鈦合金具有低(di)(di)密度(du)(du)、高比強(qiang)度(du)(du)、使用溫度(du)(du)范圍寬(-269~600℃)、耐蝕、低(di)(di)阻尼和可(ke)焊(han)等諸多優點(dian)，是航空(kong)(kong)航天飛(fei)行(xing)器輕量化和提高綜合性(xing)能(neng)的(de)最佳用材，其應(ying)用水平(ping)是體現(xian)飛(fei)行(xing)器先進(jin)程度(du)(du)的(de)一(yi)個重要方面(mian)。提高飛(fei)行(xing)器的(de)綜合力學性(xing)能(neng)并降低(di)(di)成本(ben)，是推動鈦合金在航空(kong)(kong)航天領域應(ying)用的(de)重要措施。

隨著航(hang)空(kong)航(hang)天技術的(de)(de)(de)發展，鈦合金在航(hang)空(kong)航(hang)天領(ling)域的(de)(de)(de)應(ying)用范圍(wei)不斷擴展，鈦合金結(jie)構件(jian)也越(yue)來越(yue)呈(cheng)現(xian)出大(da)尺寸(cun)、薄(bo)壁曲面、變(bian)厚度和(he)整體結(jie)構的(de)(de)(de)趨勢，進一(yi)步提高了航(hang)空(kong)航(hang)天飛(fei)行器(qi)的(de)(de)(de)性能、結(jie)構剛性，減輕了重(zhong)量(liang)，鈦合金精密成形技術將是航(hang)空(kong)航(hang)天制造技術的(de)(de)(de)研究重(zhong)點。

精密(mi)(mi)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)是指零件成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)后(hou)接(jie)近或達(da)到零件精度(du)要求的成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)技(ji)術(shu)(shu)，它是建立在新(xin)材料、新(xin)設備、新(xin)工(gong)(gong)藝、計算機(ji)輔助工(gong)(gong)藝設計等技(ji)術(shu)(shu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)果的基(ji)礎(chu)上，發展了傳統的成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)技(ji)術(shu)(shu)，實現產(chan)品高(gao)(gao)效、高(gao)(gao)性(xing)能(neng)、低(di)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本的少(shao)無余(yu)量制造技(ji)術(shu)(shu)，精密(mi)(mi)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)的零件具有(you)高(gao)(gao)的幾何精度(du)和(he)表面粗糙度(du)、精確的外形(xing)(xing)及優良的機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)。鈦(tai)合(he)(he)金精密(mi)(mi)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)技(ji)術(shu)(shu)廣泛(fan)應(ying)(ying)用于(yu)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)領域，它的使用能(neng)顯著提高(gao)(gao)各類作戰(zhan)飛(fei)機(ji)、航(hang)空(kong)發動機(ji)、戰(zhan)略戰(zhan)術(shu)(shu)導彈、運載(zai)火箭(jian)等航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)產(chan)品的綜合(he)(he)性(xing)能(neng)和(he)保(bao)障能(neng)力。針對精密(mi)(mi)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)技(ji)術(shu)(shu)中精密(mi)(mi)熱成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(包括精密(mi)(mi)鑄造、超速成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)/擴散(san)連接(jie)、精密(mi)(mi)旋壓(ya)和(he)激光直接(jie)快速成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing))技(ji)術(shu)(shu)的應(ying)(ying)用進展進行分析，這些(xie)技(ji)術(shu)(shu)可以實現近凈形(xing)(xing)生產(chan)，材料利用率(lv)高(gao)(gao)達(da)70%~90%，已經在航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)領域凸顯出廣闊的發展前景和(he)良好(hao)的應(ying)(ying)用價值。

鈦合金精密鑄造技術

美國于20世紀60 年代開始研究應用鈦(tai)合金精密鑄(zhu)造技術(shu)(shu)，處于世界領(ling)先(xian)(xian)水平(ping)，開發(fa)出了熔模(mo)陶瓷鑄(zhu)型技術(shu)(shu)、機(ji)加石(shi)墨鑄(zhu)型技術(shu)(shu)和熱等(deng)靜壓(ya)技術(shu)(shu)。國外先(xian)(xian)進國家已成功研制了F-100、CFM-56、CF6-80、F-119等(deng)航(hang)空發(fa)動機(ji)的大型薄壁整體鈦(tai)合金中介機(ji)匣、風扇(shan)、高(gao)壓(ya)壓(ya)氣機(ji)機(ji)匣等(deng)鑄(zhu)件，最(zui)大直徑已經(jing)大于1000mm、最(zui)小壁厚小于3mm、尺(chi)寸精度達到CT6~CT7 級水平(ping)，冶(ye)金質量(liang)高(gao)。

美國(guo)F-22戰斗機在垂尾方(fang)向舵作(zuo)動筒支(zhi)座與其(qi)他關鍵承力部位大(da)量采(cai)用(yong)(yong)鈦合金精密鑄件(jian)，約占(zhan)其(qi)整體結構重量的7.1%。德國(guo)鈦鋁精鑄公(gong)司采(cai)用(yong)(yong)近α 型鈦合金IMI834 生產了燃氣渦(wo)輪航空(kong)發(fa)動機的零部件(jian)。目(mu)前，大(da)型復雜的發(fa)動機中介機匣式風扇(shan)框架基本采(cai)用(yong)(yong) Ti-6Al-4V 及(ji)Ti6242 精鑄件(jian)。

我(wo)國的(de)(de)鈦精鑄(zhu)(zhu)(zhu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)起步于20世紀60 年(nian)代，是借(jie)鑒和引進國外技(ji)(ji)(ji)術(shu)發展起來的(de)(de)，經過多年(nian)發展開發出了(le)鈦合金(jin)熔(rong)模(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)技(ji)(ji)(ji)術(shu)、搗實型鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)技(ji)(ji)(ji)術(shu)、石(shi)墨加工(gong)型鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)技(ji)(ji)(ji)術(shu)等。鈦合金(jin)熔(rong)模(mo)精密(mi)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)技(ji)(ji)(ji)術(shu)結合離心澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)工(gong)藝技(ji)(ji)(ji)術(shu)，實現了(le)尺(chi)寸(cun)900mm、整體壁(bi)厚2.5 mm 的(de)(de)薄壁(bi)復(fu)雜鈦合金(jin)結構件澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)成型，尺(chi)寸(cun)精度達(da)(da)到(dao)CT6~CT8 級，鑄(zhu)(zhu)(zhu)件表面(mian)黏污層厚度減少到(dao)0.3mm。對于中小(xiao)型鑄(zhu)(zhu)(zhu)件尺(chi)寸(cun)精度可以達(da)(da)到(dao)CT6~CT7 級，表面(mian)粗糙度達(da)(da)到(dao)R a3.2mm，最(zui)小(xiao)壁(bi)厚1.5μm，達(da)(da)到(dao)國際(ji)先(xian)進水平。北京(jing)航空材料研究院(yuan)曾成功澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)出尺(chi)寸(cun)630mm×300mm×130mm、最(zui)小(xiao)壁(bi)厚僅為2.5mm 的(de)(de)復(fu)雜框形結構。

隨著(zhu)航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天裝(zhuang)備升級換代，對構件的(de)(de)大型化(hua)、復雜化(hua)和高精(jing)度(du)提出了更高要(yao)(yao)求，鈦(tai)合金精(jing)密鑄造(zao)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)結合先(xian)進熔煉技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、計(ji)算機仿(fang)真技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、熱等靜壓技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、數字化(hua)檢(jian)測技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)等是(shi)今后的(de)(de)主要(yao)(yao)發展方向。目前，與歐美發達國(guo)家相比，我國(guo)在技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)基礎、設備、過程控制(zhi)、成形改(gai)性一體化(hua)、工(gong)藝仿(fang)真和數字化(hua)檢(jian)測等方面(mian)存在一定的(de)(de)差距，攻(gong)克大型薄壁(bi)復雜整(zheng)體精(jing)鑄件鑄造(zao)關鍵技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)，滿足先(xian)進航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天裝(zhuang)備研制(zhi)的(de)(de)需(xu)要(yao)(yao)是(shi)今后工(gong)作的(de)(de)重點。

鈦合金超塑成形/ 擴散連接技術(SPF/DB)

超(chao)塑成形(xing)/擴(kuo)散連(lian)接(SPF/DB)是一(yi)種把超(chao)塑成形(xing)與擴(kuo)散連(lian)接相結合用于制造高精度大型零件的(de)近無余(yu)量(liang)加工(gong)方法，在現(xian)代航(hang)空航(hang)天工(gong)業發(fa)展的(de)推(tui)動下(xia)，經過30多(duo)年的(de)開發(fa)研究和驗證試驗，已進入了(le)實用階(jie)段。

20 世(shi)紀70 年代早期，美(mei)國洛克威爾公司首先(xian)將超塑成(cheng)形技術(shu)應用(yong)(yong)到(dao)飛機(ji)結(jie)構(gou)件(jian)制造(zao)中，使鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)制造(zao)工(gong)藝發生(sheng)了技術(shu)變革。隨后，歐美(mei)將鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)SPF、SPF/DB 技術(shu)列為(wei)重(zhong)點研究項目，促(cu)使超塑成(cheng)形整體鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)結(jie)構(gou)件(jian)已獲得(de)工(gong)程應用(yong)(yong)，并產生(sheng)了巨大的(de)(de)技術(shu)經濟效益(yi)：聯合(he)戰斗機(ji)(JSF)的(de)(de)后緣襟翼(yi)和副(fu)翼(yi)、F-22后機(ji)身隔熱板等重(zhong)要結(jie)構(gou)均采用(yong)(yong)了鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)超塑成(cheng)形/ 擴散連(lian)接的(de)(de)整體結(jie)構(gou)。英國羅(luo)·羅(luo)公司采用(yong)(yong)SPF/DB 技術(shu)研制出了第二代鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)寬弦無凸肩空心(xin)風(feng)扇葉(xie)片(pian)，每個葉(xie)片(pian)實現減重(zhong)35%~40%，處于(yu)世(shi)界領先(xian)地位。歐盟(meng)采用(yong)(yong)超塑成(cheng)形的(de)(de)Ti-6Al-4V 合(he)金(jin)(jin)高度控制儀氣瓶(ping)還應用(yong)(yong)于(yu)阿里安Ⅴ火箭，國外一些導(dao)彈上用(yong)(yong)的(de)(de)鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)蜂窩結(jie)構(gou)的(de)(de)翼(yi)面也采用(yong)(yong)SPF/DB技術(shu)成(cheng)形。

國(guo)內對SPF/DB技術(shu)的(de)(de)研(yan)究開(kai)始(shi)于70 年(nian)代末(mo)，經過30 多年(nian)的(de)(de)發(fa)展，我國(guo)SPF/DB 技術(shu)取得了(le)(le)很(hen)大的(de)(de)進(jin)步。近年(nian)來，我國(guo)新(xin)機研(yan)制(zhi)(zhi)及(ji)改(gai)進(jin)機型中，前緣襟翼、鴨翼、整體壁板(ban)和(he)腹(fu)鰭等大尺寸鈦合金構件(jian)采(cai)用SPF/DB技術(shu)。針對航(hang)天(tian)型號對金屬防熱(re)結(jie)構的(de)(de)需求，航(hang)天(tian)材料(liao)及(ji)工藝研(yan)究所開(kai)展了(le)(le)鈦合金波(bo)紋板(ban)SPF 技術(shu)研(yan)究，成功制(zhi)(zhi)備出TC4 鈦合金防熱(re)瓦等熱(re)結(jie)構部件(jian)。

SPF/DB 應(ying)(ying)(ying)用(yong)于航空(kong)航天(tian)具有兩方面的優勢，一方面是滿足航空(kong)航天(tian)復(fu)雜幾何形狀零(ling)件(jian)(jian)(jian)的要求，另一方面可以不用(yong)接頭(緊固(gu)件(jian)(jian)(jian)或鉚(liu)釘等)獲得整體(ti)結(jie)構。SPF/DB 技術的應(ying)(ying)(ying)用(yong)方向為(wei)：大(da)型結(jie)構件(jian)(jian)(jian)、復(fu)雜結(jie)構件(jian)(jian)(jian)、精密薄壁件(jian)(jian)(jian)的超(chao)塑(su)成形;高速超(chao)塑(su)成形技術的研究與開發。SPF/DB 技術應(ying)(ying)(ying)用(yong)表明(ming)：盡(jin)管(guan)鈦(tai)合金成本高，但成本效益(yi)、可靠性、長壽(shou)命(ming)和重量輕量化對航空(kong)航天(tian)的吸引力更大(da)。

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