鈦合金具有低密度、高比強(qiáng)度、使用溫度范圍寬(-269~600℃)、耐蝕、低阻尼和可焊等諸多優(yōu)點(diǎn)，是航空航天飛行器輕量化和提高綜合性能的最佳用材，其應(yīng)用水平是體現(xiàn)飛行器先進(jìn)程度的一個(gè)重要方面。提高飛行器的綜合力學(xué)性能并降低成本，是推動(dòng)鈦合金在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的重要措施。
隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，鈦合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，鈦合金結(jié)構(gòu)件也越來越呈現(xiàn)出大尺寸、薄壁曲面、變厚度和整體結(jié)構(gòu)的趨勢，進(jìn)一步提高了航空航天飛行器的性能、結(jié)構(gòu)剛性，減輕了重量，鈦合金精密成形技術(shù)將是航空航天制造技術(shù)的研究重點(diǎn)。
精密成形是指零件成形后接近或達(dá)到零件精度要求的成形技術(shù)，它是建立在新材料、新設(shè)備、新工藝、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)等技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，發(fā)展了傳統(tǒng)的成形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高效、高性能、低成本的少無余量制造技術(shù)，精密成形的零件具有高的幾何精度和表面粗糙度、精確的外形及優(yōu)良的機(jī)械性能。鈦合金精密成形技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，它的使用能顯著提高各類作戰(zhàn)飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭等航空航天產(chǎn)品的綜合性能和保障能力。針對精密成形技術(shù)中精密熱成形(包括精密鑄造、超速成形/擴(kuò)散連接、精密旋壓和激光直接快速成形)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行分析，這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)近凈形生產(chǎn)，材料利用率高達(dá)70%~90%，已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域凸顯出廣闊的發(fā)展前景和良好的應(yīng)用價(jià)值。
鈦合金精密鑄造技術(shù)
美國于20世紀(jì)60 年代開始研究應(yīng)用鈦合金精密鑄造技術(shù)，處于世界領(lǐng)先水平，開發(fā)出了熔模陶瓷鑄型技術(shù)、機(jī)加石墨鑄型技術(shù)和熱等靜壓技術(shù)。國外先進(jìn)國家已成功研制了F-100、CFM-56、CF6-80、F-119等航空發(fā)動(dòng)機(jī)的大型薄壁整體鈦合金中介機(jī)匣、風(fēng)扇、高壓壓氣機(jī)機(jī)匣等鑄件，最大直徑已經(jīng)大于1000mm、最小壁厚小于3mm、尺寸精度達(dá)到CT6~CT7 級水平，冶金質(zhì)量高。
美國F-22戰(zhàn)斗機(jī)在垂尾方向舵作動(dòng)筒支座與其他關(guān)鍵承力部位大量采用鈦合金精密鑄件，約占其整體結(jié)構(gòu)重量的7.1%。德國鈦鋁精鑄公司采用近α 型鈦合金IMI834 生產(chǎn)了燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件。目前，大型復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)中介機(jī)匣式風(fēng)扇框架基本采用 Ti-6Al-4V 及Ti6242 精鑄件。
我國的鈦精鑄技術(shù)起步于20世紀(jì)60 年代，是借鑒和引進(jìn)國外技術(shù)發(fā)展起來的，經(jīng)過多年發(fā)展開發(fā)出了鈦合金熔模鑄造技術(shù)、搗實(shí)型鑄造技術(shù)、石墨加工型鑄造技術(shù)等。鈦合金熔模精密鑄造技術(shù)結(jié)合離心澆鑄工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了尺寸900mm、整體壁厚2.5 mm 的薄壁復(fù)雜鈦合金結(jié)構(gòu)件澆鑄成型，尺寸精度達(dá)到CT6~CT8 級，鑄件表面黏污層厚度減少到0.3mm。對于中小型鑄件尺寸精度可以達(dá)到CT6~CT7 級，表面粗糙度達(dá)到R a3.2mm，最小壁厚1.5μm，達(dá)到國際先進(jìn)水平。北京航空材料研究院曾成功澆鑄出尺寸630mm×300mm×130mm、最小壁厚僅為2.5mm 的復(fù)雜框形結(jié)構(gòu)。
隨著航空航天裝備升級換代，對構(gòu)件的大型化、復(fù)雜化和高精度提出了更高要求，鈦合金精密鑄造技術(shù)結(jié)合先進(jìn)熔煉技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、熱等靜壓技術(shù)、數(shù)字化檢測技術(shù)等是今后的主要發(fā)展方向。目前，與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國在技術(shù)基礎(chǔ)、設(shè)備、過程控制、成形改性一體化、工藝仿真和數(shù)字化檢測等方面存在一定的差距，攻克大型薄壁復(fù)雜整體精鑄件鑄造關(guān)鍵技術(shù)，滿足先進(jìn)航空航天裝備研制的需要是今后工作的重點(diǎn)。
鈦合金超塑成形/ 擴(kuò)散連接技術(shù)(SPF/DB)
超塑成形/擴(kuò)散連接(SPF/DB)是一種把超塑成形與擴(kuò)散連接相結(jié)合用于制造高精度大型零件的近無余量加工方法，在現(xiàn)代航空航天工業(yè)發(fā)展的推動(dòng)下，經(jīng)過30多年的開發(fā)研究和驗(yàn)證試驗(yàn)，已進(jìn)入了實(shí)用階段。
20 世紀(jì)70 年代早期，美國洛克威爾公司首先將超塑成形技術(shù)應(yīng)用到飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造中，使鈦合金制造工藝發(fā)生了技術(shù)變革。隨后，歐美將鈦合金SPF、SPF/DB 技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，促使超塑成形整體鈦合金結(jié)構(gòu)件已獲得工程應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益：聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)(JSF)的后緣襟翼和副翼、F-22后機(jī)身隔熱板等重要結(jié)構(gòu)均采用了鈦合金超塑成形/ 擴(kuò)散連接的整體結(jié)構(gòu)。英國羅·羅公司采用SPF/DB 技術(shù)研制出了第二代鈦合金寬弦無凸肩空心風(fēng)扇葉片，每個(gè)葉片實(shí)現(xiàn)減重35%~40%，處于世界領(lǐng)先地位。歐盟采用超塑成形的Ti-6Al-4V 合金高度控制儀氣瓶還應(yīng)用于阿里安Ⅴ火箭，國外一些導(dǎo)彈上用的鈦合金蜂窩結(jié)構(gòu)的翼面也采用SPF/DB技術(shù)成形。
國內(nèi)對SPF/DB技術(shù)的研究開始于70 年代末，經(jīng)過30 多年的發(fā)展，我國SPF/DB 技術(shù)取得了很大的進(jìn)步。近年來，我國新機(jī)研制及改進(jìn)機(jī)型中，前緣襟翼、鴨翼、整體壁板和腹鰭等大尺寸鈦合金構(gòu)件采用SPF/DB技術(shù)。針對航天型號對金屬防熱結(jié)構(gòu)的需求，航天材料及工藝研究所開展了鈦合金波紋板SPF 技術(shù)研究，成功制備出TC4 鈦合金防熱瓦等熱結(jié)構(gòu)部件。
SPF/DB 應(yīng)用于航空航天具有兩方面的優(yōu)勢，一方面是滿足航空航天復(fù)雜幾何形狀零件的要求，另一方面可以不用接頭(緊固件或鉚釘?shù)?獲得整體結(jié)構(gòu)。SPF/DB 技術(shù)的應(yīng)用方向?yàn)椋捍笮徒Y(jié)構(gòu)件、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、精密薄壁件的超塑成形;高速超塑成形技術(shù)的研究與開發(fā)。SPF/DB 技術(shù)應(yīng)用表明：盡管鈦合金成本高，但成本效益、可靠性、長壽命和重量輕量化對航空航天的吸引力更大。
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