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          低成本鈦合金的制備

          2018/3/15 8:18:46點擊:

          鈦合金具有密度小、比強度高、韌性好、熱膨脹系數低、無磁性、耐腐蝕性和耐高溫性能好等一系列優點,己成為航空、航天飛行器等領域的關鍵結構材料,并在艦船、石油、化工、冶金、電力、生物醫學等許多領域獲得了越來越多的應用。但與相同領域中使用的不銹鋼、銅合金、鎳基合金等材料相比,人們一般認為鈦合金不具備成本優勢,由此延緩了鈦合金材料的推廣應用。因此,如何降低鈦合金的成本的問題引起關注。
          一,添加廉價的合金元素

          針對鈦合金成本較高的狀況,國內外研發工作正力圖通過合金設計,添加廉價的合金元素(如Fe)來代替昂貴的合金元素(如V)等。例如,美國開發的以Fe作為合金元素的低成本高強鈦合金Ti-1.5Al-6.8Mo-4.5Fe,性能與Ti-1023相當,成本僅為Ti-6Al-4V的78%;;他們還開發出汽車用含Fe鈦合金Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si,性能優于Ti-6Al-4V,成本可降低15%~20%。我國西北有色金屬研究院開發兩種Ti-Al-Fe-Mo型低成本鈦合金:Ti12LC和Ti8LC,室溫性能均優于Ti-6Al-4V。

          二,返回殘料的利用

          在鈦合金的生產過程中,熔煉、鍛造、熱軋、冷軋、管材擠壓過程中都會產生一定量的殘料。如將殘料清洗干凈,按牌號分類后,可以將塊料、屑料以捆綁電極的方式用真空自耗電弧爐、電子束冷床爐、等離子冷床爐熔煉的方式再次返回應用,殘料回收率最大可達100%。鈦殘料的價格只有海綿鈦價格的20%~30%,通過添加返回殘料的方式,不但大大降低了部分牌號鈦合金的生產成本,也為殘料的二次利用提供了有效途徑。國內寶鈦集團公司應用其2400kw電子束冷床爐,添加殘料最大比例可達65%~70%,實現了材料低成本化制造。

          三,采用新型熔煉方式縮短制造流程

          縮短制造流程也是降低鈦合金制備成本的一個有效途徑。目前國際上生產大型優質鈦合金坯料使用的方法包括應用新型的電子束冷床爐、等離子冷床爐,單次冷床爐熔煉直接軋制等技術。新型熔煉方式可以部分替代真空自耗電弧爐熔煉,從工藝流程上實現了短流程制造技術,省去了傳統真空自耗電弧爐熔煉的油壓機壓制電極、真空焊接等工序,同時還可以大量回收殘料。冷床爐熔煉技術的應用不僅提高了鈦合金鑄錠的質量,而且降低了成本,特別是如果采用單一的冷床爐技術熔煉鈦合金,直接熔鑄出扁錠,加工成本可以節約10%~20%。在鈦合金的生產工藝中,電子束冷床爐、等離子冷床爐熔煉可以澆鑄成扁錠,可以直接開坯,省去了鍛造開坯的環節,縮短了流程。

          另外,利用金屬粉末注射等近凈成形技術,可以制造復雜零件;制品的各部位致密化程度高,即使是固相燒結,相對密度可達95%以上,性能可與鍛造材料相媲美;尺寸精度高,可以最大限度的制得最終形狀的零件,且一般不需要后續的機加工和磨削,金屬的利用率幾乎可以達到100%,這也是降低鈦合金零部件成本的一個重要途徑。

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