1. 什麼是鈦合金
鈦合金
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概念定義： 以鈦為基加入其他合金元素組成的合金稱作鈦合金。鈦合金具有密度低、比強度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優點,是較為理想的航天工程結構材料。
研究范圍： 鈦合金可分為結構鈦合金和耐熱鈦合金,或α型鈦合金、β型鈦合金和α＋β型鈦合金。研究范圍還包括鈦合金的成形技術、粉末冶金技術、快速凝固技術、鈦合金的軍用和民用等。
(一) 發展過程
50年代初～70年代初
需求動力： 為滿足航空工業對材料的需求,鈦合金受到重視並得以發展,技術基礎主要是冶金學和工藝學。
主要特點： 該階段的特點是從材料的探索研究逐步轉向應用。主要材料有Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn等,主要用於航空發動機、航天用壓力容器、發動機殼體等。
典型成果和產品：典型材料:Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn
70年代～90年代
需求動力： 鈦合金應用領域的擴大,使鈦工業得到迅速發展,新工藝和新技術推動鈦合金成形工藝的發展。
主要特點： 該階段的特點:(1)鈦在航空航天工業應用量不斷增加,在其它行業如海洋工程、化工、電力、冶金、醫療等方面的應用也日趨增多,成為第三金屬。(2)新型鈦合金不斷問世,如高強鈦合金、耐熱鈦合金等。(3)採用新工藝技術如超塑成形、快速凝固技術和等溫鍛造等。(4)為擴大應用而重視降低成本問題。
典型成果和產品：典型材料: Ti-1100, Ti-1023, IMI834, Timetal62S, SP-700等
(二) 現有水平及發展趨勢
鈦合金是航空航天工業應用較廣的一種金屬材料,按用途可分為結構鈦合金和高溫鈦合金(使用溫度>400℃)。
結構鈦合金以Ti-6Al-4V為代表,該合金已廣泛用於飛機、導彈上,並已由次承力結構件轉為主結構件。為適應更高強度和韌性的要求(如強度提高至1275～1373MPa,比強度提高至29～33,彈性模量提高至196GPa),近年研製了許多新型鈦合金,如美國的Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al;Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr(β-C),Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo-0.23Si,Ti-4.5Al-1.5Cr;英國的Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si(IMI500)、日本的SPF00、CR800、SP700和前蘇聯的BT22等。其中Ti-15-333鑄件和β-C可取代沉澱硬化不銹鋼和鎳基合金,Ti-6-22-22在美國先進戰術戰斗機（ATF）的樣機F－22A中的用量佔22%（重量）。日本的SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe),不僅強度高,而且在755℃達超塑性,延伸率可達2000%,成形性好,加工成本低,可取代Ti-6Al-4V,已用於航天構件。
高溫鈦合金近年來取得一定進展,在該領域中,美國和英國占據優勢。但兩國採用的開發方法和側重點則截然不同。英國採用的是以α相固溶強化為提高蠕變強度的必要手段而無需β相共存的方法,側重於研究近α型合金,即開發以提高蠕變強度為主的Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si(使用溫度400℃)、Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si(IMI679,使用溫度450℃)、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si(IMI685)合金和以改善疲勞強度為主的Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si(IMI829)和Ti-5.5Al-4.5Sn-4Zr-0.4Mo-0.8Nb-0.4Si(IMI834)。
美國則採用通過犧牲疲勞強度來提高蠕變強度的方法,側重研究鉬含量較高的合金,如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(6242,使用溫度470℃)、6242S(使用溫度500℃)合金。隨後,又研究開發了Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si合金(Ti-1100),其使用溫度提高到600℃。
最近美國又研製了Timetal21S(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si)(又稱β21S),使用溫度704℃,可用於製造高溫導管及壓力管,被優選為美國國家空天飛機(NASP)機體用金屬基復合材料的基體材料。目前,這些新型高溫鈦合金均尚未進入實用化階段。
目前高強度鈦合金超塑性成形技術發展很快,其發展趨勢是氣壓成形等溫鍛造和真空成形法。
美國在鈦合金的研製和應用方面,一直處於領先水平,據統計在美國的航空工業中,鈦的消費比例為70%,美國在鈦合金的成形方面,主要採用了超塑性條件下的等溫鍛造和板材成形。為降低成本,擴大應用,美國推出新牌號的合金,如Timetal62S(Ti-6Al-2Fe-0.1Si),以鐵代釩在成本上優於Ti-6Al-V,而且性能與之相當。
前蘇聯鈦工業已有35年以上的歷史,它的發展過程平穩,沒有大的起伏。生產了大量的與Ti-6Al-4V及Ti-5Al-2.5Sn類似的合金以及一系列高溫高強合金,並研究了特種耐蝕鈦合金,如4200、4210、4207等,在航天工業中,前蘇聯廣泛採用超塑性條件下鈦合金的氣壓成形工藝。
英國在耐熱鈦合金的研究和應用方面同美國各占優勢,但其側重研究近α型合金,即大力開發以提高蠕變強度為重點的合金,如Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si、Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si(IMI879)、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si(IMI685)等,其中IMI685在歐洲已獲得廣泛應用。
近年來,日本在鈦合金的研究方面也取得了較大進展,如為降低成本開發了SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)合金,該合金的成形性能優於Ti-6Al-4V。日本採用低應變率的超塑性真空成形工藝。
(三) 主要研究機構
美國鈦金屬公司(American Titanium Metal Company)，主攻技術及工程：鈦合金
蘇聯全蘇輕合金研究所(ВИЛС)，主攻技術及工程：主攻技術: 鈦合金
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鋁合金是純鋁加入一些合金元素製成的，如鋁—錳合金、鋁—銅合金、鋁—銅—鎂系硬鋁合金、鋁—鋅—鎂—銅系超硬鋁合金。鋁合金比純鋁具有更好的物理力學性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類，各種類均有各自的使用范圍，並有各自的代號，以供使用者選用。
鋁合金仍然保持了質輕的特點，但機械性能明顯提高。鋁合金材料的應用有以下三個方面：一是作為受力構件；二是作為門、窗、管、蓋、殼等材料；三是作為裝飾和絕熱材料。利用鋁合金陽極氧化處理後可以進行著色的特點，製成各種裝飾品。鋁合金板材、型材表面可以進行防腐、軋花、塗裝、印刷等二次加工，製成各種裝飾板材、型材，作為裝飾材料。
2. 鈦合金生產製造新方法——增材製造
增材製造技術的快速發展，為鈦合金的生產製造提供了新的方法，激光/電子束、熔焊和固態焊三種增材製造方法在鈦合金生產中得到了國內學者的廣泛研究。研究表明，鈦合金採用增材技術可得到高質量零件，但不同增材技術具有不同技術特徵，實際應用及未來發展中需要根據實際需求採用不同的增材方法。
1.序言
鈦及鈦合金因具有密度小、耐高溫、耐腐蝕等優異的物理性能及化學性能，在各工業領域都具有廣闊的應用前景，包括船舶製造、航天航空、汽車製造等，同時它也是國防工業的重要材料之一。鈦合金的應用對工業發展起到巨大的推動作用，優於傳統材料的性能使其產品質量有了很大提升，滿足了工業發展對新材料、新工藝的發展要求，加速了現代工業的發展。隨著鈦生產力的不斷改善，鈦合金已經成為工業生產中的第三金屬。
增材製造（Additive Manufacturing，AM）又稱「3D列印」，是一種可以實現構件的無模成形的數字化製造技術，具有設計和製造一體化、加工精度高、周期短，產品物理化學性能優異等特點。增材製造技術從20世紀70年代以來發展迅速，因其與傳統製造技術具有巨大差異，已然成為工業領域的研究熱點，在現代工業的多領域都得到了快速發展。
增材製造技術的迅速發展，理論上可以實現任何單一或多金屬復合結構，為復雜結構件的製造提供了新方法。鈦合金的增材製造技術，解決了精密結構件的加工難題，進一步加大了鈦合金的應用范圍。伴隨著工業社會的迅速發展，鈦合金增材製造技術日新月異，按照增材製造技術的熱源不同，可將鈦合金增材製造技術分為激光/電子束增材製造、熔焊增材製造和固態焊增材製造三種方式。國內外的專家學者通過不同的增材製造技術手段，優化工藝方法，穩定增材製造過程，減少或避免增材製造結構缺陷產生，使鈦合金增材製造技術朝著綠色、高效、穩定的方向繼續發展。
2. 激光/電子束增材製造
激光束和電子束作為高密度束源，能量密度高並可調控，被譽為21世紀最先進的製造技術。目前激光/電子束增材製造主要分為激光金屬沉積（Laser Mental Deposition，LMD）技術、激光選區熔化（Selective Laser Melting，SLM）技術、電子束熔絲沉積（Electron Beam Free Form Fabrication，EBF3）技術、電子束選區熔化（Electron BeamMelting，EBM）技術，在鈦合金增材製造領域皆有廣泛研究。
2.1 激光金屬沉積（LMD）
Mahamood等人採用LMD技術進行了Ti6Al4V/TiC 的功能梯度材料（Functionally gradedmaterials，FGM）研究，根據早期經驗模型進行工藝優化，獲得優化後的功能梯度材料，對其組織、顯微硬度、耐磨性進行表徵。研究結果表明，採用優化後工藝參數製造的功能梯度材料擁有更高的性能，硬度是基體硬度的4倍，高達1200HV。Silze等人利用新型半導體激光器採用LMD技術進行Ti6Al4V的增材製造試驗研究，LMD裝置是由6個200W半導體激光頭圓形環繞在進給槍上（見圖1），激光束直徑0.9mm，可以實現方向獨立的焊接工藝過程，顯微結構無缺陷。研究結果表明，隨著層間停留時間的延長，冷卻時間增加，晶粒厚度降低，有助於提高材料的力學性能，採用LMD技術增材製造均能滿足鍛造Ti6Al4V所規定的最低屈服強度和抗拉強度要求。
Heigel等人採用原位溫度、應力實時測量與熱機模型結合有限元熱-應力順序耦合模型的方式，研究了Ti6Al4V激光沉積增材製造過程中的熱、力演化過程，結果發現殘余應力最大力出現在增材層的中心下方，向兩側方向應力減小，隨著停留時間增加，層間溫度差變大，殘余應力增大。左士剛利用TA15鈦合金球形粉末採用激光沉積技術進行了TC17鈦合金增材修復製造過程研究，研究了修復件組織特性與力學性能影響規律。結果表明，採用激光沉積技術增材修復後的TA15/TC17修復件無焊接缺陷，修復件抗拉強度為1029MPa，採用退火處理後，力學性能明顯增強，抗拉強度基本可達TC17鍛件標准，伸長率優於標准。
綜上所述，對於鈦合金的LMD技術增材製造相對較為穩定，增材件力學性能基本滿足鍛件最低標准，對於某些特定需求鈦合金則要進行增材製造後熱處理的方式達到使用要求。
2.2 激光選區熔化（SLM）
唐思熠等人採用SLM技術制備Ti6Al4V鈦合金試樣（見圖2），並對微觀組織、力學性能和緻密化行為進行了分析研究。結果發現，激光功率從360W增加到400W時，緻密度提高明顯；在400W後繼續增加功率，緻密度受激光掃描速度的影響較大，最優工藝參數下的試樣質量遠高於鍛件標准。
Polozov等人採用SLM技術進行增材製造Ti-5Al、Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb塊狀合金，對Ti-Al-Nb系統進行退火處理，對試樣進行系統表徵研究。結果發現，Ti-5Al可以採用SLM增材製造成鈦合金，Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb則需要在1350℃下熱處理才能完全溶解Nb顆粒，但是此時樣品氧含量較高，力學性能降低。
Fan等人研究了SLM技術增材製造Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo（Ti-6242）鈦合金在標准時效（595℃/8h）下的顯微組織穩定性。研究結果發現，隨著激光掃描速度的提高，相對密度增加到99.5%後急劇下降到大約95.7%，時效老化處理的Ti-6242相對剛製成的Ti-6242抗拉強度從1437MPa提升至1510MPa，延展性從5%降低到1.4%，同時硬度也從410HV增加到450HV，β相顆粒的沉澱硬化作用是產生這種變化的重要原因。
Ren等人採用SLM技術增材製造進行了Ti-Ni形狀記憶合金組織性能的研究工作，制備等原子Ti50Ni50（質量分數）樣品，結果發現，在激光功率為40J/mm3，掃描速度為1000mm/s下可製造幾乎完全緻密試樣，不同掃描速度對相組成、相變溫度和維氏硬度的影響作用有限，與傳統鑄件相比，SLM技術增材製造件擁有較高的真空壓縮和斷裂強度。
綜上所述，對於Ti6Al4V的SLM技術增材製造相對較容易實現，對於鈦與其他元素合金的SLM技術增材製造還需要做進一步地研究，需要進行預熱或者其他熱處理手段和進行氧含量的控制手段來增強其他鈦合金SLM技術增材製造的力學性能，獲得高質量的研究試樣。
2.3 電子束熔絲沉積（EBF3）
靳文穎研究了TC4鈦合金的電子束熔絲沉積增材修復技術，進行了普通TC4焊絲和自製TC4EH焊絲的增材修復性能對比。研究發現，採用自製TC4EH焊絲的抗拉強度（905.23MPa）明顯高於TC4普通焊絲（809.04MPa），硬度和沖擊韌度同樣較高，伸長率可達原材料的90%以上，具有優良的力學性能。
Chen等人進行了電子束熔絲沉積Ti6Al4V變形控制研究（見圖3），電子束以100~150mA之間的掃描電流和低於100mm/s的速度工作，則可以形成薄壁件，掃描形式對殘余應力分布影響不大，單向掃描變形更大，收縮變形在往返掃描情況下較為明顯，並且與電流變化成正比關系，同時，發現基板底部恆定溫度約束下，變形得到改善。
Yan等人研究了電子束熔絲沉積Ti6Al4V加強筋的殘余應力與變形，研究發現，兩個加強筋都對板產生不利的變形，縱向軌道比橫向軌道引起板更大的變形，加強筋的沉積軌跡對變形有很大影響，最大位移發生在與縱向軌道相關的加強筋的內底邊緣，高殘余應力區域主要集中在加強筋的根部。
綜上所述，對於鈦合金的電子束熔絲沉積增材製造的研究相對較少，主要偏向藉助有限元分析軟體的變形控制等領域。分析認為，電子束熔絲沉積增材製造可以克服傳統的鈦合金加工方式的弊端，藉助有限元分析軟體更為實際應用過程中提供了基礎理論的指導。
2.4 電子束選區熔化（EBM）
Murr等人採用EBM增材製造的方法制備多孔泡沫Ti6Al4V，研究了剛度與密度之間的關系。結果發現泡沫具有實心孔和中空孔結構，與實心、緊密的EBM製造件相比，中空孔結構的強度與硬度成正比，強度高出40%，並且剛度與孔隙率成反比，採用EBM增材製造的泡沫材料在生物醫學、航空航天等領域的應用具有巨大潛力。
許飛等人採用電子束選區熔化技術對制備的TC4鈦合金開展了大功率高速光纖激光焊接試驗研究。結果表明，受EBM技術增材製造TC4的晶粒尺寸差異的影響，激光焊接試驗熔合區靠近上下表面的β柱狀晶組織相對細小。焊縫區顯微硬度高於增材區硬度，且頂部硬度較高。
Seifi等人研究利用EBM增材製造Ti-48Al-2Cr-2Nb的組織性能研究，結果發現，所沉積的材料強度和硬度值超過了常規鑄造Ti-Al所獲得的強度和硬度值，這與目前測試的增材材料中存在更精細的微觀結構相一致。
Surmeneva等人研究了採用EBM技術增材Ti–10%Nb（質量分數，下同）的組織性能研究。結果發現，通過EBM技術元素Nb和Ti的粉末混合物中原位生產Ti-10%Nb合金，最大的Nb顆粒保留在EBM製造的樣品中，並且Nb僅部分擴散到Ti中，如圖4所示，應該對EBM工藝的參數優化進行更多的研究，以實現更均勻的合金顯微組織。
綜上所述，對於Ti6Al4V的EBM研究相對較為廣泛，發現對於Ti-Nb合金的EBM技術增材製造仍難很好地解決Nb顆粒的擴散問題，會導致顯微組織不均勻，因此對於Ti-xNb合金的增材製造還需要更多的工藝優化試驗進行材料性能的提升。
3.熔焊增材製造
與其他增材製造方式相比，熔焊增材製造操作性更強，成本更低，但結構可靠性相對較低。熔焊增材製造一般採用焊絲增材製造，但是由於基材和初始沉積層之間的熱梯度大，以及輻射和對流熱損失，會在製造的部件底部觀察到細晶粒結構。由於較低的熱梯度，傳熱速率較低，這阻礙了在增材過程的中間層形成細晶粒結構，而只在製造部件的中間形成長的柱狀晶粒。
3.1 CMT電弧增材製造
李雷等人採用CMT電弧增材TC4薄壁結構，研究其增材層組織性能。結果發現，由於增材過程熱循環的反復作用，原始β柱狀晶晶界、水平層帶條紋、馬氏體組織和網籃組織等形態出現在增材層中，由於時效作用，對中下部區域產生強化作用，造成上部增材層顯微硬度略低於中下部顯微硬度（見圖5）。
陳偉進行了CMT電弧增材TC4的微觀組織及力學性能研究。結果發現，在設定送絲速度為3.0m/min、焊接速度為0.48m/min的參數下，原始β晶粒剖面面積最小，CMT電弧增材製造TC4鈦合金在870℃，1h/固溶爐冷（FC）+600℃、2h/固溶空冷（AC）下熱處理，獲得的各區域微觀組織較均勻，固溶處理後的材料塑性較高。
3.2 等離子弧增材製造
Lin等人採用PAW增材製造Ti6Al4V，在微觀結構和顯微硬度方面進行了研究。結果發現，先前的β柱狀晶粒的外延生長受到脈沖擾動的抑制，這導致形成了具有接近等軸晶粒的柱狀晶粒，在沉積早期，由於熱循環不足，顯微硬度較低，在後續沉積中，硬度升高，在沉積層的頂部，不受連續熱循環的影響，導致第二相的體積減小，硬度值降低。
馬照偉進行了旁路熱絲等離子弧增材製造鈦合金的組織性能研究（見圖6）。結果發現，鈦合金增材構件的橫向抗拉強度為977MPa，強度與TC4母材的抗拉強度相當，斷裂位置在增材直壁結構尾部區域，這是由於橫向焊縫為連續熔化-凝固而來，焊縫中的缺陷和雜質較少，使得橫向焊縫具有良好強度性能的鈦合金增材構件的豎向抗拉強度為
936MPa，斷裂位置在增材直壁結構上部區域，性能較橫向焊縫稍差。靠近母材的熱影響區硬度相對較低，出現了小范圍的軟化區，整體的豎向硬度差別並不明顯。
3.3 復合電弧增材製造
Pardal等人進行了激光和CMT復合焊接增材製造Ti6Al4V的結構件穩定性研究。結果發現，激光可用於穩定焊接過程，減少焊接飛濺，改善電弧漂移的情況，改善單層和多層沉積的焊縫形狀，並將Ti6Al4V增材製造的沉積速率從1.7kg/h提高到2.0kg/h。
綜上所述，對於熔焊增材製造鈦合金主要集中在TC4的研究中，多採用CMT、等離子等高效熔絲工藝方式，同時採用其他熱源輔助焊接的方式穩定焊接過程，進行鈦合金的增材製造。分析認為，對於熔焊鈦合金增材製造的發展方向應開拓研究制備鈦合金功能性材料，便於多領域全方位的應用推廣，復合熱源的增材方式或其他可控熱輸入的穩定
增材方式會成為熔焊增材的熱門研究方向。
4.固態焊增材製造
4.1 攪拌摩擦增材製造（FSAM）
攪拌摩擦增材製造是一種從攪拌摩擦焊接技術發展而來的固相增材技術，原理如圖7所示。增材效率高、成本低；在增材過程中沒有金屬的熔化和凝固，可以避免熔池帶來的冶金缺陷問題，同時攪拌摩擦過程中塑性變形還可以起到晶粒細化的作用，獲得低成本、高質量增材產品。
張昭等人基於Abaqus生死單元法和移動熱源法建立兩種攪拌摩擦增材製造Ti6Al4V有限元模型，研究攪拌摩擦增材的溫度分布和晶粒生長情況。研究結果發現，橫向增材峰值溫度大於縱向增材峰值溫度，在攪拌區冷卻及增材累積過程晶粒粗化，並且由β相轉變為α相，由於不同熱循環次數的影響，低層攪拌區晶粒尺寸較大，高層攪拌區晶粒尺寸較小。
4.2 超聲波增材製造（UAM）
超聲波增材製造（UAM）是一種新的快速成形工藝，用於在室溫或接近室溫的條件下製造金屬基復合材料。較低的加工溫度使復合材料能夠通過利用嵌入在基體中的高度預應變的形狀記憶合金（SMA）纖維產生的回復應力。
Hahnlen等人利用UAM技術製造NiTi-Al復合結構界面強度研究，纖維-基體界面的強度是UAM復合材料的限制因素。結果發現，平均界面剪切強度為7.28MPa，纖維與界面結合方式是機械鍵合，未發生化學鍵合或冶金鍵合方式。
為提高碳纖維增強材料（CFRP）的承重能力，使其能在航空航天和汽車工業上進一步推廣應用，James等人進行了CFRP/Ti的超聲波增材製造中剪切破壞強度的研究，研究結果發現，採用UAM技術可以實現CFRP/Ti的結構製造，超聲波能量和表面粗糙度都對UAM製成結構的剪切強度產生積極影響，在焊接前增加界面的表面粗糙度有助於增加最終焊縫的剪切破壞負荷。
綜上所述，關於超聲波增材製造鈦合金的研究較少，主要進行的是金屬基復合材料的研究，以增強復合材料的特定性能滿足實際生產應用，分析認為，在未來研究中，應側重於提升復合材料的力學性能研究方向。
5 結束語
隨著現代工業的迅速發展，輕量化的設計成為結構件的發展方向，對結構件的性能和質量要求變的越來越嚴格，鈦合金增材製造技術的迅速發展，可以進一步擴大鈦合金結構件的應用范圍，提高鈦合金增材件的性能，增強結構穩定性。綜合國內外所研究的鈦合金增材製造技術和現代工業的發展方向，未來鈦合金增材製造技術註定將朝著綠色、經濟、穩定、快速的方向發展。
1）從綠色發展方向來看，攪拌摩擦增材製造起步階段較晚，還處於試驗研究階段，未來進行多金屬材料的復合結構增材製造，實現特定結構的特種性能，將是該技術的一個研究方向。
2）對於經濟、穩定的發展方向，則需要進行電弧增材的穩定性過程探索，尤其是新型復合電弧增材製造的穩定性研究。
3）對於快速性的發展方向，目前階段激光/電子束增材製造工藝相對較為成熟，應繼續探究激光增材製造的經濟適用性，從實際生產中的裝配精度到生產製造中的工藝優化過程，進而降低生產成本，為鈦合金增材製造結構件大面積的生產應用打下基礎。
3. 鈦合金棒是什麼技術鈦合金棒有哪些生產廠家
隨著科學技術的發展，人拆緩們使用的建材更加安全和耐用，而且安全性很高。鈦合金棒是一種二次加工材料，可用於建築工程或者室內裝飾。這種建材主要的特點就是質量輕，強度高。應用在建設中，是一種非常安全的材料。但大多數人並不知道什麼是鈦合金棒，下面我們來告訴大家鈦合金棒的技術以及生產鈦合金棒的廠家有哪些。
一、鈦合金棒的技術
1:鈦及鈦合金棒材的化學成分應符合GB/T3620.1，的規定，需方復驗時，化學成分的的允許偏差應符合GB/T3620.2的規定。
2:熱加工棒材的直徑或邊長及其允許偏差應符合表一的規定。
3:熱加工後經車(磨)光棒材及冷軋，冷拔棒材的直徑允許偏差應符合表二的規定。
4:熱加工後經車(磨)光棒材的不圓度應不大於其尺寸公差之半。
5:加工態棒材的不定尺長度為300-6000mm,退火狀搭御指態棒材不定尺長度為300-2000mm，定尺或倍尺長度應在不定尺長度范圍之內.定尺長度允許偏差為+20mm;倍尺長度還應計入棒材的切口量，每知配一切口量為5mm.定尺或倍尺長度應在合同中註明。
二、鈦合金棒有哪些廠家
1.深圳順和鈦電熱五金製品有限公司初始成立時間：自1997年主要經營項目：鈦原材料及鈦製品。其實鈦原料包括鈦板、鈦棒、鈦管、鈦線等;還有鈦製品主要是鈦籃、鈦螺絲、鈦掛具、鈦冷卻、發熱管、連續鍍耗材(PP蛇型管)、國標及非標鈦製品。
2.興化市強民金屬製品廠坐落於江蘇省興化市張郭鎮。我們是從事鈦材料及產品的開發、研製、生產的專業型企業。但是鈦是一種價值較高的稀有金屬，具有比重輕、強度高、耐腐蝕等特點。在廣泛應用於航天.醫療.化工.氯鹼、海水凈化、體育器材等諸多行業，本公司產品暢銷全國.遠銷海外。
3.東莞市日運金屬材料有限公司坐落於享有「世界工廠」之稱的東莞市，成立於2009年，是金屬材料深加工專業型企業。它擁有完善的金屬工專用生產設備，並配備了齊全的測試手段。但是東莞市日運主營不銹鋼、特殊鋼、銅材、鋁材、模具鋼、鎢鋼、高速鋼等領域，在成為東莞市場主要金屬材料供應商的同時。
現在的人們所使用的建築材料有了很大的發展，安全性也越來越高，以上內容講的是鈦合金棒的相關內容，通過閱讀是不是對這種建材更加了解了，鈦合金棒現在也可以使用在家裝中，對於處於裝修中的你有必要了解一下。
4. 對於鈦合金,鎂合金等低塑型材料的成型可以採用什麼成型
鈦合金特點： 以鈦為基加入其他合金元素組成的合金稱作鈦合金。鈦合金具有密度低、比強度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優點,是較為理想的航天工程結構材料。
研究范圍： 鈦合金可分為結構鈦合金和耐熱鈦合金,或α型鈦合金、β型鈦合金和α＋β型鈦合金。研究范圍還包括鈦合金的成形技術、粉末冶金技術、快速凝固技術、鈦合金的軍用和民用等。
鋁合金是純鋁加入一些合金元素製成的，如鋁—錳合金、鋁—銅合金、鋁—銅—鎂系硬鋁合金、鋁—鋅—鎂—銅系超硬鋁合金。鋁合金比純鋁具有更好的物理力學性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類，各種類均有各自的使用范圍，並有各自的代號，以供使用者選用。
鋁合金仍然保持了質輕的特點，但機械性能明顯提高。鋁合金材料的應用有以下三個方面：一是作為受力構件；二是作為門、窗、管、蓋、殼等材料；三是作為裝飾和絕熱材料。利用鋁合金陽極氧化處理後可以進行著色的特點，製成各種裝飾品。鋁合金板材、型材表面可以進行防腐、軋花、塗裝、印刷等二次加工，製成各種裝飾板材、型材，作為裝飾材料。
說穿了二者都是合金材料，都有質輕強度好的特點，但是鈦合金比鋁合金的強度好，剛性好，塑性也要好所以在航空材料時選用鈦合金
5. 鈦合金（TA、TC、TB）鑄造性能闡述
鈦及鈦合金鑄件鑄造生產工藝
鈦及鈦合金具有密度低，比強度高，耐腐蝕，線脹系數小，生物相溶性好等優異性能，在航空、航天、遠洋運輸、化工、冶金、醫療衛生等行業中都是不可缺少的結構材料。工業上最初應用的鈦及鈦合金製件都是變形件，隨著其用量的增多和應用范圍的擴大，變形反映出機械加工量大，材料利用率低，生產成本高等弊端，於是鑄造技術由此發展起來。鈦鑄造是比較經濟且又容易實現的近成形工藝。鈦及鈦合金在熔融狀態下具有高化學活性，要與常用的各種耐火材料發生化學反應，熔煉和鑄造成形難度很大，必須有其專用的造型材料和造型工藝以及專用的熔煉與鑄造設備。
一）熔煉工藝：
我國的鈦鑄造90% 以上熔煉與鑄造設備都採用真空自耗電極電弧凝殼爐加離心鑄造。坩堝採用水冷銅坩堝，鈦液的最大澆注量為500 kg。
自耗電極電弧熔煉法是以鈦或鈦合金製成的自耗電極為陰極，以水冷銅坩堝為陽極；大電流熔煉，鈦電極的熔化速度遠遠大於鈦的凝結速度，熔化了的電極以液滴形式進入坩堝，形成熔池；熔池表面被電弧加熱，始終呈液態，底部和坩堝接觸的四周受到循環水強製冷卻，產生自下而上的結晶。這種方法具有結構簡單、維持費用低、大型化容易等優點，缺點是澆注溫度難以調節和控制，一停弧後，金屬液必須在3~5秒內全部從坩堝倒出，否則溫度急劇下降，金屬液過熱度不高，使得液體流動性和補縮能力較差。自耗電極電弧熔煉對電極的質量要求很高，要求電極內部組織緻密。熔煉過程中危險性較大，稍微操作不慎將會出現電弧損壞坩堝，造成坩堝外壁強製冷卻的循環水進入坩堝，污染鈦液，水蒸氣損壞真空泵系統。
二）鑄造型腔工藝：
鈦合金鑄造的造型工藝主要有金屬型、機加工石墨型、金屬面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼。
1）金屬型
金屬型在鈦合金鑄造領域中，用作鑄型的金屬材料主要有銅、鋼、鑄鐵、鎢、鉬等，與石墨加工型一起統稱為硬模系統。由於存在著工藝上的分型等難點，這種方法很難製造出復雜形狀的鈦鑄件，而大多隻在特定的鑄件上使用。
2）石墨型
機加工石墨型強度高，退讓性不好，對液態鈦要產生激冷，常使鑄件表面產生裂紋和冷隔，生產成本高、生產周期長。石墨孔隙較大，容易吸潮，所以機加工石墨型使用前必須進行除油、除氣處理，否則鑄件表面氧化現象嚴重。鑄件尺寸比較大，壁比較厚（≥5mm），形狀簡單，所需數量只有一件或幾件。選擇機加工石墨型。
3）陶瓷型
（1）金屬面層陶瓷型殼採用難熔金屬鎢粉作為耐火材料，金屬鎢的熔點高，與鈦液接觸時化學穩定性好，但是鎢粉應具有較高的純度，雜質含量不能超過規定標准，否則將影響鈦鑄件的品質。鎢面層熔模型殼必需採用溶劑脫蠟，而且在特製的脫蠟槽中進行，對人體健康有很大的傷害，同時也污染環境。鎢面層型殼高溫焙燒必須在還原性氣氛下進行，脫蠟後沉積在型殼外貌上的模料灰分很難燒化，在澆注時很容易與液鈦反應，在鑄件外貌形成氣孔。塗料漿工藝性能不好，懸浮性差，塗料漿壽命短，保存困難，價格昂貴。
（2）氧化物陶瓷型殼是將惰性氧化物做為面層型殼耐火材料。各種氧化物材料按其對熔融鈦合金的化學穩定性由低到高排列的順序如下：SiO2、MgO、Al2O3、CaO、ZrO2、Y2O3、ThO2。ThO2由於具有放射性已基本不用。CaO容易吸潮，所以阻礙了它的應用。現在，用作熔模鑄造型殼面層和鄰面層的材料主要是Y2O3、ZrO2。
未經穩定化處理的ZrO2不能做為鑄鈦的造型材料，因為它會發生同素異形體轉變，常溫下為單斜晶體，高溫下為四方晶體，溫度更高則轉變為立方晶體，單斜晶體轉變為四方晶體時，伴隨著9%左右的體積變化，使型殼發生開裂。通常採取向ZrO2 中加入4%~8%的CaO，經高溫電熔或煅燒後就可以得到穩定的ZrO2 固溶體（也有用Y2O3穩定），工業上大多採用電熔ZrO2。
Y2O3 同ZrO2 一樣，必須經過高溫穩定化處理後才能用作鈦合金造型材料。Y2O3 陶瓷型殼具有熱導率低、強度高等優點，澆注出的鑄件表面質量好，但Y2O3價格比較昂貴，來源困難。
我國的鑄鈦工業發展比較快，近幾年來新增加了一些鑄鈦生產廠。目前，全國的鑄鈦生產廠、研究所已經將近20 個，新增的鈦鑄造廠也都將產品定位在鈦熔模精密鑄件上，陝西錦瀚稀貴金屬有限公司常年與哈爾濱工業大學、西安交通大學、西北工業大學進行技術交流合作，致力於鈦、鎳、鋯及其合金的精密鑄件生產，形成以精密鑄造為主、機加工石墨型為輔的生產模式。
隨著鈦及鈦合金鑄造技術的發展和日益成熟，加上熱等靜壓（HIP）技術的誕生和在鈦合金鑄件方面的成功應用，較好的解決了鑄件的質量問題，提高了鑄件的可靠性。從20世紀80年代以後，鈦及鈦合金鑄件在航空、航天及其他方面的應用每年以20%的速度遞增。鑄造工藝方面，目前已經由單件鑄造發展到幾件或幾十件零件組合成的大型整體鑄件。應用范圍已經從早期的受力不大的非關鍵靜止結構件發展到成為航空發動機中的構件組成部分，完全取代了一些變形鈦合金、鋁合金、鋼件。
隨著航空發動機對推重比和剛度要求的提高，要求其中的一些關鍵鈦合金構件做成大型復雜薄壁的整件精鑄件。一些先進的航空大型渦輪發動機風扇機匣、中介機匣、前機匣、壓縮機機匣等都開始使用鈦合金精鑄件。大型客機的導風管、隔熱屏、支架、框架、耳軸、支撐架、剎車殼體、等也都以鈦合金精鑄件替代原來的構件。
軍用飛機方面，鈦合金鑄件的使用也逐步在增加，如：支座、框架、支架、制動勾、機翼上受力物件、方向舵轉動裝置支架、變速裝置殼件、吊架支撐附件等，實踐證實了鈦合金鑄件在飛機上的應用是成功、可靠的。不僅如此，在生產成本上，由於使用了鈦合金鑄件，使飛機的某些機構的設計、加工、緊固、裝配等都變得比原來未使用鈦合金鑄件時的機構簡化了，從而大大降低了飛機的製造成本。鈦合金鑄件在航天領域中主要用於導彈、太空梭飛船、人造衛星。其應用部位主要為：導彈殼體、尾翼、舵翼及連接座等，太空梭和飛船支架、框架、支座、附件、殼體等，由於鈦合金鑄件具有高的剛性、輕的重量和光學玻璃相當的熱膨脹系數，也應用於人造衛星及其他光學儀器的托框、基座、連結架以及殼體等。
鈦及鈦合金鑄件在日常工業生產方面也有著廣泛的應用領域。由於鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，是化工及其他耐腐蝕工業的不可替代的材料。廣泛應用於化工、造紙、石油、制鹼、冶金、農葯等工業。主要應用產品是以工業純鈦和鈦—鈀合金為材質的鑄造鈦泵、鈦風機，各種不同類型的閥門，如：截止閥、球閥、旋塞閥、閘閥、蝶閥、止回閥等。
隨著人們生活水平的提高和對健康質量要求的提升，鈦合金以其高的疲勞強度，和人體超強的親和力等諸多優點，也被越來越多的用在醫療衛生領域。如：鑄造鈦合金髖關節修復件、膝關節修復件、人體假肢、口腔修復等等。運動器械領域鈦合金精密鑄件的用量非常巨大，如：自行車配件，高爾夫球頭。尤其是鈦合金高爾夫球頭市場容量最為巨大，但鑄造工藝比較復雜。
目前，鈦及鈦合金鑄件的使用范圍還在擴展，更多的應用領域也在相繼研究，但還存在著一些問題：1.合金品種少、牌號少，基本上常用的鈦合金都是工業純鈦鑄件和TC4合金鑄件。2.鑄件應用范圍小，大部分鑄件都用在了石油化工行業（工業純鈦鑄件），航空、航天領域應用很少，致使我國鈦鑄造工業的工藝和技術水平難以提高。3.造型工藝普遍落後，大部分廠家都是用石墨型造型工藝（機加工石墨型和搗實石墨型），而熔模精密鑄造應用很少。鑄造出的鑄件表面比較粗糙。4.熔煉設備基本上都為真空自耗電極電弧凝殼爐，熔煉過程危險性較高，熔化金屬液過熱度不高，造成鑄件表面易產生流痕、冷隔等缺陷，薄壁零件成形困難。
為改善我國鈦鑄造工業生產的落後狀態，提高我國鑄鈦工業的整體工藝和技術水平，還需進行以下幾方面的研究：1.改進現有的造型工藝，研究新的粘結劑和造型材料，簡化工藝，縮短生產周期，降低生產成本。2.研究和發展新的熔煉和鑄造設備及其技術，提高金屬液的過熱度，改善和提高鑄造鈦液的流動性和充型補縮能力，為研製大型復雜薄壁整體精鑄件創造有利條件。3.進一步擴大計算機模擬凝固技術在鈦合金鑄造中的應用，以提高鑄件質量，減小鑄件的廢品率。4.研究和發展鈦合金鑄件的各種熱處理工藝和熱化學處理技術，以改善鈦合金鑄件的微觀組織結構，提高鑄件的力學性能。5.熔模鑄造只能生產中小型鑄件，應尋求一種生產更大型、更凈形、更高效鑄件的造型工藝，提高鈦合金鑄件的生產能力。
6. 鈦合金絲加工工藝有那些
鈦及鈦合金絲由於具有良好的耐蝕性、比強度高、無磁性、與人體的親和性好和形狀記憶功能等特點, 因而不但廣泛應用於航空航天等高技術領域, 而且正越來越多地進入各種民用領域。例如在航天領域廣泛應用的鈦合金絲緊固件, 不僅可以達到減重、耐腐蝕的目的, 而且是鈦合金、碳纖維復合材料等結構件必需的連接件；汽車領域採用鈦合金絲製成的彈簧, 同鋼彈簧相比, 可減重60%~70%；醫療領域採用的鈦合金絲由於具有無毒、質輕、耐生物腐蝕及良好的生物相容性等特性而受到醫生及患者的青睞；在海水養殖方面, 用鈦絲織成的養殖網使用15 年後仍毫無損壞。
鈦及鈦合金屬於難加工材料, 由於鈦的屈強比較高, 一般為0.70~0.95, 彈性較好, 變形抗力大, 而其彈性模量相對較低, 故加工時變形抗力大, 回彈性也較嚴重；而且在加工過程中的粘著問題對製品的表面質量也產生了極為惡劣的影響。目前, 鈦合金絲材的制備工藝通過不斷改進、完善,並採用各種新興技術使鈦合金絲材產品的質量迅速提高, 種類不斷增加, 應用領域進一步擴大。拉拔仍是現今生產鈦合金絲所採用的最普遍方法,通常絲材的生產工藝流程為: 原料→鑄錠熔煉→鍛造→軋制→拉拔→熱處理→檢驗→成品。本文以絲材的生產工藝流程為主線, 重點介紹絲材的拉伸工藝, 簡單介紹絲坯的制備工藝(熔煉、鍛造、軋制)以及絲材加工技術。
1 絲坯制備工藝
1.1 熔煉工藝
鈦是非常活潑的金屬, 在液態下與氧、氮、氫及碳的反應相當快, 因此鈦合金熔煉必須在較高的真空度或惰性氣體(Ar 或Ne)保護下進行。熔煉技術主要有真空自耗電極電弧爐熔煉、真空自耗電極凝殼爐熔煉、電子束冷床爐熔煉、等離子冷床爐熔煉、真空感應爐熔煉等。從耗電量、熔化速度、成本技術經濟指標對比來看, 前兩種仍是目前最經濟適用的熔煉方法。但真空電弧熔煉對消除鈦合金中高密度夾雜和低密度夾雜的能力有限, 而冷床爐熔煉在這方面有獨特的優勢。熔煉鑄錠的質量將影響後續加工工藝以及成品質量, 可通過精選原材料, 選擇合理的熔煉工藝參數(熔煉電流、電弧電壓、真空度、漏氣率、冷卻速度、攪拌磁場強度), 嚴格控制工藝過程, 得到高質量的鑄錠。由於絲材尺寸較小, 加工工藝比較復雜, 對合金內部冶金缺陷(偏析、夾雜)的敏感性增加, 因此熔煉工藝對精確控製成分, 減少合金中的雜質含量, 確保絲材優良的性能非常關鍵。
1.2 鍛造工藝
鍛造的目的是改善組織、提高金屬的綜合性能, 為軋制工序提供坯料。其工序基本流程為: 鑄錠→加熱→開坯鍛造→冷卻→表面清理→變形坯料→加熱→鍛棒→檢驗→成品。
鑄錠和變形坯料的加熱應選擇合適的加熱溫度、加熱速度和加熱時間, 並控制好爐內氣氛, 才能保證產品質量。加熱溫度應選擇變形塑性好、鍛件質量高、變形抗力低的溫度范圍。鑄錠的開坯加熱是在(α+β)/β相變點以上100~200℃(β鈦合金除外)的范圍內; 經過鍛造變形的坯料, 粗大的鑄造組織已得到一定程度的破碎, 內部組織得到改善, 塑性提高, 因此再鍛造加熱溫度可隨退火次數增加而逐漸降低; 成品前的鍛造加熱, 為防止β脆性的發生, 獲得良好的組織及綜合性能, 對於α合金和α+β合金應在相變點以下的溫度進行, 對於β合金, 實際上是在β區加熱和鍛造的。由於鈦的導熱系數低, 在室溫下為0.0397K/cm·s·℃, 約是中碳鋼的1/4, 在高溫時卻又相近。因此, 在較低溫度加熱時應採用慢速, 避免加熱過程中表層與中心層形成很大溫度差。在高溫時, 鈦的導熱系數增加, 可採用稍快的速度加熱。
鍛造加工中, 變形溫度、變形量以及變形速度對鍛件質量有重要的影響, 必須正確控制。如前所說, 一般將鍛前的鑄錠加熱到相變點以上, 因為在此溫度下變形抗力低、塑性高, 但若鑄錠開坯的變形量過低, 鑄態組織將不能得到有效地破碎, 其性能較差, 也將直接影響到後續加工。鍛造過程中,若變形量選擇不當將嚴重影響合金的組織與性能。如TC4 合金, 當加熱溫度高於相變點之上, 而變形量不夠大時, 往往得到粗大的片狀或針狀α間β組織, 也稱粗大魏氏組織。這種組織的強度變化不大, 但塑性顯著下降。當變形量增大時則出現歪扭程度不同的條狀α+β組織, 稱為網籃狀組織。這種組織的高溫性能和斷裂韌性有所改善, 而塑性有所下降。應當選擇合適的變形量, 得到較細小的具有一定量的等軸初生α加轉變的β組織。這種組織的綜合性能較好。變形速度對鍛件質量也有很重要的影響, 當變形速度過快時, 不僅使變形抗力提高, 而且變形熱效應使鍛件局部或整體溫度過高, 得到的鍛件組織和綜合性能較差。最後須指出的是: 變形溫度、變形速度和變形量絕不是孤立的影響鍛件的質量。例如加熱溫度稍高, 但是用足夠大的變形量和較低的變形速度也可以得到較好的組織和性能。
1.3 軋制工藝
軋制加工主要為絲材拉伸提供絲坯, 進一步改善合金組織, 提高金屬的綜合性能。同鍛造工藝一樣, 對絲材的組織以及表面質量都有重要的影響。其主要工藝參數有: 加熱溫度、軋制速度和熱軋加工率。
(1) 加熱溫度
經鍛造加工後, 坯料組織均勻性和緻密性已經大大提高, 故加熱溫度可略低於鍛造溫度。α+β型合金的軋前加熱溫度一般都稍低於(α+β)/β相變溫度, 即在(α+β)相區進行加熱, 使軋制過程在(α+β)相區完成, 保證產品的組織性能較好; α型合金的加熱溫度也在(α+β)相區內, 此時熱加工性能良好且室溫性能較好; β型合金的加熱溫度在高於β相變轉變溫度以上進行, 使其變形在β相區完成, 此時合金的變形抗力小、塑性較好。不同的加熱溫度對合金的組織性能有很大影響, 如對TC9 棒材在1050 ℃軋制時, 由於其軋制溫度在β轉變溫度以上, 得到的是針狀組織, 性能較差。在α+β相區(980 ℃以下)軋制時, 得到的是等軸組織, 其性能較好。
(2) 軋制速度
目前, 鈦及其合金軋制時, 由於產量不大, 鈦製品長度較短, 大多採用手工操作, 所以不適宜高速軋制。而且軋速過快將造成軋件快速升溫, 影響最終產品組織性能。理論計算表明: 軋制速度大於12m/s後, 軋件升溫與軋制速度成正比增加; 當軋制速度大於30m/s 時, 終軋溫度與加熱溫度無關。
(3) 熱軋加工率
由於變形量的不同, 合金的組織和性能有明顯的差別。如在920 ℃下熱軋的TC4 棒材, 在28%變形量下軋制, 其組織基本上是α相被β相網格分割成等軸狀, 這種組織性能較差；在變形量為44%時, β相網格已被破碎, α相粒度較大, 這種組織性能也較差; 在變形量為66%~78%時, 有大致相同的組織, 以α相為基體, 加上細小分散的α+β組織, 這種組織性能較好。
為充分加工與細化組織, 提高材料性能, 在20世紀70年代,發明了步進軋制工藝,它是一種將軋制和鍛造兩種變形特點結合在一起的加工方式, 具有鍛造的大變形和軋制的高速度等特點。借鑒國外少數先進國家絲材的制備工藝流程為:鑄錠→開坯鍛造→熱連軋成線材。秦伯祥等人研究了採用合金鋼熱連軋機組, 生產大卷重10mm純鈦高速線材工藝, 並對產品組織、性能、外形、尺寸公差進行了分析討論, 研究表明, 用該方法生產的產品力學性能良好, 組織均勻一致, 而且表面質量良好。
2 拉伸工藝
2.1 拉伸溫度
對冷加工性能差的鈦合金常用熱拉伸進行加工, 拉伸溫度對絲材的組織、性能、間隙元素含量以及表面質量均有重要影響。朱恩科等人對Ti2Cu鈦合金絲材拉伸方法的研究結果表明, Ti2Cu 鈦合金絲材不適宜冷拉伸, 而熱拉伸方法能夠順利拉制出合格的Ti2Cu 鈦合金絲材。在拉伸過程中C、O、N 和H 的增加量, 可以通過鹼、酸洗和真空退火消除。圖1 為在冷拉伸與熱拉伸下Ti2Cu 鈦合金絲材的拉伸性能,可以看出,冷拉伸時,絲材的抗拉強度隨直徑減小而增加, 伸長率隨直徑減小而迅速降低。熱拉伸在8mm~6.19mm區間抗拉強度隨直徑減小迅速增加, 伸長率顯著下降, 這是由於只發生了部分再結晶, 硬化作用大於軟化作用; 在6.19 mm~1.15mm 區間抗拉強度和伸長率基本保持不變, 這是由於變形造成的硬化和回復再結晶引起的軟化作用達到了動態平衡。
2.2 拉伸道次加工率
熱拉伸時, 道次加工率的大小主要取決於加工溫度和絲材直徑。對於在室溫下的冷拉伸, 道次加工率主要取決於氧化、塗層的質量和潤滑劑的好壞。表1為室溫下拉伸時, 隨直徑變化道次加工率分配的一般規范。
2.3 拉伸應力
在拉伸時, 拉伸應力應小於被拉出金屬材料的屈服強度, 這是實現拉伸過程的基本條件。影響拉伸應力的因素很多, 如拉伸溫度、拉伸速度、加工率以及模具的圓錐角等等。加工率的增加、拉伸溫度的降低、圓錐角過大或過小都將引起拉伸應力的增大; 在直線拉伸時, 拉伸速度對拉伸應力無顯著改變, 而在絲材以直線式通過模孔後向牽引絞盤上纏繞時, 拉伸速度超過一定范圍將引起拉伸應力的增大。為減小拉伸過程中的拉伸應力,可通過潤滑、減小變形量、提高金屬變形塑性等方法。為此, 人們研究了多種加工技術, 其中包括輥模拉伸、超聲振動拉伸等方法。
2.4 拉伸潤滑
由於鈦合金拉伸時具有粘附模具的傾向, 造成拉絲困難, 因此除了必須採用良好的潤滑劑之外, 還應採取塗層、氧化等其他增強潤滑措施。鈦合金拉伸前大多進行氧化、塗層處理。採用的塗料有石墨乳、鹽石灰、鈣基塗層等等, 選擇塗層的依據是不僅與所加工的絲材要結合緊密, 與潤滑劑之間要有良好的浸潤性, 而且要便於清除。拉伸工藝條件不同, 使用的潤滑劑也不相同。在鈦絲拉伸工藝中, 採用的潤滑劑有工業皂粉、石墨乳以及肥皂粉與其他材料的混合物, 應選擇與塗層有良好浸潤性、熱穩定性較好的潤滑劑。如在TB2 鈦合金絲材加工中, 塗層選擇鈣基塗層, 輔以自製潤滑劑(HTK-SM), 可以獲得令人滿意的絲材表面。為增強潤滑效果, 還常採用增壓模來提高絲材的表面質量。
2.5 拉伸模
拉絲模具材質主要有硬質合金、天然金剛石、合成金剛石、聚晶金剛石。細絲生產中常用單晶天然金剛石模。天然金剛石模具雖然造價高, 但經久耐用, 尺寸變化小, 不易出現粘拉磨損、絲材劃傷等。為使待加工的絲材順利通過模具, 實現變形的目的, 形成所需的規格尺寸, 要求加工後的模具形狀有利於潤滑並減少斷絲現象, 有利於產生的變形熱量散發得快。由於經過一段時間的拉伸,模具表面發生磨損現象, 即表面因摩擦、撕裂等使模具表面有物質脫落, 會因此劃傷絲材表面。因此需要提高模具光潔度, 減少模具缺陷, 加強對模
具的管理控制。
2.6 表面處理
在絲材拉伸過程中, 表面處理也是影響絲材表面質量及組織性能的影響因素。其方式有酸洗、機械拋光、電解拋光、磷化、氧化、電鍍等。西北有色金屬研究院與有研億金新材料股份有限公司分別對鈦鉭合金絲與鈦鎳合金絲進行了表面處理的研究, 結果表明, 酸洗、機械拋光與電解拋光拉伸試樣均表現為韌性斷裂, 但電解拋光由於減少了試樣表面裂紋源而有效改善了鈦鎳合金絲材的力學性能, 而酸洗由於減少了表面夾雜物對拉伸的影響, 表現出了比機械拋光更好的綜合性能。磷化、氧化處理由於其磷化層和氧化層具有較高的硬度, 可以有效地保證絲材拉伸過程中表面不被劃傷, 但在拉伸過程中會出現表面和心部變形不協調性, 容易在表面出現裂紋, 導致材料斷裂。電鍍後的絲材雖然表面光潔, 但由於易發生氫脆現象, 試樣表現為脆性斷裂, 材料的力學性能顯著降低。
2.7 熱處理工藝
鈦及鈦合金絲熱處理時應用最多的是退火,包括中間退火和成品退火, 其目的是提高絲材繼續拉伸的加工塑性和達到所要求的成品性能。在制定退火工藝時, 不僅要考慮生產的具體條件, 更重要的應考慮金屬的力學性能與變形程度、退火溫度之間的關系。如工業純鈦, 隨著加工率的增加, 伸長率下降, 而抗拉強度升高, 說明冷加工硬化快, 因此必須進行中間退火。絲材成品的退火溫度應根據所要求的成品性能來選擇, 以達到最佳的性能匹配。如Ti-2Al-2.5Zr 絲材的優選真空退火溫度在700~850 ℃, 在這區間內, 伸長率和抗拉性能均能達到絲材的要求。表2與表3為鈦及鈦合金絲的一般退火規范, 可以看出, 絲材的退火制度還應考慮絲材的尺寸。實際應用中, 應根據合金成分以及加工工藝, 進行試驗研究, 來選擇最佳退火工藝。
除退火工藝外, 為達到各種用途所需要的性能, 還常常需要進行固溶時效等熱處理。如眼鏡架用Ti-22V-4Al 合金絲, 經780℃×30min 退火處理, 其組織均勻, 伸長率達20%以上; 再經520℃×4 h 時效處理, 維氏硬度達到2800MPa, 可達到眼鏡架用絲材對材料硬度的技術要求。
3 加工技術
傳統的固定模拉伸(即常規拉伸)有著本身固有的缺陷, 其突出問題是模具與變形金屬接觸面的摩擦以及伴隨產生的熱效應。為此, 人們發明了多種加工技術來解決上述問題。
(1) 輥模拉伸: 該技術結合了傳統的軋制與拉伸的特點, 減少了拉拔力, 增加了道次加工率,降低了加工硬化程度。由於輥模拉伸是在由非傳動的、自由旋轉的輥輪組成的孔型中拉伸, 將固定模拉伸時材料與模孔的大部分滑動摩擦轉變為非常小的滾動摩擦, 從而大幅度減小拉伸摩擦力。輥模拉伸的缺點是尺寸精度沒有固定模拉伸高, 適用於粗拉絲, 而在細拉絲中用固定模拉伸進行精整。
(2) 超聲振動拉伸: 該方法是從20世紀50年代發展起來的,拉伸時,對拉伸模施以超聲振動,可以有效降低拉伸力, 提高道次加工率。
(3) 無模拉伸: 該工藝是採用感應線圈或激光使絲材局部加熱軟化, 並施加張力使絲材變細。其優點是不需要拉伸模和潤滑劑, 變形率大, 效率高, 缺點是成品尺寸均勻性差, 質量不穩定。
(4) 增壓模拉伸: 該工藝是指在拉伸模前安裝增壓噴嘴裝置, 在絲材拉伸時, 能造成自動增壓強制潤滑效果的方法。其優點是斷絲頻率減少4/5、拉絲模壽命提高20 倍以上、改善表面質量等。
(5) 鍍層- 包套集束拉伸: 該方法首先在鈦絲表面鍍一層低碳鋼, 再將鍍好的鈦絲集束裝入低碳鋼管內, 然後進行集束拉伸加工並進行中間退火, 加工到最終尺寸後, 用硫酸酸洗將低碳鋼包套和鍍層除去。其優點是效率高、生產成本低。
(6) 包套- 碎屑擠壓: 該工藝是日本東北大學開發的, 主要用於TiNi 形狀記憶合金絲的加工,可提高產品質量、降低生產成本。首先通過包覆軋制制備由不同金屬片組成的多層復合片材, 各種金屬層的厚度比取決於所確定的化學成分, 然後把軋成的包覆片切成碎屑, 將切成的碎屑裝填到容器中製成坯料, 並將坯料擠壓成細棒, 接著再加工成細絲, 最後通過熱擴散處理, 將復合絲轉化成想要得到的金屬間化合物絲材。
(7) 四輥絲材軋機連軋生產絲材: 這種軋機是由四個軋輥組成一個圓的孔形, 工作時由一個主動輥帶動另外三個輥轉動。多個這樣的機架組成連軋機組可進行鈦合金絲材的生產, 從而大幅度提高了絲材的生產率和成品率。
4 結語
鈦及鈦合金絲材應用廣泛, 但其昂貴的價格是阻礙其應用的主要障礙, 需要開發並普及絲材制備新工藝, 以降低絲材加工成本。國外對絲材加工技術研究報道較多, 並且採用了很多新技術,因此國外的鈦合金絲材產品質量好、規格多。而國內鈦合金絲材生產技術仍然較落後, 生產流程長、效率低、成本高是目前需要解決的問題。因此我國應加大對鈦合金絲材加工的研究投入, 盡快提高在該領域的技術水平和裝備水平, 生產出質優價廉的鈦合金絲材產品, 以適應市場的需求。
7. 鈦合金性能有哪些
1，密度低 僅為鋼的60％
2，比強度高 在各種金屬材料中，鈦的比強度幾乎是最高的
3，彈性模量小 僅為鋼的50%，且抗疲勞強度大
4，耐熱性好 可在200～650℃下長時間工作，適合做高溫部件
5，熱脹系數小 是不銹鋼、鋁材的50%
6，耐蝕性能好 耐蝕性優於鋁、鎂等不銹鋼
7，抗凍性好 在零下100℃的環境中也不會產生低溫脆性；
8，成形性好 可通過沖壓、熱鍛、粉末冶金、精密鑄造等方法製造各種形狀的零部件；
9，裝飾性好 通過氧化處理，可形成色彩鮮艷的各種裝飾材料。
8. 鈦合金有什麼優良性能
以鈦為基加入其他合金元素組成的合金稱作鈦合金。鈦合金具有密度低、比強度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優點,是較為理想的航天工程結構材料。
研究范圍：
鈦合金可分為結構鈦合金和耐熱鈦合金,或α型鈦合金、β型鈦合金和α＋β型鈦合金。研究范圍還包括鈦合金的成形技術、粉末冶金技術、快速凝固技術、鈦合金的軍用和民用等。
應用：
鈦合金是一種新型結構材料，它具有優異的綜合性能，如密度小（~4.5g cm-3），比強度和比斷裂韌性高，疲勞強度和抗裂紋擴展能力好，低溫韌性良好，抗蝕性能優異，某些鈦合金的最高工作溫度為550ºC，預期可達700ºC。因此它在航空、航天、化工、造船等工業部門獲得日益廣泛的應用，發展迅猛。輕合金、鋼等的（σ0.2/密度）與溫度的關系，鈦合金的比強高於其他輕金屬、鋼和鎳合金，並且這一優勢可以保持到500ºC左右，因此某些鈦合金適於製造燃氣輪機部件。鈦產量中約80%用於航空和宇航工業。例如美國的B-1轟炸機的機體結構材料中，鈦合金約佔21%，主要用於製造機身、機翼、蒙皮和承力構件。F-15戰斗機的機體結構材料，鈦合金用量達7000kg ，約占結構重量的34%。波音757客機的結構件，鈦合金約佔5%，用量達3640 kg。麥克唐納 道格拉斯（Mc-Donnell-Dounlas）公司生產的DC10飛機，鈦合金用量達5500kg，占結構重量的10%以上。在化學和一般工程領域的鈦用量：美國約占其產量的15%，歐洲約佔40%。由於鈦及其合金的優異抗蝕性能，良好的力學性能，以及合格的組織相容性，使它用於製作假體裝置等生物材料。
特點：
鈦金屬的密度較小，為4.5g/cm3，僅為鐵的60%，通常與鋁、鎂等被稱為輕金屬，其相應的鈦合金、鋁合金、鎂合金則稱為輕合金。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性，相繼對鈦合金材料進行研究開發，並且得到了實際應用。 鈦是二十世紀五十年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高、易焊接等特點而被廣泛用於各個領域，尤其是強度高、易焊接性能有利於高爾夫桿頭的製造。
第一個實用的鈦合金是1954年美國研製成功的Ti-6Al（鋁）-4V（礬）合金。Ti-6Al-4V合金在耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性方面均達到較好水平。Ti-6Al-4V合金使用量已佔全部鈦合金的75~85%。許多其它合金可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。 目前，世界上已研製出的鈦合金有數百種，最著名的合金有二十至三十種，例如，有Ti-6Al-4V</SPAN>、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、Ti-811、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1100、BT9、BT20、IMI829、IMI834等；用於球桿製造的有10-2-3,SP700,15-3-3-3（通常所說的β鈦）,22-4,DAT51。
鈦合金可以分為α、α+β、β型合金及鈦鋁金屬間化合物（TixAl，此處x=1或3）四類。下表列出了四類典型鈦合金及特點。
類別
典型合金
特點
α
Ti-5Al-2.5Sn
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo
強韌性一般，焊接性能好
抗氧化強，蠕變強度較高
較少應用在高爾夫球刊刊頭製造上
α+β
Ti-6Al-4V
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo
強韌性中上，可熱化處理強，可焊
疲勞性能好，多應用於鑄造刊頭
如鐵桿、球道木等
β
Ti-13V-11Cr-3Al
Sp700
Ti-15va-3Cr-3Al-3Ni
強度高，熱處理強化能力強
可鍛性及冷成型性能好
可適用多種焊接方式
TixAl
Ti3Al(α2)及TiAl(Y0
使用溫度渴望達到900度，但室溫塑韌性差