鈦合金因其低密度、高比強和抗蠕變性等優(yōu)異性能，在航空航天等領域得到了廣泛的應用。鈦合金具有延展性低、變形抗力大和各向異性明顯等特點，因此鈦合金對熱變形工藝參數十分敏感。本文介紹了物理模擬技術和數值模擬技術及其在鈦合金熱加工領域的應用。重點闡述了模擬技術在鈦合金熱變形機制、預測和控制缺陷產生和微觀組織演化方面的應用現(xiàn)狀，指出了目前鈦合金熱成形模擬中有待解決的問題及發(fā)展趨勢。

 

鈦的冶煉提取技術。鈉還原法和鎂還原法是生產海綿鈦的主要方法，另外有美國的改進型克勞爾法、阿姆斯特朗法、SRI法等，還有導電體介入還原法、Hunter法、Armstrong法等。鈦合金熔煉技術。發(fā)展了冷床爐熔煉技術，包括電子束冷床爐和等離子冷床爐技術。目前，冷床爐熔煉已達到商業(yè)化水平，可熔煉重達25噸的鑄錠。能生產無偏析、無夾雜的優(yōu)質鈦及鈦合金鑄錠，滿足航空轉動部件對高性能鈦材的需求；能生產扁錠、空心錠，簡化板材和大管材的后續(xù)加工，并可大量回收殘鈦，但存在成本高、操作復雜等問題。電子束和等離子冷床熔煉工藝在美國、日本等工業(yè)發(fā)達國家得到了快速發(fā)展，電子束已成功應用于純鈦和TC4鈦合金的熔煉，等離子束是熔煉復雜成分鈦合金的最有效手段。俄羅斯發(fā)展了一種類似于冷床爐的熔煉技術，即“凝殼—自耗電極熔煉”。此外，冷坩堝熔煉技術近來也有較大發(fā)展，與離心澆鑄工藝結合用于鈦鑄件精密鑄造，目前正在制造第二代冷坩堝熔煉爐。第二代冷坩堝爐可大大提高熔化能力，縮短熔煉時間，實現(xiàn)完全懸浮熔煉，消除金屬凝殼。我國已將研究感應凝殼熔煉技術列入重點研究項目，在鈦合金的熔煉技術方面也取得了很大的發(fā)展。2008年，我國共生產鈦錠3.4萬噸，鈦加工材2.4萬噸；凈出口海綿鈦4450噸；凈出口鈦加工材4083噸，成為海綿鈦和鈦加工材的凈出口國。

 

鈦合金通常需要在β單相區(qū)或α+β兩相區(qū)進行熱加工來獲得具有一定組織和性能的產品。而熱加工參數的選擇對鈦合金的加工性能與顯微組織都產生重要的影響。鈦合金顯微組織的多樣性與鈦合金多工序的生產過程以及各工序過程的多樣性有著規(guī)律性的聯(lián)系。這種復雜聯(lián)系決定了傳統(tǒng)方法很難對鈦合金組織與性能進行預測和控制。隨著近年計算機與數值模擬技術的發(fā)展，微觀組織數值模擬方法成為獲得主要工藝參數對熱成形工件宏觀和微觀組織影響的定量關系的有力工具。采用數值模擬技術再現(xiàn)微觀組織的演化過程，不僅可以加深理解組織變化機理，促進現(xiàn)有理論的發(fā)展，而且可以改善材料組織結構和優(yōu)化材料的制備工藝，從而獲得材料預期的力學能。近年來，國內在鈦合金熱加工領域的研究日漸增多，其中熱模擬技術和數值模擬技術在鈦合金熱變形機制和組織演變規(guī)律方面的應用尤為突出。為了獲得綜合性能較好的鈦合金，設計研制出一種加Nd新型600℃高溫鈦合金Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si-0.8Nd(wt%)，合金的特點是同時含有Mo和Nb兩種β穩(wěn)定元素和一種稀土元素Nd。高溫鈦合金的發(fā)展趨勢則是加入稀土元素。我國在這方面做了很多研究，例如Ti55合金和Ti60合金均加入了稀土Nd，向Ti600合金中加入稀土Y及Ti633G合金中加入稀土Gd，在改善合金性能方面均取得了很好的效果。加入稀土元素改善合金熱穩(wěn)定性主要是通過稀土元素與合金基體中的氧作用，形成復雜化合物，凈化合金基體，從而提高合金熱強性和熱穩(wěn)定性。