地位，提高董事会科学决策和内部监督的能力。

②加强企业文化建设

企业要加强企业文化建设的意识，加强企业文化的宣传力度，使企业每位员工知道企业文化是什么？企业文化会给企业带来什么好处？只有重视企业文化的建设，企业的内部控制才能够得到完善。

4.2 加强控制活动完善

企业应该分离不相关的各个岗位，分别明确他们的职责，责任要详细落实到部门之间和人员之间，发现问题马上追责。为了让所有业务都能恰当并且真实的完成，杜绝员工对职权的滥用和徇私舞弊，有效的进行内部控制，我们必须对一些关键的环节进行单独严格的稽查。

4.3 重视内部控制监督

重视并加强内部控制的监督。对严重违反法规的企业要按照有关规定及时处理；加强独立审计对内部控制的监督。独立审计能使管理者更加重视内部控制，能指导企业对内部控制进行优化。

4.4 风险管理方法

识别和评估完存在的风险以后，我们应该对风险进行有效的管理，而风险管理的方法有：

①规避风险

有效的采取风险规避策略，不能消除风险，便使得风险带来的损失最小化。

②预防风险

采取积极有效的风险预防措施，减少和杜绝风险的发生。

③转移风险

为了避免企业受到风险的侵害，在风险将要发生之前，将其利用出售、转让、保险等一些方法，转移存在的风险。

综上所述，相较于国外，我国钛合金产业虽然起步比较晚，但只要改善内部控制环境，规范企业治理结构，建设企业文化，提高风险管理意识，加强企业内部控制，仍然有望为我国钛及钛合金的生产和研制降低成本。

参考文献：

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[2]Maijoor，S.The internal control explosion[J].International Journal ofAuditing，2000.

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[4]SEC.Final Rule： Managements Report on Internal Control over Financial Reportingand Certification of Disclosure in Exchange Act Periodic Reports.2003.

[5]张宜霞.内部控制——基于企业本质的研究[M].北京：中国财政经济出版社版，2005.

[6]施先旺.内部控制理论的变迁及其启示[J]审计研究，2008（6）.

铸造钛合金 第4篇

1 实验过程及方法

1.1 静力性能

ZTC4铸造钛合金的化学成分见表1。采用如图1所示的试样进行静力性能测试,所有试样均从材料的纵向取样,实验方法按HB5143—1996[11]执行,其静力拉伸性能见表2。

表1 ZTC4的化学成分(质量分数/%)Table 1 Chemical composition of ZTC4(mass fraction/%)

图1 室温静力性能试样Fig.1 Room temperature tensile property test specimen

表2 ZTC4拉伸性能Table 2 Tensile property of ZTC4

1.2 疲劳S-N 曲线测试

将ZTC4铸造钛合金加工成图2所示的疲劳板材试样,应力集中 系数Kt=1。分别进 行应力比R=0.06和R= -1的疲劳S-N曲线测试,实验方法 按HB5287—1996[12]执行。

图2 疲劳试样(Kt=1)Fig.2 Fatigue specimen(Kt=1)

采用成组法测试了两个应力比的S-N曲线(见图3),每条曲线采用三级应力水平,每级应力水平15个试样,并采用升降法测试107循环寿命对应的中值疲劳极限,疲劳极限测试12~15个试样,共测试了120个试样。

图3 两种应力比的 ZTC4疲劳S-N 曲线Fig.3 Fatigue S-Ncurves of ZTC4at two stress ratios

1.3 疲劳断口扫描电镜分析

观察图2所示的试样疲劳断口发现,95%以上的疲劳裂纹起始和扩展都位于试样中部截面的边缘处附近 (见图4)。裂纹主要萌生于铸造引起的夹杂处,其尺寸在20~70μm之间,距表面的深度在50~800μm之间(见图5)。在裂纹扩展区观察到疲劳辉纹,能看到清晰的疲劳条带,且存在少量的二次裂纹。由夹杂引起的疲劳断裂试样个数占53%,由疏松、缩孔和微裂纹等引起的约占47%。

图4 疲劳裂纹萌生及扩展示意图Fig.4Schematic diagram of fatigue crackinitiation and propagation

对试样断口扫描电镜分析发现,16%的疲劳断裂是由疏松引起的(见图6),裂纹源主要萌生于铸造引起的疏松处,并形成一 种光学暗 区 (Optically DarkArea,ODA),距表面500~1000μm;裂纹扩展区可以观察到清晰的疲劳条带和明显的二次裂纹。

除夹杂与疏松作为裂纹源外,还有部分疲劳断裂是由缩孔和微裂纹引起的(见图7),裂纹源距表面的深度在200~1200μm之间。裂纹扩展区可以观察到清晰的轮胎花纹(疲劳辉纹),疲劳断口由疲劳裂纹源区、疲劳裂纹扩展区以及瞬断区三部分组成。裂纹在试样自由表面或靠近表面的地方形成,近裂纹源处裂纹呈放射状;其后随着裂纹的扩展,裂纹逐渐稀疏,扩展速率加快;瞬断区的断口形貌跟静载断裂相似,形成不平坦的粗糙表面。

图5 ZTC4夹杂疲劳源SEM图像(a)试样1;(b)试样2;(c)试样3Fig.5 SEM images of ZTC4fatigue origins caused by inclusions(a)specimen 1;(b)specimen 2;(c)specimen 3

图6 ZTC4疏松疲劳源SEM图像(a)试样4;(b)试样5Fig.6 SEM images of ZTC4fatigue origins caused by porosities(a)specimen 4;(b)specimen 5

图7 ZTC4缩孔、微裂纹疲劳源SEM图像(a)试样6;(b)试样7Fig.7 SEM images of ZTC4fatigue origins caused by shrinkage cavities and microcracks(a)specimen 6;(b)specimen 7

根据扫描电镜分析结果和统计分析,铸造夹杂、疏松、缩孔等缺陷的 众数约为50μm,距离厚度 表面的众数为700μm(见图8和图9)。因此在后面的预测模型中 将初始缺 陷的尺寸 假设为50μm,深度为700μm。

2 平板中内嵌椭圆裂纹的应力强度因子解

在ZTC4试样的断口分析中,发现有一部分初始缺陷形式如Crack A(见图10)(图中a和b分别对应椭圆的长、短半轴)。也有一部分初始缺陷形式如Crack B所示,横轴不平行于试样的厚度表面,这种缺陷几何在工程实际构件中也是大量存在的,对Crack B采用等效简化计算方式(见图11)。由图11可见,,其中a,b,α的定义见图10。

图8 ZTC4初始缺陷尺寸统计分布Fig.8 Statistical distribution of ZTC4initial defect size

图9 ZTC4初始缺陷深度统计分布Fig.9 The statistical distribution of ZTC4initial defect depth

图10对应的应力强度因子求解是十分复杂的,目前较通用的方法是利用有限元分析求解,但是有限元方法耗时,计算效率 较低。本文应 用Isida和Nogu-chi[13]的应力强度因子解来进行分析。

图10 裂纹几何Fig.10 Crack geometry

图11 Crack B的等效简化计算Fig.11 The equivalent simplified calculation of crack B

简化后椭圆裂纹的长短轴端的应力强度因子计算公式见式(1):

式中:F为形状函数,最大应力强度因子发生在短轴的下端点[13],即靠近表面处,将其形状系数记为FB,而在长轴端的系数记为FA。

式中:;d的定义见图10。

3 疲劳裂纹扩展数据

采用基于小裂纹理论的疲劳全寿命预测方法[2],利用Fastran II软件[5]和Isida、Noguchi的应力强度因子解[13,14]对ZTC4铸造钛合金的疲劳寿命进行预测。该预测方法是根据恒幅载荷下的长裂纹扩展实验数据,基于裂纹闭合模型获得裂纹扩展速率da/dN与有效应力强 度因子ΔKeff间的关联,长裂纹的 (da/dN)-ΔKeff裂纹扩展速率曲线为基础,假设在第一个载荷循环时裂纹就开始扩展,预测从初始裂纹(缺陷)尺寸直至断裂的疲劳寿命。

为了获得长裂纹扩展基线,实验中采用中心裂纹拉伸试样(CCT试样),试样形式见图12所示 (厚度为4mm),分别进行了R=0.5,0.06和-1的长裂纹扩展实验,扩展速率数据见图13。利用Newman裂纹张开应力公式[15](式(4))进行(da/dN)-ΔKeff裂纹扩展速率关联(见图14)。

图12 室温裂纹扩展试样形式Fig.12 The specimen for room temperature crack growth test

图13 ZTC4疲劳裂纹扩展速率(da/dN)-ΔK 数据Fig.13 Fatigue crack growth rate(da/dN)-ΔKfor ZTC4

式中:Smax为最大应力;R=Smin/Smax为应力比;Sop为裂纹张开应力;A0,A1,A2,A3是应力状态约束系数α和Smax的函数,由下式给出:

图14 ZTC4疲劳裂纹扩展速率(da/dN)-ΔKeff基线Fig.14 Fatigue crack growth rate(da/dN)-ΔKeffbase line for ZTC4

4 含缺陷试件的寿命预测

4.1 典型缺陷试件的寿命预测

从试样的宏观断裂位置看,疲劳破坏多发生在靠近试样中心截面的边缘处附近。微观分析发现,裂纹源大多萌生于夹杂、疏松等铸造引起的缺陷处。根据扫描电镜分析结果和统计分析,铸造夹杂、缩孔等缺陷的众数尺寸a=b=50μm,距离厚度表面的众数深度d为700μm。因此在预测模型 中将初始 缺陷的尺 寸a和b假设为50μm,深度d为700μm。采用图14中(da/dN)-ΔKeff裂纹扩展速率曲线对ZTC4铸造钛合金试样(见图2)进行疲劳寿命预测,预测结果与实验结果的比较分析见图15。由图15可见采用基于小裂纹理论的条带屈服裂纹闭合模型进行疲劳寿命预测,其结果与实验结果吻合较好。

图15 S-N 实验曲线和寿命预测结果的比较Fig.15 Comparison of S-N curves and life prediction results

从寿命预测结果看,采用基于小裂纹理论得到的预测结果与实验结果吻合较好。这也表明以气孔、夹杂等微观缺陷的尺寸作为初始裂纹的长度,即把材料中的微观缺陷当做一个已经存在的微裂纹是比较合理的。在利用小裂纹理论和Fastran预测疲劳寿命时,初始缺陷尺寸和深度对疲劳寿命存在一定影响。下面从ZTC4疲劳试样的断口统计分析中,选取一定的特征初始尺寸和深度值,来定量分析其对疲劳寿命的影响程度[16]。

4.2 初始缺陷离表面距离的影响

Fastran II在进行疲劳寿命计算时,初始缺陷离表面的距离对最终的结果会产生一定影响。文献[14]指出,对于图10的Crack A,当d/b较小时,初始缺陷对应的应力强度因子值可以按照表面裂纹的应力强度因子值进行计算;当d/b较大时,则可以按照内埋椭圆裂纹的应力强度 因子值进 行计算。本 文计算了R=0.06,Smax=630MPa,a=b=50,75μm和100μm时,d取不同特征深度对寿命预测值的影响,结果见图16。

图16 初始缺陷位置对预测的 ZTC4疲劳寿命的影响Fig.16 Influence of initial defect location onpredicted fatigue life of ZTC4

由图16可见在给定初始缺陷尺寸的情况下,当d/b较大时,试件寿命趋于某稳定值,几乎不受d变化影响;而在靠近表面附近时,深度d减小会明显增大应力强度因子,使试件寿命变短。此预测结果表明,缺陷越靠近表面越会显著降低疲劳寿命。

4.3 初始缺陷尺寸的影响

在基于小裂纹理论的疲劳全寿命预测中,把材料初始缺陷尺寸设定为寿命预测的起点,即初始裂纹长度。由于疲劳寿命主要消耗在裂纹尺寸很小的阶段,因此初始裂纹长度对疲劳寿命具有显著影响。本工作针对ZTC4疲劳试样(见图2),分析了ZTC4铸件中的初始缺陷尺寸对寿命预测值的影响,结果见图17。该图表明,在给定初始缺陷位置的条件下,预测的疲劳寿命随着初始缺陷尺寸的增加急剧降低。

5 结论

(1)ZTC4铸造钛合金的疲劳裂纹大多萌生于气孔、夹杂等铸造缺陷处。众数缺陷尺寸为50μm,距离厚度表面的众数深度为700μm。试样疲劳断裂是由试样本身存在的铸造缺陷引起的,绝大部分的试样断裂机制呈现多源性疲劳断裂的特征。

图1 7 初始缺陷尺寸对预测的ZTC4疲劳寿命的影响Fig.17 Influence of initial defect size on predicted fatigue life of ZTC4

(2)基于小裂纹理论,采用修正的条带屈服裂纹闭合模型,预测得到的ZTC4疲劳寿命与实验结果吻合较好。在给定初始缺陷尺寸的情况下,预测的ZTC4疲劳寿命随着初始缺陷位置距离表面深度的增加而增加。在给定初始缺陷位置的条件下,预测的疲劳寿命随着初始缺陷尺寸的增加急剧降低。

摘要：铸造钛合金ZTC4在飞机和航空发动机上应用日益广泛。深入研究ZTC4疲劳全寿命预测方法,旨在为航空构件的损伤容限设计和寿命预测探索新的途径。本文以宏观和微观结合的手段,采用板材试样的高周疲劳试验、中心裂纹试样的长裂纹扩展试验和扫描电子显微镜(SEM)的断口分析等三种试验,研究了ZTC4在室温恒幅载荷条件下的疲劳断口特征和裂纹扩展行为;对引起疲劳失效的主要原因-材料初始缺陷(夹杂或气孔)进行了定量表征;基于Newman裂纹闭合模型建立了ZTC4长裂纹的(da/d N)-ΔKeff基线数据;通过对平板内埋椭圆裂纹的断裂力学分析,从基于微观结构和断口分析统计确定的初始缺陷尺寸出发,对ZTC4在恒幅载荷条件下两种应力比的疲劳全寿命进行了预测和实验验证,得到了具有较好学术意义和工程应用价值的研究结果。

钛合金加工中的安全问题 第5篇

钛合金加工中的安全问题

铋合金具有耐高温性能好、优越的抗蚀性、重量轻、与其他金属兼容等特点,因此,广泛被应用于制作各类先进客机的结构件和非结构件.但钛合金导热性差,切削加工时易产生粘刀现象,由此给钛合金的`加工带来了一些麻烦.本文就钛合金加工过程中可能带来的着火、燃烧问题及其预防措施谈谈笔者的看法.

作 者：韩德兴 作者单位：鲲鹏航空有限公司刊 名：航空维修与工程 PKU英文刊名：AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING年，卷(期)：2008“”(3)分类号：V2关键词：

我国钛合金企业文化建设 第6篇

关键词：钛合金企业 企业文化 价值观

随着钛合金应用的广泛以及钛合金技术的成熟，我国钛合金企业有了较大的发展。然而要想使企业得到长足发展，必须有先进的企业文化作为指导。通常成功的企业都具有优秀的企业文化，并且通过不断加强企业文化建设来增强企业核心竞争力。我国钛合金企业要想在激烈的市场竞争中获得优势地位，重视和建设优秀的企业文化，使其发挥相应作用尤为关键。

1 企业文化对于钛合金企业具有重要意义

1.1 重视企业文化，构建优秀的企业文化，可以提高员工对于企业的认同感。优秀的企业文化包括企业的精神文化、物质文化以及行为文化等，这些优秀的思想理念对于企业内部员工，以及外部发展具有深远影响。员工进入企业最先接触到的就是企业文化，它不仅伴随着员工工作的每一天，甚至在其离开企业之后仍然影响其行为以及思想。对于企业来说，构建企业文化的过程就是培养员工的过程，先进的企业文化必须能够加强员工对于企业的使命感、认同感和责任感，从而促进企业的全面发展。

1.2 企业文化对钛合金企业深化改革具有重要的意义。目前，钛合金加工企业正在快速发展与不断改革当中。企业文化与企业的经营管理理念密切相关。在企业改革过程中，应重新明确企业的经营管理理念，做出合理规划。一套行之有效的企业改革规划可以发挥出企业文化对于企业的指导作用，使得企业发展目标更加明确，对企业未来的发展起着不可忽视的作用。

1.3 企业文化对于我国钛合金企业塑造良好形象以及培养企业精神具有重要意义。优秀的企业文化经过长期的积淀与改进，将会在企业的内部引起一系列反应，不仅能够约束与激励内部员工，树立良好的形象员工，甚至影响整个企业社会形象。通过企业文化对于内部员工形成指导作用，引领员工在企业文化氛围下积极创造与生产，从而更加丰富企业文化内涵，形成良性循环。

2 钛合金企业文化建设

2.1 价值观建设。价值观是企业文化建设的核心，以往企业的价值观主要调整企业与客户、企业与员工之间的关系。随着国际化与市场化程度的加深，中国产品自主技术所占比例低以及环境问题、公众利益这些往往被忽略的问题，逐渐引起人们的关注。为了适应时代的潮流，企业在文化建设中必须调整价值观。

2.1.1 重视钛合金技术的自主研发能力。经过多年的研究开发，我国的钛合金研制取得了一定的进步。在研制出的70余种钛合金中，有50多种被列入国家标准的钛及钛合金牌号。而我国形成的五大钛合金系列包括：①适于不同环境的耐蚀钛合金系列；②具有不同使用温度的高温合金系列；③具有不同屈服强度的船用钛合金系列；④医用钛合金；⑤抗拉强度与塑性、韧性匹配的结构不同钛合金系列。同时，在钛合金加工技术方面也取得了不少突破。真空电弧熔炼得到广泛应用，并且已引进了电子束冷床炉和等离子冷床炉，已具备制备洁净铸锭的能力和大量回收残料的能力。

虽然我国钛合金技术有了较大发展，研究水平与国外接近，但是与美、俄等大国相比，我国钛合金技术仍然存在较大差距。其中包括这些方面：①老合金挖潜研究较落后；②钛的应用程度较低，尤其是军事用钛的比例远远低于国外；③大型钛合金熔炼技术和装备缺乏；④研究基础薄弱，原创性的材料和工艺设计少。

因此，重视钛合金技术的自主研发能力是钛合金企业立足的基础与突破点。将其作为一种价值观注入企业文化当中，并使企业员工牢牢记住，不断的发扬与传承，才能够使企业在发展中更加的稳固。

2.1.2 降低能耗，绿色生产。

近年来，环境问题越来越严重，不仅得到公众的关注，国家也十分重视。而响应国家政策号召，降低成本，创建生态和谐型企业，“节能降耗，绿色生产”的价值观对于钛合金企业的发展尤为重要。

“节能降耗，绿色生产”具有重要意义。对内，可以促进企业发展方式的转变，降低能耗，节约成本；对外，可以减少污染，降低我国能源损耗，促进经济与环境和谐发展。

在具体实施中，应注意强化观念管理，要将节能减排的观念融入到企业文化当中，深入到每个员工的工作流程甚至生活当中。同时，重视技术研发，改进流程与工艺，从基础层次进行节能。另外，建立一套合理的激励机制，鼓励员工从自身做起进行能耗控制，并且鼓励员工创新性，为企业的节能减排工作提供有价值的建议。

2.1.3 以人为本的价值观。在企业的发展中，员工是不可缺失的重要元素。一方面员工通过为企业提供劳动力，使企业能够顺利运行，另一方面在不断的工作与学习当中为企业提供优秀的智力价值与发展理念。因此，在企业文化建设中，应重视员工的文化建设以及员工的文化传播能力。

在企业文化中，加强以员工为本的观念，使员工切实融入到企业当中，时刻关注员工的工作与生活难题，并且提供文化设施以提高员工的文化内涵。另外，让员工系统学习企业的创建发展历史以及企业的经营管理理念，增强员工对于企业的认同感。在企业文化建设中，应激励员工积极提供建议以及改进方案，发挥人才作用。

2.2 企业的品牌建设

市场化日益加深的今天，品牌塑造无疑是企业关注的重点。品牌是产品策略中至关重要的环节，是企业重要的无形资产，更是企业文化的重要内涵。一个品牌的成功塑造不仅可以促进产品的销售，而且可以提升企业的市场竞争力。因此在企业文化建设中，品牌建设不容忽视。

从表面看，品牌只是一个符号，但是往往越简单的东西越是具有深刻的内涵。一方面，品牌作为一种无形资产，是企业信誉度以及经济实力最有力的体现。从一个品牌中，我们可以看到它所代表的企业凝聚力，更能从中发现企业发展过程中不断涌动的创新力和创造力，而在其不断积累中，形成良好的信誉以及带来巨大的经济价值；另一方面，品牌对于企业的发展至关重要，良好的品牌形象是吸引消费者的注意的首要因素，可以让消费者将自己的喜好与企业的经营理念相结合，并且随着产品形象的加深成为其忠实拥护者。而强烈的品牌认知度和较高的忠诚度，在为企业带来广泛的消费群体的同时也增加了企业的无形价值。

一个品牌是否能够吸引消费者，并且成功打动消费者，所依靠的并不是品牌的外在形象，而是品牌的文化底蕴。更重要的是，正是因为品牌本身的文化内涵才能将品牌与企业紧密联系在一起，并且使其区分于其他企业。

品牌代表了企业的文化与内涵，同时也凝聚着企业的管理理念与思想。一个成功的品牌，不仅蕴含着丰富的市场信息，而且融合了各种需求、价值以及文化。在塑造品牌的过程中，钛合金企业应该从自身发展目标出发，整合相关管理体系，提炼出企业的品牌文化。消费者通过对品牌的认知，产生的不仅是对产品的感性认识，更是对企业文化的理性识别，对企业经营发展所体现的文化与理念的诉求和认同。

2.3 企业的社会责任。很多企业非常重视企业文化，但是其出发点往往是企业自身的经济效益，很少将社会责任纳入到企业文化体系的构建当中。从表面上看，社会责任与企业文化的建设风马牛不相及，其实不然，社会责任在企业文化构建中发挥着重要作用，是企业和谐发展，最终能够做大做强的重要途径。

企业积极承担社会责任一方面可以增加企业文化对内的凝聚性和向心性，另一方面可以使企业文化对于企业发展的导向作用更加明确。而加强企业的社会责任感还可以不同程度上对企业文化的激励功能起到增强的作用。另外企业的社会责任理念丰富了企业文化的内涵，优化了企业的文化建设，并且使其更加的融合。

钛合金企业应该承担相应的社会责任，并且重视社会责任，不能流于表面。这就要求企业在发展过程中，经济效益与社会效益和谐发展，将社会责任的内涵深深融入到企业文化中，发挥时代精神以及企业的历史使命。企业的社会责任包括对内部的企业员工以及股东负责，对外部的客户、公众以及社会环境负责。钛合金企业在社会责任的履行过程中，应制定出一个详细的规划，既不有损于企业经济效益的发展，又要具备一定的社会效用。同时要对实施效果进行定期的评估与改进。

3 结束语

钛合金企业的长远发展离不开企业文化的建设，要重视企业文化，更要制定出一项合理的企业文化发展策略，并且坚定有效地实施下去。除了价值观建设、品牌建设以及重视社会责任外，企业的文化建设还有更多内涵以及方法，这需要企业不断吸收其他企业的成功经验，并且在自身的文化建设中不断的探索与改进。相信优秀的企业文化必将成为我国钛合金企业成长的垫脚石。

参考文献：

[1]王吉鹏.企业文化建设[M].企业管理出版社，2010-07.

[2]黎群，李卫东.中央企业企业文化建设报告[M].中国经济出版社，2013-01.

[3]王丽.铜加工企业文化建设战略思考[J].中国金属通报，2012（39）.

[4]潘冬冬.电力企业文化建设与发展策略研究[D].天津大学，2012.

铸造钛合金 第7篇

1 材料与方法

1.1 试件的制备

制作规格为60 mm×40 mm×1 mm、 60 mm×20 mm×1 mm的有机玻璃板作为实验所需纯钛板的熔模,常规安插铸道,磷酸盐包埋料(BEGO,Germany)有圈包埋,使用国产Lz- II型牙科铸钛机(第四军医大学口腔医学院和洛阳涧西轻工通用机械厂联合制造) 加入纯钛棒(西安航天博城新材料有限公司生产)离心铸造,50 μm Al2O3喷砂除去表面氧化层,切去铸道, 240～800 目水砂纸表面抛光。将铸造好的纯钛板用蒸馏水超声清洗10 min,根据焊缝宽度的不同分为0.00(无缝焊接)、 0.25、 0.50 mm焊缝组,以塞尺的厚度确定焊缝宽度,并固定在夹持器上,然后取下塞尺片。每组需规格为60 mm×20 mm×1 mm的纯钛板2 个, 60 mm×1 mm的面作为焊接面;对照组规格为60 mm×40 mm×1 mm的纯钛板1 个,不作处理。试件固定好后使用DESKTOP型激光焊接机(HGL- LWY60 武汉)焊接。激光焊接机工作参数:工作电压290 V,光斑直径0.5 mm,脉冲2.0 Hz,脉宽2.0 ms,重叠率2/3,纯钛焊丝双面焊接,氩气保护。焊接后同对照组使用慢走丝线切割机每组切出6 个哑铃形试样(图 1),2000 目水砂纸表面抛光。

1.2 实验测试

观测所有焊件外观及焊接区形貌,并对试样做X线探伤检查,剔除试件内部有不连续等铸造缺陷的试件。对合格试样进行拉伸试验,以激光干涉应变计测量应变(图 2)。在试样试验段上用微硬度计压2 条平行的标记线,间距为6 mm,位于试验段中央,将试样固定到拉伸试验机上(Instron 5848, America)。拉伸过程中,激光干涉应变计发射的激光束照射在标记线上,从标记线反射的激光会形成干涉条纹。随着试样的伸长,干涉条纹将移动,通过测定干涉条纹的移动量,就可测得标记线间的应变,再结合该时间点的载荷计算出应力,获得试验段拉伸应力-应变曲线。拉伸试样至试样断裂,记录最大载荷并按下式计算抗拉强度和延伸率, 观察试验段局部截面缩减的现象即颈缩情况的变化[11]。

抗拉强度(MPa)=最大载荷(N)/试验段原截面积(mm2)

延伸率(%)=(试验段拉伸后长度-试验段原长度)/试验段原长度

2 结果

拉伸试验抗拉强度结果如表 1所示,0.00、 0.25、 0.5 mm焊接组的抗拉强度分别为(492.16±33.19) MPa、 (488.09±43.18) MPa、 (558.45±10.80) MPa与母材组的抗拉强度(532.15±11.62) MPa相比,差异无显著性(P>0.05)。无缝焊接组与0.25 mm焊缝焊接组拉伸过程中颈缩不明显,0.5 mm焊缝组与母材组拉伸过程中有明显的颈缩(其中一小试样因实验失误被排除)。图 3为纯钛母材试样拉伸应力、应变曲线,图中所示O为坐标原点,A点为屈服点,B点为极限强度点,C点为断裂点;OA段为弹性形变期,即试件变形后能完全恢复原状;AC段为塑性形变期,即变形后试件就不能恢复原状;BC段为颈缩期,即试件塑性变形集中区域。从图 3可见纯钛母材为典型的塑性材料,塑性变形期均匀、平坦,延伸率均值为19.60%。图4～6为不同焊缝距离焊接组试件拉伸应力、应变曲线,试件的变形过程同母材试样(图 3),但焊接组试件较母材塑性变形期缩短,延伸率下降。

3 讨论

随着临床钛义齿的广泛应用,焊接需求也在不断地增加,激光焊接因效果好、操作简单,已成为临床义齿加工不可缺少的技术。焊缝材料的强度对焊接后义齿性能的影响是我们最为关心的问题,而焊缝距离是影响焊缝强度的重要因素[12,13]。由于激光焊接区宽度最小可达到几十微米,其性能已不是块状材料的性能,因此对激光焊接焊接区的研究应结合其薄膜材料性能。本研究选用激光干涉应变计法进行拉伸试验,准确得出焊缝薄膜材料拉伸应力、应变曲线,确保实验的准确性。另外,同组小试件取自同一焊接试件或母材,降低了实验组内误差,确保了实验的精确性。

实验结果显示,随着焊缝距离的增加,实验组与母材抗拉强度差异无显著性,说明焊缝宽度的变化对焊缝材料拉伸强度影响不大,这与以往多数学者的研究结果相近[14,15]。但是对于焊缝薄膜材料力学性能的描述不能单纯依靠抗拉强度来判断,还需要结合其可能的塑性变形情况和延伸率来分析。特别是由于焊接区材料的薄膜特性,还应结合焊缝薄膜材料的应力、应变曲线进行分析。

本研究中焊缝薄膜材料拉伸应力、应变曲线显示,随着焊缝距离的增加,焊接组试样的塑性变形量与延伸率呈增加趋势,但均低于母材[16]。图3为母材的拉伸应力、应变曲线,拉伸过程为先经过弹性形变阶段即外力撤消后,试件变形能完全恢复原来形状。继续加载则试件进入塑性变形期,变形后试件就不能恢复原状。最后,在试件塑性变形集中区域出现颈缩,载荷、应力随变形量的增大而降低,直至试件最后断裂。母材塑性变形期均匀、平坦,属于典型的塑性材料。焊缝为0.00 mm与0.25 mm焊接组拉伸过程为先经过弹性形变、均匀塑性变形、断裂。塑性变形期(AC段)较母材组缩短,没有出现明显颈缩。研究结果说明,焊接过程中焊缝间隙较小时,塑性变形期较母材组缩短,材料的脆性增加,容易出现脆性断裂。虽然0.50 mm焊缝焊接组拉伸应力、应变曲线(图 6)与母材相似,但其塑性形变期不及母材均匀、平坦。另外,如果修复体焊接时焊缝距离保持在0.50 mm,会造成焊接区域的变形较大从而影响焊接精度。如复杂义齿的制作,为了提高铸造精度,采用分段铸造然后焊接形成整体。运用激光焊接可以克服铸造过程中支架的收缩变形,但是如焊缝距离较宽,又会因激光焊接产生新的变形从而影响修复体的完成。而且焊接过程中0.50 mm的焊缝距离很难操作,所以在实际焊接过程中建议焊缝的距离不大于0.50 mm。

4 结论

焊缝距离的变化对激光焊接纯钛的抗拉强度影响无统计学意义,因此临床义齿焊接时应保持适当的焊接距离,但焊缝的距离不宜过小,这样可能会影响焊料的流动性,从而影响焊接性能;也不宜太大,这样既不便于操作,且焊接精度随之下降。

摘要：目的:应用激光干涉应变计法研究激光焊接铸造纯钛焊缝薄膜材料的力学性能。方法:将激光焊接后的纯钛板按焊缝距离的不同分为0.00、0.25、0.50 mm焊接组和对照组(无焊接),把焊接后的纯钛板和母材线切割成小试样(60 mm×20mm×1 mm),X线探伤筛选后,对合格小试样运用激光干涉应变计法进行拉伸试验,测定材料的抗拉强度并得出应力、应变曲线。结果:随着焊缝距离的增大,3组试样抗拉强度分别为(492.16±33.19)MPa、(488.09±43.18)MPa、(558.45±10.80)MPa,与母材抗拉强度(532.15±11.62)MPa无显著性差别(P>0.05)。0.00 mm焊缝焊接组与0.25 mm焊缝焊接组拉伸过程中无明显颈缩,拉伸应力、应变曲线显示其塑性形变量明显减少,延伸率显著下降。0.5 mm焊缝焊接组焊件变形较大,拉伸过程中颈缩明显,拉伸应力、应变曲线显示其塑性形变量减少,延伸率下降。结论:焊缝薄膜材料的抗拉强度与母材无显著性差异,但塑性形变量和延伸率均不及母材。焊接过程中焊缝间隙较小时容易出现脆性断裂;焊接间隙较大时焊接精度随之下降。

铸造钛合金 第8篇

1 材料和方法

1.1 实验材料

1.1.1 纯钛和钛合金

实验所用纯钛 (TA2) 和钛合金 (TC4) 由宝鸡钛业有限公司提供 (符合QBS13810-97标准) 。

1.1.2 包埋料

磷酸盐外包埋料, 氧化锆及硅酸乙酯内包埋料 (Dentsply, 美国) 。

1.1.3 人工唾液[4]

按ISO TR 102标准制得人工唾液, 成分为: 1 000 ml蒸馏水中含NaCl 0.4 g; KCl 0.4 g; NaH2PO4·2H2O 0.78 g; CaCl2·2H2O 0.795 g; urea 1 g;Na2S·2H2O 0.005 g。

1.2 主要设备

Nd:YAG程控激光焊接机 (DENTAORUM DESKTOP, 德国) ; 万能测试机 (MTS 809 Axial/Torsional Test System, 美国) ; 扫描电镜 (XL30+DX4i, 荷兰菲利普) 。

1.3 试件制作

机床精加工不锈钢制得标准试件规格如图 1, 以硅橡胶翻制试件阴模, 用精密牙科嵌体蜡采用滴蜡法形成试件蜡型, 按厂家要求进行包埋、烘烤、铸造, 分别铸得纯钛 (TA2) 和钛合金 (TC4) 试件36 根, 每组6 根。每种材料进行拉伸试验、疲劳试验。2 种材料各分为3 组, 从中任取1 组保持原状作为对照组, 另2 组试件分为激光焊接组和人工唾液组, 试件中间断开为2 段, 断端焊接前用无水乙醇超声清洗10 min, 再用蒸馏水超声清洗10 min, 晾干备用。

1.4 试件的焊接

将试件夹持于夹具两端, 要求同轴无缝对接, 氩气保护下用Nd:YAG程控激光焊接机焊接。波长为1.06 μm, 灯电压300 V, 脉宽10 ms, 频率1.5 Hz, 光斑直径1 mm, 焊接重叠率为50%, 并重复焊接1 次, 脉冲持续时间10 ms[5]。

1.5 实验方法

将焊接后的试件分为2 组:激光焊接组和人工唾液组。激光焊接组置于正常环境中, 人工唾液组浸入盛有人工唾液的烧杯中, 放入37 ℃恒温箱密封, 每2 周更换一次人工唾液, 90 d后取出试件。

1.5.1 机械性能测试

各组试件分别置于万能测试机上, 单轴向加载速度为1.0 mm/min, 记录断裂部位和断裂值, 记录其抗拉强度。

1.5.2 疲劳检测

各组试件固定于万能测试机上, 选用正弦载荷进行疲劳试验。设定载荷为0.42 MPa, 频率60 Hz (1.2 Hz与口腔咀嚼频率大致一致, 为了缩短实验时间放大50 倍) , R=-1, 当试件断裂或载荷为零时, 记录疲劳失效时的载荷循环次数。

1.5.3 断口扫描电镜 (SEM) 观察

试件的疲劳断裂断口在试件的焊接处, 断裂面断口打磨抛光、作扫描电镜的断口观察并拍照, 观察激光束穿透深度和熔焊区及疲劳断面有无裂纹、气孔等。

1.5.4 统计学分析

所有实验数据用SPSS软件包进行统计处理和t检验。

2 结果

2.1 试件外观

肉眼观察各组所有焊缝光亮呈银白色, 熔区表面光滑, 未见着色, 无裂纹。

2.2 机械性能测试结果

2.2.1 疲劳强度和抗拉强度

实验组与对照组的疲劳强度 (P<0.01) 和抗拉强度 (P<0.05) 有统计学差异, 激光焊接组和人工唾液组的疲劳强度 (P>0.05) 和抗拉强度 (P>0.05) 无统计学差异 (表 1) 。

①与对照组比较, P<0.05; ②与对照组比较, P<0.01;③与激光焊接组比较, P>0.05

2.2.2 扫描电镜断面观察

疲劳检测后的试件, 激光焊接熔焊区深度在0.3～0.5 mm, 约为全深度的20%～30%, 焊接不全中央未焊, 断裂表面存在有较多气孔及裂纹等缺陷 (图 2、3) , 缺陷多为疲劳断裂的起始处, 但疲劳断面未见腐蚀孔隙、疲劳裂纹。

3 讨论

耐腐蚀疲劳是影响修复体在口腔内行使功能及预后的重要因素, 口腔修复材料及加工必须具备良好的耐腐蚀性。金属的腐蚀是指金属在不同的化学或电化学环境作用下所引起的金属破坏现象, 常伴有机械或生物学因素共同作用[6]。实验证明, 口腔常用修复材料钛及钛合金在人工唾液中具有良好的耐腐蚀性[4], 其良好的耐腐蚀性是由于表面的保护性纯化膜破坏后能自行恢复, 其保护性钝化膜在静态下稳定, 在动态载荷下反复的摩擦可使氧化膜稳定性降低。由于口内修复体不是处于一个静态的唾液浸泡过程, 而是不断受到垂直向力、侧向力、剪切力等综合力的受力过程, 故有必要对激光焊接试件作疲劳腐蚀实验。

疲劳 (fatigue) 是指在交变应力作用下发生在材料或结构某点的局部、永久性的损伤递增过程。金属材料循环应力或脉动应力和腐蚀介质的联合作用下所引起的腐蚀破坏导致疲劳性能降低称腐蚀疲劳[7] (corrosion fatigue) 。激光焊接已被证明焊接区的静载承受能力一般并不低于母材。由于口腔咀嚼运动具备了疲劳断裂的三个基本条件:一定的频率, 足够的咀嚼应力和循环次数, 义齿在口腔反复咀嚼力作用下以及可摘义齿频繁摘戴下容易发生疲劳断裂。故口腔修复的焊接结构必须具备抗疲劳性能。

从表 1可以看出, 激光焊接后的纯钛和钛合金试件, 激光焊接组和人工唾液组的抗拉强度, 二者无统计学差异 (P>0.05) ;这是由于激光焊接改变晶粒大小、结构, 使焊缝组织致密、均匀, 从而使抗拉强度无明显差异, 与文献报道相类似。

口内修复体长期存在于口腔环境, 口腔中的唾液有弱酸性, 可看作腐蚀条件。从图 2、3看出, 箭头所示疲劳断口可见腐蚀孔隙, 疲劳断裂断面SEM显示较多气孔, 这种不均匀性可能会产生应力集中, 导致裂纹在单一区域内萌生进入焊接热影响区[8]。与对照组相比, 激光焊接组的疲劳强度明显降低 (P<0.01) , 人工唾液组的疲劳强度也明显降低 (P<0.01) , 激光焊接受焊接深度的限制, 多为不完全焊接, 间隙元素杂质如氢等可使焊区硬度提高, 改变晶粒大小、结构, 产生一定的孔隙。激光焊接时焊接中的裂纹和气孔[9], 具有脆性的组织结构, 而裂纹可能是严重的应力集中源, 它可大幅度降低结构或焊接区的疲劳强度, 气孔将成为疲劳裂纹的起点。裂纹的萌生及扩展对焊件失效起决定性的影响。

激光焊接组的疲劳强度与人工唾液组相比, 二者无统计学差异。唾液、食物残渣有弱酸或弱碱性, 可看作一种腐蚀介质。腐蚀疲劳形成条件是金属或合金在各种应力作用下都可以发生, 而且不要求特定的介质, 只是在容易引起孔蚀的介质中更容易发生。有研究表明[5], 激光焊接对钛的耐腐蚀性未降低, 而钛及钛合金修复体在口腔环境中会受到频繁摘戴和承受咀嚼力的影响而产生疲劳。对于激光焊接后钛的耐腐蚀疲劳强度, 这是由于钛材表面一层致密的、固有的、高保护性氧化膜在一定宽度的pH值和温度范围内是稳定的, 处于钝态的钛及钛合金具有很低的溶解速度, 但不是不溶解, 而是钝态的钛及钛合金仍有一定的反应能力, 使钝化膜的溶解和修复 (再钝化) 处于动平衡状态[10]。

由于体外实验时间不可能太长, 用3 个月的时间不能完全真实反映疲劳断裂情况。金属医学生物材料的腐蚀行为是非常复杂的, 其影响因素也是多种多样的, 涉及到材料的合金成分、体液离子及溶解氧的不均匀分布和应力分布等。关于金属生物医学材料的腐蚀失效行为分析、耐腐蚀疲劳等将是一个长期而艰巨的课题。

4 结论

无论在普通环境或人工唾液中, 激光焊接钛及钛合金的疲劳强度明显低于母材 (P<0.01) ;与普通环境相比, 激光焊接钛及钛合金在人工唾液中的疲劳强度无明显下降 (P>0.05) , 提示人工唾液未降低激光焊接钛及钛合金的腐蚀疲劳强度。

参考文献

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钛合金研究进展及应用 第9篇

1 钛合金的研究进展

作为钛合金研究的领头人, 美国于1954年研制出第一个钛合金Ti-6Al-4V, 经检测它的各项性能都比较优越, 被视为钛合金中的王牌合金。随后, 美国又率先在高强钛合金、钛铝金属化合物、铝基复合材料方面投入研究并取得大量突破, 将成果投入生产使用[2]。各国为了使钛合金进入具有更大市场潜力的民用工业领域, 都在努力研究开发低成本和高性能的新型钛合金, 国内外钛合金材料的研究重点主要为下述几种。

1.1 高温钛合金

除了钛合金的基本特性外, 更高熔点的钛合金也被人们研究使用。世界上最早研制出的高温钛合金是Ti-6Al-4V, 使用温度可达到300-350℃。之后又研制出IMI550、BT3-1等合金使用温度可达400℃的, 450~500℃使用温度的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金也被研制出[3]。最先应用在航空军事领域的高温钛合金主要是以下几种:Ti-1100合金 (美国) ;IMI829合金 (英国) IMI834合金 (英国) ;BT18Y、BT36合金 (俄罗斯) 等。

1.2 钛铝合金

通过实验比较发现, 钛铝合金Ti3Al和Ti Al要比一般合金性能更好, 这两种合金耐高温性能好, 抗腐蚀能力强、不易变形和密度小, 这些优势在未来航空发动机及飞机结构件中是最具竞争力的[4]。已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-v-0.5Mo在美国开始批量生产。

1.3 阻燃钛合金

阻燃钛合金是指在一定温度、压力和气流速度下能阻抗自燃烧的钛合金。我们知道物体在高速运动下会和空气摩擦产生巨大热量, 所以一些航空零件需要使用耐热阻燃材料。目前最常见的为Ti-V-Cr和Ti-Cu两种体系的阻燃钛合金, 各国在Ti-Cu系方面的研究已经比较成熟, 现在研究重点已经转向TiV-Cr系阻燃钛合金, Ti-V-Cr系阻燃钛合金可以降低V含量和成本, 大量投入使用在航空领域中。

2 钛合金的应用

世界各国都在改进钛合金工艺, 因为提升合金性能可以更好的将其投入到各个领域。随着科技的发展, 钛合金的生产成本会越来越低, 在民用领域的应用也会越来越广泛, 如汽车制造、房屋建造等。

2.1 钛合金在军事领域的应用

随着航空航天技术的发展, 对具有性能优良的材料需求越来越大, 钛合金的应用水平体现了一个国家武器装备的发展程度, 也是其军事能力的重要指标。美国为了展现他的领头地位, 不断改进飞机制造技术, 钛合金的使用量能占飞机结构重量的20%~30%。除了航天方面, 由于钛合金的耐腐蚀性能的优点, 可以在水下保持五年不发生腐蚀, 很多船舶制造也大量使用了钛合金。

2.2 钛合金在生物医学上的应用

钛合金具有无毒、质轻、强度高和很好的生物相容性, 可用作植入人体的植入物, 如常见的人造骨骼, 不会发生免疫排斥反应。第一类用作生物材料的钛合金Ti6A14V经长期使用证实是比较理想的, 我国成功仿制了Ti6Al7Nb和Ti5Al2.5Fe两种合金并做了相关的生物学性能、植入试验和临床实验检测, 结果比较理想, 也顺利投入了使用。

2.3 钛合金在民用领域的应用

钛合金在民用领域的应用主要是在汽车制造方面, 它不但可以减轻发动机重量, 而且可以降噪、减摩、省油, 提高发动机效率, 因此减轻汽车重量是未来钛合金应用的主要方向。除了在汽车制造方面的使用, 钛合金在日常生活中的应用也越来越广泛。从鱼竿、手表、到眼镜、相机, 此外很多体育用品也在大量使用钛合金, 由于钛合金的强度高、质量轻, 使用钛合金后球拍性能大幅度提高, 未来钛合金在民用领域的应用会越来越广泛。

综上所述, 钛合金因优异的性能在工业领域得到了广泛地应用。相比美日俄等发达国家在钛工业的研究成果, 我国在钛合金领域还有很长的路要走, 我们在钛合金理论基础和制造设备方面还比较落后, 为使钛合金得到充分应用和发展, 我国未来应从降低成本、提升工艺等方面, 使钛合金的应用更多的从军用转到民用上来。

参考文献

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[4]苏鸿英.近期全球钛工业发展综述[J].世界有色金属, 2005, (9) :61.

钛合金零件加工工艺方法分析 第10篇

钛合金密度低、比强度 (强度/密度) 高、抗腐蚀性能好、耐热性高、韧性、塑性、可焊性均较好, 目前在航空航天、汽车、医学、体育用品及电解工业等许多领域均已大量使用钛合金。但导热性能差、硬度高、弹性模量低等特性也导致钛合金成为较难加工的金属材料。本文是针对其工艺特性总结出的钛合金切削加工中的一些工艺措施。

1 钛合金材料的主要优点

(1) 钛合金强度高而密度小 (4.4kg/dm3) 、重量轻, 为一些大型结构件减轻重量提供了解决方案。

(2) 热强性高。钛合金在400~500℃条件下仍能维持较高的强度, 可以稳定的工作, 而铝合金的工作温度只能在200℃以下。

(3) 与钢材相比钛合金固有的高耐蚀性可以节省飞机日常运行和维护保养的成本。

2 钛合金加工特性分析

(1) 导热系数低。TC4在200℃时热导率l=16.8W/m·℃, 导热系数是0.036卡/厘米·秒·℃, 仅是钢的1/4, 铝的1/13, 铜的1/25。在切削加工过程中散热和冷却效果差, 缩短了刀具寿命。

(2) 弹性模量低, 零件已加工表面回弹大, 导致已加工表面与刀具的后刀面接触面积增大, 既影响零件尺寸精度又降低了刀具耐用度。

(3) 硬度因素。硬度值低的钛合金加工时会发粘, 切屑沾在刀具前刀面的切削刃附近形成积屑瘤, 影响加工效果;硬度值高的钛合金加工时容易使刀具产生崩刃和磨蚀。这些特性导致钛合金金属去除率低, 仅为钢件的1/4, 加工时间较同尺寸钢件要长得多。

(4) 化学亲和性强。钛不仅可以与空气中的主要成分氮、氧、一氧化碳等物质发生化学反应, 在合金表面形成Ti C及Ti N硬化层, 而且在切削加工产生的高温条件下还能与刀具材料起反应, 降低了刀具的耐用度。

(5) 切削过程中的安全性能差。钛属于易燃金属, 微量切削时加工中产生的高温和火花可能引起钛屑燃烧。

3 钛合金加工工艺方法

(1) 尽可能使用硬质合金刀具, 钨钴类硬质合金具有强度高、导热性较好的特点, 与钛高温下也不易发生化学反应, 适合用来加工钛合金。

(2) 合理选择刀具几何参数。为降低切削温度, 减少刀具粘结现象, 可适当减小刀具前角, 通过增加切屑与前刀面的接触面积来散热;同时增大刀具后角, 减少因已加工表面回弹与刀具后刀面摩擦接触而产生刀具粘结、已加工表面精度降低的现象;刀尖宜采用圆弧过渡以增强刀具强度。加工钛合金要经常修磨刀具以保证其刃形锋利、排屑顺畅。

(3) 适宜的切削参数。确定切削参数可参考一下方案:较低的切削速度——切削速度高会导致切削温度急剧升高;适中的进给量——进给量大则切削温度高, 进给量小则刀刃因在硬化层中切削时间长而磨损加快;较大的切削深度——刀尖越过钛合金表面的硬化层切削能提高刀具寿命。

(4) 加工中切削液流量和压力要大, 对加工区域要充分连续的冷却以降低切削温度。

(5) 选用机床必须始终注意提高稳定性以避免振动趋势。振动会造成刀刃崩碎、刀片损坏的结果。同时, 加工钛合金工艺系统刚性要好以保证切削时采用较大的切削深度, 但钛合金加工回弹大, 夹紧力较大会加剧工件变形, 故精加工时可以考虑使用拼装夹具等辅助支撑以满足工艺系统刚度要求。

(6) 铣削方式一般采用顺铣。钛合金加工中逆铣造成的铣刀粘屑和崩刃要比顺铣产生的铣刀破损严重得多。

(7) 磨削常见的问题是粘屑造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。故磨削时宜采用磨粒锋利、硬度高、导热性好的绿碳化硅砂轮;根据被加工表面光洁度的不同砂轮粒度可采用F36~F80;砂轮硬度应较软, 用以减少磨粒与磨屑的粘附, 降低磨削热;磨削进给量要小、速度偏低, 乳化液充足。

(8) 钛合金钻孔时需要对标准钻头进行修磨以减少烧刀和钻头折断现象。修磨方法:适当增大顶角、减小切削部位前角、增大切削部位后角, 圆柱刃倒锥度数翻倍。加工中应增加退刀次数, 钻头不得在孔内停留, 及时清除切屑, 足量的乳化液冷却, 注意观察钻头变钝应及时清除切屑, 足量的乳化液冷却, 注意观察钻头变钝应及时更换修磨。

(9) 钛合金铰孔也需要对标准铰刀进行改制:铰刀刃带宽度应小于0.15mm, 切削部位与校准部位宜圆弧过渡, 避免出现尖点。铰孔时可采用组铰刀多次铰削, 每次增加铰刀直径0.1mm以下, 主轴转速宜稍慢, 退刀时不停车。用这种方法铰孔能达到较高的光洁度要求。

(10) 攻螺纹是钛合金加工中最为困难的一环, 因扭矩过大, 丝锥刀齿很快就会磨损, 已加工部位的回弹甚至能使丝锥折断在孔内。选用普通丝锥加工时应根据直径大小适当减少其齿数以增大容屑空间, 在校准齿上留出0.15mm宽度的刃带后需将后角增大至30°左右, 去除1/2~1/3齿背, 校准齿保留3扣后增大倒锥度数。建议选用跳牙丝锥能有效的减少刀具和工件接触面积, 加工效果亦较好。

4 加工注意事项

(1) 刀具勤修磨、保持锋利, 以确保其加工过程中产生尽可能少的切削热。 (2) 设备、刀、工、夹具应保持整洁, 切屑及时清除。 (3) 使用不燃或难燃的工具转移钛屑。将处理掉的碎屑存放在不可燃容器中覆盖好。 (4) 操作清洗过的钛合金零件应戴干净的手套, 避免以后造成氯化钠应力腐蚀。 (5) 切削区域有防火设施。 (6) 微量切削时, 切下的钛屑一旦起火, 可用干粉灭火剂或干土、干砂扑灭。

5 结束语

钛合金产业市场分析和发展趋势 第11篇

关键词：钛合金产业 市场分析 发展趋势

0 引言

在1791年，钛由科学家格雷戈尔发现，随后德国化学家克拉普罗特用希腊神话的泰坦为该元素命名。钛在自然界中虽然广泛存在，但因为其存在分散并且提取难度大，所以从发现钛元素到制得纯品，经历了百年以上。目前，钛合金具有耐蚀性好、强度大、耐热性强等等优势而被广泛用于各个领域。到20世纪50年代，钛元素得到重大发展。20世纪50～60年代，发展出航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代发展出耐蚀钛合金。80年代，耐蚀钛合金和高强钛合金极大发展。随着钛合金的逐步发展，其应用面逐步扩展，从航空逐步扩展到汽车，医用，体育等行业。钛是继钢铁、铝之后崛起的“第三金属”，21世纪将是“钛的世纪”。

钛作为稀有金属，是重要的替代金属。我国钛资源储量丰富，在储量上拥有极大的优势，这也为我国钛产业能够发展壮大提供坚实的物质保障。目前我国海绵钛产能和产量占到了全球的1/3以上[1]。随着消费和产业升级，稀有金属产业得到不断重视。尤其是在政策变动之后（比如我国稀土出口政策调整）。从中长期来看，稀有战略金属是非常有远大的未来。钛合金产业科技含量高，用途广，值得我们研究。本文将分析钛合金产业目前的市场状况和未来的发展趋势。

1 钛合金市场分析

1.1 钛合金运用面扩展

钛合金市场总量总体是不断提高的。伴随着我国经济的平稳快速发展，百姓的生活水平得到不断提高，以及钛合金的工艺技术水平不断发展，民用领域中对钛合金的需求量日益增多。钛合金和钛合金材料会制作成环、带、丝、板等制品。钛合金产品在市场受到广泛青睐，其在建筑、医用、体育及电子产品、包装、手表等日用消费品和耐耗品领域得到开创应用，未来的市场十分巨大。市场统计，制作高尔夫球头及球杆所消耗的钛已超过1000吨。

比如在建筑业上钛合金也有不俗的表现。西班牙毕尔巴鄂古根海姆博物馆的用材很多都用了钛合金。今年来建筑业上用的钛合金总量不断增加。钛合金的用途的扩展对钛合金开拓新的市场有重大意义。

1.2 民用钛合金需求旺盛

根据目前最新统计，我国的钛合金和钛材料制品与民用市场需求量有较大的差距。按照国外通行的钛产量为钢产量的万分之一的比例来计算，我国钛和钛合金产品的年产量应达到2-3万吨，而目前生产仅不足1万吨。钛合金的民用市场需求日益增长，这促进钛合金市场的扩大，也表明了钛合金市场拥有很大潜力。

以海绵钛为例，由以下图标看出我国对海绵钛的消费量逐渐升高，其消费量逐渐超过产量。（图一）

1.3 航空业发展促进钛合金需求增加

钛合金除了民用以外还主要用于航空航天，如下图表明了钛合金制品的运用分布。

从图中得知航空用钛合金占了半壁江山。从全球范围来看，钛合金和钛制品的消费主要集中在航空业以及工业领域，全球商业航空的消费比例达到42%左右，军用钛材比例约为7%，整个航空领域消耗钛合金材料接近一半，另外，工业消耗钛合金比例约为47%。根据相关研究机构预测，在未来20年世界的航空公司将需要100个座位以上的新客机23385架，其中，需单通道飞机（如A320）16620架，占总需求的71%；需双通道飞机5482架，占总需求的24%；需VLA（如A380）1283架，占总需求的5%。这些飞机将价值2.6万亿美元。民用飞机的数量增加以及航空业的逐步发展，钛合金的市场前景良好。

民用飞机和大飞机的需求量大。并且在亚太地区，比如中国，航空产业不断发展并有广阔的发展空间，这对钛合金的长远发展是有利的支持。

1.4 亚太地区等新兴经济体促进钛合金市场增加

2008年，全球经济由于受到美国次债危机等情况影响，全球经济的增长短期内趋缓，这对钛合金的需求量有一定的影响。但从中长期来看，亚太地区等国家的经济依然有较强的增长动力，这使钛合金市场的重心逐步偏移到亚太地区。

长期来看，世界经济逐步复苏。世界各地的经济体联系日益紧密，经济结构升级调整，对新型材料的需求日益旺盛，这对钛合金的发展是良好的契机。

由于世界各个经济体联系日益紧密，促进航空的发展。从统计数据来看，空中客运量每15年会增加一倍，那么未来的15-20年，随着全球经济贸易联系的不断加强，空中客运量也将按照这样的速度增加。

2 钛合金产业的发展趋势

2.1 目前我国钛合金产业发展状况

我国的钛合金产业发展快速。目前我国已经成为钛生产大国。据前瞻产业研究院不完全统计，我国有钛合金生产企业300余家，我国钛合金产品的产量整体呈现逐年增长趋势，2012年我国海绵钛产量约为7.1万吨，钛锭产量约为7.4万吨，钛粉产量约为0.1万吨，钛加工材产量约为6.1万吨。

我国凭借着占据将近全球30%的钛资源储量，发展钛工业的矿石资源优势显著。目前我国家海绵钛产能和产量占到了全球的1/3强，但在高附加值深加工领域仍然落后国外先进水平。我国钛合金产业面临大而不强的尴尬境地。[3]面对这样的现状，我国的钛合金产业该如何科学发展成为了重要的课题。我国的钛合金产业发展趋势必然应是朝着集约化，科学化，高附加值发展。钛合金产业面临产业调整和升级。

2.2 国家重视钛合金产业的发展

2013年7月5日，《新材料产业标准化工作三年行动计划》由国家工信部发布，该文件提出要加大重点新材料领域标准制修订力度。新材料领域包括了特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料、前沿新材料。有10种钛合金产品划分在新型轻合金材料里。这10种钛合金产品分别是优质宽幅冷轧纯钛板材、钛合金型材、大规格宽厚钛合金板材、钛及钛合金带材、高精度及宽幅钛合金薄板材、大规格钛合金棒材及特种锻件、大型钛铸锭及锻坯、大盘重钛带卷、专用钛合金材料、钛及钛合金模锻件等。该文件表现了对钛合金材料的极大重视，并给予相关发展帮助。endprint

政策支持钛合金产业的发展对该产业是有利的支持。未来钛合金产业的发展拥有良好的政治环境。这对产业的发展拥有巨大推动作用。

2.3 我国广阔的需求促进发展

2013年，我国国民经济仍然保持平稳增长。我国的化工、航空航天、电力（包括核电）、冶金、真空制盐和体育等六大领域，以及医疗、海洋工程和船舶业的钛合金需求依然向好。在国家的“十二五”规划中，钛金属冶炼的节能减排，产品质量的提高和高附加值产品的开发仍然是我国钛合金的重点发展方向，结合西部地区全流程高技术水平的海绵钛项目、新型钛加工材开发项目等也属于国家鼓励类项目中，以及国家对钛加工材料的出口退税政策等都利于我国钛合金的发展。[4]由此可见，我国钛合金具有良好的发展前景。

2.4 钛合金产业技术的升级调整

当前世界上几乎所有的熔炼方法都采用了真空及冷坩埚技术，这是因为钛及钛合金的熔炼由于钛的活性高。熔炼方式可以按照熔化金属时热量来源方式分为外热式熔炼方法和内热式熔炼方法。其中外热式熔炼方法有自耗电极电弧炉、非自耗电极电弧炉、电子束炉、等离子弧炉，而内热式熔炼方法有感应熔炼。

钛合金材料的熔炼技术的当前发展表现在以下几点：①20世纪80年代末，国际上开始采用冷床熔炼技术去解决钛合金铸锭中常出现的高密度夹杂和低密度夹杂等冶金劣势。和真空自耗电弧炉相比，冷床炉熔炼技术拥有诸多的优势，比如它可以更好地去除钛合金中的夹杂，并且因为其熔炼温度较高，可消除成分偏析，从而得到成分均匀的铸锭。尽管这项技术拥有诸多优势，但该技术的设备投入大，成本高，维护难，所以这项技术很难大规模推广。②发展内热式的真空感应熔炼，开拓新型熔钛坩埚材料及其制备技术。国内外研究者在这方面开展了大量的研究，并取得了相当的进展，但这些耐火材料都或多或少与钛发生反应，钛熔体中氧的含量也会增加，因此大多只能用作钛的熔模精铸的模壳材料，而不能用作钛及钛合金内热式的真空感应熔炼的耐火材料。坩埚式真空感应熔炼方法可能是解决目前常规钛合金熔炼技术能耗极高而材料收得率极低的一条有效途径。

由上可知，促进钛合金低成本优质高效熔炼的核心是寻找新型的熔钛坩埚材料及其制备技术，完成内热式的真空感应熔炼。尽管国内外研究者已经进行了大量这方面的研究，但直到目前还未见到能用于钛合金真空感应熔炼用耐火材料成功的报道，制造钛及钛合金真空感应炉坩埚尚未有实质性的突破，因此综合利用CALPHAD、量化计算和人工智能等材料设计方法，设计与钛熔液相容的新型耐火材料，研究新型耐火材料的制备技术，开发与钛熔液相容的新型耐火材料的坩埚制备工艺，将是攻克低能耗节约型钛及钛合金的熔炼技术的突破口[5]。这项技术让钛熔炼更加高效节能，从而大大的降低钛合金的生产成本，并且提高钛合金材料的质量，这对推广钛合金应用有着重要意义。

目前制约钛合金发展的重要原因就是其成本高，随着技术的进步逐步较低成本，成为发展钛合金产业的重要课题。

3 结语

钛合金是继钢铁、铝之后崛起的“第三金属”，21 世纪将是“钛的世纪”。钛合金因为其优越的属性，成为更多制造产业的选择。未来钛合金的市场仍然不断扩大，钛合金产业是处于不断成长的产业。钛合金作为新生金属，其未来发展态势良好，现在主要受到技术的问题，钛合金生产成本高，难以大规模应用，应不断产业升级，技术革新，促进钛合金产业更好地发展。

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《特种铸造及有色合金》征订启事 第12篇

本刊主要报道各种(黑色和有色合金)特种铸造方法,如:熔模铸造,压铸,低压铸造,挤压铸造,差压铸造,半固态铸造、金属型铸造,离心铸造,连续铸造,壳型铸造,消失模铸造(实型铸造)及电磁铸造等方面的理论、工艺、设备、造型材料、测试与控制、计算机应用技术等;各种(砂型铸造及特种铸造)有色合金及复合材料的熔炼和铸造工艺、凝固理论、测试与控制、计算机应用等方面的科研成果及生产经验,并介绍上述内容的国内外发展动向和学术活动消息等。

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