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钛合金低成本制造技术简介

[ 来源: | 作者:本站 | 发布时间:2019-11-22 | 浏览:146次 ]

bti体育 目前,钛合金仍然存在成本过高的问题,严重制约了其应用拓展。与钢材及铝合金成本相比,钛合金的成本价格是钢铁的近17倍左右,铝合金的4.5倍左右。据美国波音公司统计分析,航空钛合金材料从原料到成品入库的总成本中,海绵钛原材料成本占46%,熔炼、加工成形、热处理及检验等成本占54%。从成本构成来看,钛合金低成本制备加工技术发展主要有3条技术途径:一是解决钛金属提取冶金的低成本化问题,发展连续高效的提取冶金新技术,降低海绵钛原材料成本;二是发展钛合金的短流程高效制备新技术,大幅降低钛合金制备加工成本;三是采用高效低成本的近净成形新技术,大幅提高钛合金材料的利用率,进而大幅降低钛合金的使用成本。

bti体育 一、钛金属提取冶金新技术

bti体育 北科大USTB新型清洁钛提取工艺

这种新型清洁钛提取冶炼工艺以二氧化钛和碳为原料在1500℃左右的温度下热还原制备出导电性能良好的碳氧化钛(Ti-C-O),并以其为阳极在400-1000℃的熔盐体系中电解,阴极上得到的碳和氧均低于5×10-4的金属钛。

bti体育 剑桥FFC法

FFC剑桥法(英语:FFC Cambridge Process)是一种将固体金属,尤其是氧化物,置于阴极,在熔融盐中还原成较纯金属或者合金的电化学方法。FFC剑桥法被视为一种具有潜力的精炼方式,未来可能可以取代某些现有的金属生产方式,例如长期用于精炼钛的克罗尔法。

二、钛合金高效制备新技术

钛合金高效制备新技术的发展主要有四个方向,分别为低成本钛合金设计、短流程熔炼轧制技术、钛合金加工性能的优化与提高及钛合金制备加工优化与创新技术。具体举例如下:低成本钛合金制造技术以Fe、Si、Al、Sn(Cu、Cr、Mn)+O、N、H等低廉元素代替V、Mo、Nb、Ta等昂贵元素,降低原材料本身问题。南京工业大学的钛合金连铸连轧(CC-HR)短流程新技术一种钛及钛合金低成本连轧技术和设备,在氩气保护或惰性气体气氛下,采用大于65KW的等离子枪作为热源,通过感应加热炉、轧制机组、导轮组件实现钛及钛合金圆形、扁形铸锭的连续铸造和连续轧制,降低钛合金加工成本约30%以上。生产的钛及钛合金成分均匀、无偏析、无冶金质量问题,常规力学性能与传统加工方式获得的板、棒材的性能相当。

bti体育 三、提高钛材利用率

bti体育 通过采用粉末冶金近净成形技术和增材制造技术等,实现钛合金材料的高利用率。

粉末冶金近净成形技术

为了降低钛及钛合金产品的成本,国外大力发展无切削、少切削的近净成形工艺,而粉末冶金技术就是近净成形工艺之一。一般锻件的材料利用率仅为10%~15%,一般铸件的材料利用率为45%,而用粉末冶金技术成形钛及钛合金零部件时材料利用率几乎可以达到100%。目前,国内外主要粉末冶金近净成形技术如上表所示。增材制造技术目前应用于钛合金部件加工中的生产工艺有激光选区熔化成形技术、电子束熔丝成形技术、激光立体成形技术和电子束选取熔化成形技术。随着科学技术的进步,钛合金材料的应用范围将不仅仅局限于航空航天、国防和医疗卫生方面,钛合金3D打印技术也会不断的完善和发展。在第十七届全国钛及钛合金学术交流会上,南京工业大学材料学院教授/副院长常辉教授表示:“如果钛合金成本能够降低50%左右,钛合金用量将取得非常大的提升,特别是在海洋工程领域和兵器装备领域,当然民用领域的用量也将会得到大幅提升。估计用量将会达到30~60万吨/年的规模,与现在6万吨左右/年用量相比,用量将会提高5~10倍。到时,我国钛工业水平也将会达到新的高度。


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