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鈦合金低成本制造技術簡介

[ 來源: | 作者:本站 | 發布時間:2019-11-22 | 瀏覽:20次 ]

目前,鈦合金仍然存在成本過高的問題,嚴重制約了其應用拓展。與鋼材及鋁合金成本相比,鈦合金的成本價格是鋼鐵的近17倍左右,鋁合金的4.5倍左右。據美國波音公司統計分析,航空鈦合金材料從原料到成品入庫的總成本中,海綿鈦原材料成本占46%,熔煉、加工成形、熱處理及檢驗等成本占54%。從成本構成來看,鈦合金低成本制備加工技術發展主要有3條技術途徑:一是解決鈦金屬提取冶金的低成本化問題,發展連續高效的提取冶金新技術,降低海綿鈦原材料成本;二是發展鈦合金的短流程高效制備新技術,大幅降低鈦合金制備加工成本;三是采用高效低成本的近凈成形新技術,大幅提高鈦合金材料的利用率,進而大幅降低鈦合金的使用成本。

一、鈦金屬提取冶金新技術

北科大USTB新型清潔鈦提取工藝

這種新型清潔鈦提取冶煉工藝以二氧化鈦和碳為原料在1500℃左右的溫度下熱還原制備出導電性能良好的碳氧化鈦(Ti-C-O),并以其為陽極在400-1000℃的熔鹽體系中電解,陰極上得到的碳和氧均低于5×10-4的金屬鈦。

劍橋FFC法

FFC劍橋法(英語:FFC Cambridge Process)是一種將固體金屬,尤其是氧化物,置于陰極,在熔融鹽中還原成較純金屬或者合金的電化學方法。FFC劍橋法被視為一種具有潛力的精煉方式,未來可能可以取代某些現有的金屬生產方式,例如長期用于精煉鈦的克羅爾法。

二、鈦合金高效制備新技術

鈦合金高效制備新技術的發展主要有四個方向,分別為低成本鈦合金設計、短流程熔煉軋制技術、鈦合金加工性能的優化與提高及鈦合金制備加工優化與創新技術。具體舉例如下:低成本鈦合金制造技術以Fe、Si、Al、Sn(Cu、Cr、Mn)+O、N、H等低廉元素代替V、Mo、Nb、Ta等昂貴元素,降低原材料本身問題。南京工業大學的鈦合金連鑄連軋(CC-HR)短流程新技術一種鈦及鈦合金低成本連軋技術和設備,在氬氣保護或惰性氣體氣氛下,采用大于65KW的等離子槍作為熱源,通過感應加熱爐、軋制機組、導輪組件實現鈦及鈦合金圓形、扁形鑄錠的連續鑄造和連續軋制,降低鈦合金加工成本約30%以上。生產的鈦及鈦合金成分均勻、無偏析、無冶金質量問題,常規力學性能與傳統加工方式獲得的板、棒材的性能相當。

三、提高鈦材利用率

通過采用粉末冶金近凈成形技術和增材制造技術等,實現鈦合金材料的高利用率。

粉末冶金近凈成形技術

為了降低鈦及鈦合金產品的成本,國外大力發展無切削、少切削的近凈成形工藝,而粉末冶金技術就是近凈成形工藝之一。一般鍛件的材料利用率僅為10%~15%,一般鑄件的材料利用率為45%,而用粉末冶金技術成形鈦及鈦合金零部件時材料利用率幾乎可以達到100%。目前,國內外主要粉末冶金近凈成形技術如上表所示。增材制造技術目前應用于鈦合金部件加工中的生產工藝有激光選區熔化成形技術、電子束熔絲成形技術、激光立體成形技術和電子束選取熔化成形技術。隨著科學技術的進步,鈦合金材料的應用范圍將不僅僅局限于航空航天、國防和醫療衛生方面,鈦合金3D打印技術也會不斷的完善和發展。在第十七屆全國鈦及鈦合金學術交流會上,南京工業大學材料學院教授/副院長常輝教授表示:“如果鈦合金成本能夠降低50%左右,鈦合金用量將取得非常大的提升,特別是在海洋工程領域和兵器裝備領域,當然民用領域的用量也將會得到大幅提升。估計用量將會達到30~60萬噸/年的規模,與現在6萬噸左右/年用量相比,用量將會提高5~10倍。到時,我國鈦工業水平也將會達到新的高度。


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