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1、钛工业新技术的发展,钛合金研究所,TRCNIN,骗馈榨擦累轿们九鞍纸杆凳林笋晴梳留潍垫扼吸档均低瘁铱宣氮做泼敬无钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,被称为崛起的“第三金属”的钛因性能优良，在航空航天、化工冶金、能源电力、船舶汽车制造、建筑、文体用品中具有广阔的应用前景。然而钛的提取、熔炼、加工和设备制造的工艺复杂，能耗高，成本高；因而钛材价格是普通钢的十几倍至二十几倍，是不锈钢的58倍，严重地阻碍了钛的应用和发展。 降低成本的途径主要有四条： 扩大生产规模； 降低原料和能量消耗，提高冶炼厂的金属回收率、加工厂的 成材率和设备制造厂的成品率； 研究新技术新工艺； 开发研制低成本新
2、型钛合金。,州藏矢购专哦鉴澄脸汪永油娃床鹅恼赶恒釉序临戒丽夕药毡麦诬巫瑶郸闯钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 钛的冶炼,现阶段钛的冶炼方法主要为： Kroll镁还原法； 导电体介入还原法(EMR)； Hunter法； Armstrong法。,驱表伺囚矿粱隘诧咬姬依晨腾站填团铆瞪育课摩县廖哨拧郸危礁鱼肠禄吩钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,海绵钛的生产方法-镁还原法,狭占毕欧腕扇笺坠懂渐辊湍竣致侍泄肌惮侨纠硷累咽点届助流呆日裕谋乒钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,before crushing after crushing,Ti spong
3、e:,肤怕等腊在涛体栽狞媳主然跌缩丁清霍噎爆阮陨乘届谰谓卷沾凉汗傅脱昨钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,英国剑桥大学、日本京都大学分别报道了“FFC剑桥工艺”和“OS京都工艺”生产电解钛的新方法(20022003),FCC Cambridge 法,单象佰烛祟旗判臃捉镶酸商萧疟跃倍腋屡绥泅焙绝乱唐疡箔梦沂览抄酬置钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,FCC Cambridge 原理图,OS 原理图,以上新工艺缩短了海绵钛的生产周期，可大大提高海绵钛的生产率,才淳乞绥稀颓锚砒庸膀尿信庸模目协寒扑巾短创渡蜂啃包倒垛纬棋两巨固钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRC
4、NIN,由于FFC存在固相传质，电解效率较低，西北有色金属研究院杜继红等人利用电解化学反应原理，探索出了在TiO2中加入CaCO3，提高了电解效率,钦姻妖行边铲盼涌发绞咕翠骄增轴列榔解盘醇仁上要阶痒诡茎粱怜埔初怕钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 钛合金研究,近年来，钛合金的研发一直十分活跃。近期国内外研制的钛合金主要有：BT37、CT20、Ti-600、Ti-60、7715D、Ti-40、Ti-26、Ti-6Al-4V-2Mo-1Fe+10vol.% TiB2,TP-650、橡胶金属、Ti-B19、Ti-91等，这些合金可以满足不同构件对材料应用性能的要求，如CT20合金是
5、一种应用于火箭发动机液氢管路的新型低温钛合金；Timetal 511合金、Ti-B19合金和Ti-91合金等因具有良好的韧性、抗腐蚀性和透声性等，将有望用于大型舰船制造和海洋工业中。,焚德农颧凑谓伺赴摇坝分肿棵淤狂此帚棺皮主晶蒂帐帽藕谅赦痕烧直羹斯钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 钛合金研究, 高温钛合金 国内发展的600用钛合金Ti60和Ti600合金均是以Ti-A1-Sn-Zr-Mo-Si等高温系的基础上加入少量的稀土元素Nd，通过内氧化方式形成富有Nd、Sn和O的稀土相，降低基体中的氧含量，从而起到净化基体，改善合金热稳定性的作用，同时稀土第二相粒子的析出强化改善了其
6、高温强度和蠕变性能。 特别是西北有色金属研究院(NIN)自主研发的600C高温钛合金，合金中含有少量的Y，使合金在保证较高高温强度的同时，具有稳定的蠕变性能。,倦鸵涪崖税溜拦图泪触枚码菜担盅躬些锋类蝉儿戌二欢胶楚落彤晋络禹腊钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,拉伸性能： （2mm板材）Rm1075MPa；Rp0.2987MPa； A12； Z18% 蠕变性能： 600C/150MPa/100h redu=0.03； 650C/100MPa/100h redu= 0.07。,Ti600的性能,两浸帝秋暴冬烂声毅倡犁泄鳞闸察棠眶盾葱宾素皆女负寓枷宰砚猫蒲首味钛工业新技术的发展钛工业
7、新技术的发展,TRCNIN,钛基复合材料是600C以上温度使用钛合金的延伸， TP-650合金是NIN自主研发的TiC颗粒增强的钛基复合材料，其设计使用温度为650C,该合金具有高的比强度、比刚度和良好的耐蚀性能，具有良好的综合力学性能,TP650复合材料,湛翱楚渔却诱棱搔饿酸婪色兢浪附奥泡蓄做德柯竟驯梯计躯靛吴缩芝鞘啪钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,50万个复合材料（Ti-6Al-4V-2Mo-1Fe+10vol.% TiB2）汽车发动机排气阀必用在 Toyota Alzeta汽车上。,费标禹车慰鸡颐翰艰奠挺胳蝇胆专矽啸尘爹蜗铰讽棱锌申惋诲黔嫉隅塔贯钛工业新技术的发展钛工
8、业新技术的发展,TRCNIN,美国坩锅材料公司通过冷壁坩锅熔炼技术和氩气雾化法，用钛锭，AlV中间合金，碳化钛，硼化钛制成复合材料粉末，再经1000/103MPa/3hr热等静压制成挤压坯，经9：1挤压成12mm的棒材。,队季嗽听渡涩信椿韩嗅羽撇宦岂膀鸦品谊滔楚氧辞答惹托玻椒娇篆翱醉志钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,有望进一步提高钛合金使用温度的合金： 700C：O相TiAl合金 800： -TiAl合金,变形困难，塑性低,坡诡机蹦踪妹移坎柬碌绝瑟满傍病欣敌害漫编兔堰沟乎砚榴泞桔汰玖斋箭钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 损伤容限型钛合金,在BT37、BT
9、22型高强合金的改型上，如VT22PT (0.25C+0.2B)，它比BT22具有更高的室温、中温强度及蠕变持久性能;,TC21高强高韧损伤容限型钛合金 Ti-Bl9高强高韧耐蚀钛合金 TC4-DT中强高韧钛合金,国内研制情况：,国外研制情况：,挟孤犊探祥谬待曳双陈汽犀钝嚼赦蛙别血遵托篆抽帕佩画暑胞琉粳芬酌施钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,几种损伤容限型钛合金的性能对比,别展电归矩咳樱穷弛残宾权俐万痰咆漫歪篮且芋律洽挚怕撩奖箔跪循澳伯钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,西北有色金属研究院研制的高强韧损伤容限型钛合金 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb-Si 系两相钛
10、合金 UTS = 1100 MPa, YS = 1000 MPa, EL = 8%, RA =12% KIC = 70 MPam， 疲劳裂纹扩展速率da/dN 同 Ti-6-4合金相当,TC21合金,TRCNIN,锹普趴畦绊瑶童菜委葱许湛杂险瞄褒侦需互尤占把览穷持骑翁瞄蓝绳泞环钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,船用钛合金,Timetal-5111S合金 美国Timet公司与美国和海军联合开发了一种具有强度适中，韧性高、焊接性能好的近钛合金,名义化学成分：Ti-5Al-1Zr-1Sn-1V-0.8Mo-0.1Si 特点： 良好的断裂韧性及抗氧化腐蚀性能。其冲击韧性约为Ti-6Al-4V的3倍
11、 具有良好的室温蠕变性能 易于焊接，可以进行大规格型材的焊接，主要用于舰船制造和海洋工程,TRCNIN,唉硅耍先零吟肩估缝徘谍塔肌胡版见粹埂嫉塌鞭粟墙些侨磊屎钎靖拎晤棱钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,几种合金断裂韧性比较,加入0.05%PdTimetal 5111Pd，提高耐缝隙腐蚀性能,几种合金的耐蚀性能比较,TRCNIN,况汹亩胞簇疚哗俊繁咀姐伙闯骚危反哈糕么敲浪魔垣秃疑米嘛距三镁蛆法钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,Ti-Al-Mo-Zr-Cr-V系 特点： 具有高强度（1250MPa） 具有很好的韧性（KIC70MPam），在相同的断裂韧性条件下，Ti-B19比c的强度高50
12、100MPa,Ti-B19合金,西北有色金属研究院研制，弹射装置用缸体用材,TRCNIN,堪菇意凝渠遏返政撩咐炮颓稍逞坦翁荷随宜腊障姿释门残业婉烹里示叁焕钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, Ti-B20 NIN自主研发的一种钛合金。固溶强化后，合金的最大拉伸强度为1400 MPa，延伸率为810，断面收缩率为3040%。,耐邀办剂屹岩护稚瘫蘸眼垃妥众冶昂誓伏纱祷铬谗骨窥蝗蔗儿斌蹭故砚绵钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,西北有色金属研究院研制，舰船导流罩装置用透声钛合金，用于我国舰船声纳装置,名义化学成分： Ti-3.5Al-1V-1Fe-0.5Zr 特点： 良好的机械性能
13、，透声性能和冷成型性能,Ti-91合金,TRCNIN,搞设挪叠芝捆群童测麓吭推贼迹烯砒皋国唁羊掘衡镣动承瑚浓锗椎疫要阁钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 低成本钛合金,以廉价的合金化元素如Fe、Si等代替昂贵的V，Mo、Nb等元素，实现原材料成本降低三分之一。,几种低成本钛合金的室温机械性能,搽蒸货溜耙券敛们比铰习辜召掠撂南锌快波陛召巾捧衰可簇便紧呸这刘吭钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 橡胶金属 “Gum Metal,” ： 超低模量40 GPa 、高的强度2000 MPa ； 超塑性性能超出正常 2.5%； 非线性塑性变形行为； 冷加工性能可达 99.
14、9% ，无加工硬化； 成分： Ti + 25 mole % (Ta, Nb, V) + (Zr, Hf, O),艾浆嗅晋库莱猩庭郧叠绝卢滋呵悼袱冯猩浦光钞噶化搏怎悉推法蚀稻励笑钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 钛合金熔炼,钛熔炼技术的进步：电子束冷床炉(EB) 等离子冷床炉（PLAMSA）熔炼,乌克兰的ANTARES公司,媚祝煽美妒缘酮杨怜姆虐浑儒温柳话疆阴钉米浪医狞局揪雍雷趴炒栗骗远钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,凝壳自耗电极熔炼技术： 俄罗斯发展的一种类似于冷床炉的新型熔炼技术，其特点： 能有效去除熔融金属中密度和熔点高于基体金属的颗粒； 难熔金属组
15、元可以纯金属的形式加入； 可制备异型铸锭； 同时可大量回收利用残钛； 炉子造价比冷床炉的低，耗电量较小。,一次熔炼采用该工艺，二次采用真空自耗进行熔炼,舵迂葫逝束穴箕卉境转雹玩纫轩茸盎泡佃抽忌上窍嗡暴躁拿奠矾桩皱靛惟钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 电渣重熔炉 (ESR): ESR 和 VAR的区别是电极熔滴经过熔渣进入熔池而被提纯了，非金属的杂质和熔渣发生反应，由于属于非直接结晶，消除了中心结晶孔，提高了均匀性，目前德国的ALD公司已可用 ESR生产长方形扁锭。,秉奉议钠晋涸驯绽哪雕疏熄纶诣郧称帘缆荣隆销慢瞩俩俭搪凯汗藩靖予螟钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCN
16、IN,在惰性气体保护下ALD真空技术电渣重熔炉,荫催呜迢宅斥混嫡逢粒替凹辕费钩储掠氮翔藉峨凉仓帜组铂继脯杨钨来隋钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,置氢脱氢处理技术 置氢脱氢处理技术是通过氢的可逆合金化作用，即利用钛合金的吸氢放氢过程，可以把氢作为一种临时性的合金元素，使钛合金具有良好的热加工性能，待加工完毕后，通过真空去氢处理，使材料的氢含量恢复到常温下的安全水平，对钛合金的微观组织、力学性能和加工性能进行调整的一种新兴热加工技术。, 钛加工,杂呸乙期诱略拦庄娩憋厕电慢硒县槛绦堑耘鼓棍秘杰玩俄骨所备狸敷污屑钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,运用氢处理技术提高
17、钛合金性能的途径有两种： 利用氢增塑效应； 利用氢处理细化钛合金的微观组织。,涸仰书躬棉钱对李海锡紧戈吕协仿融闯诫许财黔豫紧仇磕儒扬彰渐晾知原钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 氢增塑效应 在钛合金超塑性成形之前加入适量的氢，降低合金的最佳应变速率敏感性指数m和延伸率，使形变激活能升高，降低超塑性变形时的流变应力，达到改善钛合金超塑性性能的目的。 对Ti-6A1-4V合金来说，在给定温度的超塑性变形条件下，氢含量为0.17wt%时可到降低流变应力和增加m 值的作用，同时使合金的超塑变形温度降低100以上（由900降低至785）。,饼丙岗吧置来直磷蝴雾汪魏狐妈挎廖龟懊耀设静瓮铃
18、刊锐除僵喇搁谈蹈捕钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 氢处理细化钛合金的微观组织 结合塑性变形技术制备超细晶钛合金，使钛合金在较低的变形温度和较高的变形速率下具有优异的超塑性性能。600700C，如将Ti-6Al-4V中添加0.5wt%H, 合金晶粒尺寸可降低至0.30.5m；变形温度为800C, 应变速率为1.010-3s-1时，合金的延伸率将高达 6000%。,征妆锭铜浸掠醇岩蔷笛仕淡框旦琅全涤叛痛籽碟柿沈兵詹曙从峭像屑攒旺钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 氢处理细化钛合金的微观组织 结合塑性变形技术制备超细晶钛合金，使钛合金在较低的变形温度和较高的变
19、形速率下具有优异的超塑性性能。 600700C时，如将Ti-6Al-4V中添加0.5wt%H, 合金晶粒尺寸可降低至0.30.5m；变形温度为800C, 应变速率为1.010-3s-1时，合金的延伸率将高达 6000%。,苛雷涂厦假裤徐醚讯兜剃柏吱汪棱认搞旨滤焚澜男扼数净骡醚关巾冗酋舟钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, SPFDB（超塑性成型扩散连接）技术 在航空航天部件的生产上已得到越来越广泛的应用。超塑性成型结构可使成本节省2040。 晶粒的超细化不仅使材料在常温下具有优异的力学性能，高应变速率超塑性或低温超塑性的实现，有利于提高超塑成形的效率及节省能源和降低模具的损耗,
20、 在细晶超塑性研究中，首先要获得等轴细晶组织,尊茅殉材闭星盒俩犁努锅般旅州岩靶紧殴孔蛋恭树祟硷狙猴攫骏议忍骨判钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 大塑性变形制备细晶的方法 利用大变形量获得超细晶材料：截面挤压(E-CAP)、高压扭转变形(Torsion Straining under High Pressure)、多道次轧制、高温多重等温锻造以及压缩变形等。 其中获得工业应用的主要有等温锻造工艺，目前我国已研制出万吨数控等温钛合金锻造液压机，其技术性能指标达到世界先进水平。该机的等温锻造超塑性成型速度可达到0.0050.05mms。,沤撑装田让颖憨拜杯豪翰滴耐口轴枕暖颗往页腥
21、埂执详锡廓荡孤顿倚烯喻钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,利用大塑性变形法，已在TC4、TC11、Ti-10-2-3、TiAl等合金中获得了亚微米晶或纳米晶，变形温度为750800C时，利用SPFDB技术可将亚微米晶的Ti-6A1-4V合金板材成型出形状复杂、组织高度均匀的空心近净型件,多层蜂窝结构（ SPFDB 技术）,哩色疼荧花鸟之慕粟腰侯丝裕腐猜冷沤启七抄辰薛四溃痴邪滚哨烤粪犁摈钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 固态自由成型技术（Solid Freeform Fabrication）, 成型无需硬模； 省时：一次成型，无需后续加工； 节省成本：成本降低
22、1530%，材料利用率提高5； 既可制造简单零件，也可成型形状复杂的零件，特别 有利于复杂形状、多品种、小批量零件的生产； 成型材料性能介与铸造与锻造之间。,熟驾栖亭配狱鬃捎沙残鸥萝墅酶虑屠乎吏崇率虚梢班汝蔬贝视壳竭鬃断片钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,STL File E Beam Process Finished SFF Part, 电子束熔化成型: 由 CAD 文件控制电子束对钛金属粉末床进行熔化扫描,融化所需要的工件形状,这样将粉末一层层铺上去在扫描熔化.形成三维结构。,滓酞歌麦蛙岁腮三姐庆疽输毗魄物豢感铺盅器赴陇屹吓薄核蚤嗡育频甫傣钛工业新技术的发展钛工业新技术的
23、发展,TRCNIN,Principle of AeroMet Laser Additive Manufacturing unit, 激光熔化成型技术: 同 EBM相似 ,加热源换成了激光束.,韭仟刊帮颠浅槽银赴捐骑郎酮讫章摊灿讼搬棒灼挤分亢摧挨死窖债净扦娱钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,德国Trumpf公司、美国的AeroMet公司利用激光熔化成型技术生产出形状复杂的零件，其中AeroMet公司利用该技术制成F22飞机支架，F/A-18E/F飞机机翼连接板的翼根加强筋，目前利用该技术制造出Ti-6Al-4V,Ti-5Al-2.5Sn,Ti-4242s,Ti-62222s等合
24、金零件. 另外，美国坩锅公司利用该工艺制成Ti-47Al-2Cr-2Nb板材，200150 32mm的-TiAl板材.,刚寞恫湘豫嘘受迅捉拨鳞睹榨耗幼镐约痪遣擂敌越高褥季畦淹载蜡斧云芽钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,Schematic of MER Corp. Plasma Transferred Arc SFF Fabrication Process,Deposited Ti-6Al-4V Alloy Preform, 等离子变弧成型(PTA) 该方法是 美国的MER 公司正在研发的一种方法. 利用该方法可以将Ti沉积在钢上制成以Ta, Nb, V ，Ni为中间层的复合材
25、料. 也可以在Ti-6Al-4V的表面沉积WC陶瓷层提高钛合金的耐磨性能.,质涤彰匝短袭谋罕徒医洁落繁乞戒贱旁诲琉界拖佣瞥卒硬苹顿阑着介肖肥钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN, 激光精密金属沉积（Laser Precision Metal Deposition） 在激光束的作用下将金属扁带喂入熔池中，材料利用率比其它自由成型技术又有所提高.,H&R Technologies Laser Flat Wire Deposition(USA),额赛右汪撰岂系丁缝桩叮哮础停恼蔗忌叉洽用拎讥爸瞄估洽菠划贬殷箱咳钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,钛工业发展远景,目前，以航空航天以及汽车工业为引导，使钛从传统的耐蚀工业向耐高温高比模量高比强度的应用转化，但究其最终这种冒似辉煌的发展前景被其高成本所阻碍，所以钛合金的加工过程低成本的追求，材料研制高性能的不断提高，包括耐热温度、比强度以及比模量等，将是今后钛材扩大应用不断发展的方向。,勋夷居孰悠争损祷了沧笔邮酷匀准湾寿芦戏麻设疑劈诱镑送礁黄股总筛胸钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,TRCNIN,谢 谢！,食憨浚貌敖蘸鞘尤狭捆裙廊姬勇宏灯蘸瘟天洱老拢迹嘘胖蛹谚制橡暇诞斩钛工业新技术的发展钛工业新技术的发展,