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低成本钛合金的制备

2018/3/15 8:18:46点击:

钛合金具有密度小、比强度高、韧性好、热膨胀系数低、无磁性、耐腐蚀性和耐高温性能好等一系列优点,己成为航空、航天飞行器等领域的关键结构材料,并在舰船、石油、化工、冶金、电力、生物医学等许多领域获得了越来越多的应用。但与相同领域中使用的不锈钢、铜合金、镍基合金等材料相比,人们一般认为钛合金不具备成本优势,由此延缓了钛合金材料的推广应用。因此,如何降低钛合金的成本的问题引起关注。
一,添加廉价的合金元素

针对钛合金成本较高的状况,国内外研发工作正力图通过合金设计,添加廉价的合金元素(如Fe)来代替昂贵的合金元素(如V)等。例如,美国开发的以Fe作为合金元素的低成本高强钛合金Ti-1.5Al-6.8Mo-4.5Fe,性能与Ti-1023相当,成本仅为Ti-6Al-4V的78%;;他们还开发出汽车用含Fe钛合金Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si,性能优于Ti-6Al-4V,成本可降低15%~20%。我国西北有色金属研究院开发两种Ti-Al-Fe-Mo型低成本钛合金:Ti12LC和Ti8LC,室温性能均优于Ti-6Al-4V。

二,返回残料的利用

在钛合金的生产过程中,熔炼、锻造、热轧、冷轧、管材挤压过程中都会产生一定量的残料。如将残料清洗干净,按牌号分类后,可以将块料、屑料以捆绑电极的方式用真空自耗电弧炉、电子束冷床炉、等离子冷床炉熔炼的方式再次返回应用,残料回收率最大可达100%。钛残料的价格只有海绵钛价格的20%~30%,通过添加返回残料的方式,不但大大降低了部分牌号钛合金的生产成本,也为残料的二次利用提供了有效途径。国内宝钛集团公司应用其2400kw电子束冷床炉,添加残料最大比例可达65%~70%,实现了材料低成本化制造。

三,采用新型熔炼方式缩短制造流程

缩短制造流程也是降低钛合金制备成本的一个有效途径。目前国际上生产大型优质钛合金坯料使用的方法包括应用新型的电子束冷床炉、等离子冷床炉,单次冷床炉熔炼直接轧制等技术。新型熔炼方式可以部分替代真空自耗电弧炉熔炼,从工艺流程上实现了短流程制造技术,省去了传统真空自耗电弧炉熔炼的油压机压制电极、真空焊接等工序,同时还可以大量回收残料。冷床炉熔炼技术的应用不仅提高了钛合金铸锭的质量,而且降低了成本,特别是如果采用单一的冷床炉技术熔炼钛合金,直接熔铸出扁锭,加工成本可以节约10%~20%。在钛合金的生产工艺中,电子束冷床炉、等离子冷床炉熔炼可以浇铸成扁锭,可以直接开坯,省去了锻造开坯的环节,缩短了流程。

另外,利用金属粉末注射等近净成形技术,可以制造复杂零件;制品的各部位致密化程度高,即使是固相烧结,相对密度可达95%以上,性能可与锻造材料相媲美;尺寸精度高,可以最大限度的制得最终形状的零件,且一般不需要后续的机加工和磨削,金属的利用率几乎可以达到100%,这也是降低钛合金零部件成本的一个重要途径。

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