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钛合金技术的进展

2013-04-30 02:07
冷血の爱
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  :钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。20世纪50~60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金,70年代开发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

  1.钛的冶炼提取技术。钠还原法和镁还原法是生产海绵钛的主要方法,另外有美国的改进型克劳尔法、阿姆斯特朗法、SRI法等,还有导电体介入还原法、Hunter法、Armstrong法等。

  2.钛合金熔炼技术。发展了冷床炉熔炼技术,包括电子束冷床炉和等离子冷床炉技术。目前,冷床炉熔炼已达到商业化水平,可熔炼重达25吨的铸锭。能生产无偏析、无夹杂的优质钛及钛合金铸锭,满足航空转动部件对高性能钛材的需求;能生产扁锭、空心锭,简化板材和大管材的后续加工,并可大量回收残钛,但存在成本高、操作复杂等问题。电子束和等离子冷床熔炼工艺在美国、日本等工业发达国家得到了快速发展,电子束已成功应用于纯钛和TC4合金的熔炼,等离子束是熔炼复杂成分钛合金的最有效手段。俄罗斯发展了一种类似于冷床炉的熔炼技术,即“凝壳—自耗电极熔炼”。此外,冷坩埚熔炼技术近来也有较大发展,与离心浇铸工艺结合用于钛铸件精密铸造,目前正在制造第二代冷坩埚熔炼炉。第二代冷坩埚炉可大大提高熔化能力,缩短熔炼时间,实现完全悬浮熔炼,消除金属凝壳。我国已将研究感应凝壳熔炼技术列入重点研究项目,在钛合金的熔炼技术方面也取得了很大的发展。2008年,我国共生产钛锭3.4万吨,钛加工材2.4万吨;净出口海绵钛4450吨;净出口钛加工材4083吨,成为海绵钛和钛加工材的净出口国。

  3.精密铸造技术。失蜡法铸造现称熔模精密铸造,是一种少切削或无切削的铸造工艺,应用广泛,适用于各种类型、各种合金的铸造,生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其他铸造方法要高,复杂、耐高温、不易加工的铸件均可用熔模精密铸造。近年来,钛的铸造技术主要发展了冷坩埚+离子浇铸技术、真空吸铸技术和真空压铸技术。钛合金熔模精密铸造典型工艺有石墨熔模型壳,金属钨面层陶瓷型壳,氧化物陶瓷型壳。钛合金材料生产成本高,机械加工、锻造、焊接等比较困难,采用精密铸造技术,可以提高钛合金材料的利用率,降低生产成本。通常金属铸件的力学性能低于锻件性能,但钛精密铸件的使用性能大体与钛锻件相近,精密铸造成为降低成本、优化性能的最佳选择。凝壳炉的应用和熔模精密铸造与金属造型、陶瓷造型工艺的发展为许多大型复杂的薄壁钛铸件缩短生产时间、降低成本展现了一定的空间。目前,高性能的钛合金大型整体精铸件,大多数都是采用金属面层陶瓷型壳或氧化物面层陶瓷型壳浇注的。大型薄壁精密铸造技术使钛铸件性能接近钛锻件,而成本较钛锻件降低约50%。

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