1、航空鈦合金發(fā)展與應(yīng)用

鈦合金以其低密度、高比強(qiáng)度、 耐耐腐蝕等特性， 在飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)上獲得了快速且大量的應(yīng)用， 對(duì)于提高飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的減重效益和服役性能效果顯著。在20世紀(jì)60 ~ 70年代，鈦合金經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展期，各航空大國(guó)如英國(guó)、美國(guó)，蘇聯(lián)和中國(guó)，開發(fā)了各具特色及系列化的航空鈦合金材料，構(gòu)筑了相應(yīng)的航空鈦合金材料體系，目前在役的大部分鈦合金材料都是在這一時(shí)期研制并得到應(yīng)用的。20世紀(jì)80年代以來，傳統(tǒng)鈦合金的性能潛力提升空間已有限，材料創(chuàng)新難度加大。更多的是通過與飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，特別是與工藝創(chuàng)新相融合來推動(dòng)傳統(tǒng)鈦合金材料和應(yīng)用的發(fā)展。

在民用飛機(jī)領(lǐng)域，鈦合金用量一直呈上升趨勢(shì)，如新近投入運(yùn)營(yíng)的波音公司B787飛機(jī)。隨著樹脂基復(fù)合材料用量的增加，與復(fù)合材料具有良好相容性的鈦合金也獲得了大量應(yīng)用。鈦用量占機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的15% : 空客公司A380飛機(jī)的鈦用量占機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的10%。軍用飛機(jī)的用鈦比例則更高，如美國(guó)第四代戰(zhàn)斗機(jī)F- 22飛機(jī)的鈦用量占結(jié)構(gòu)重量的40% 。采用鈦合金制造飛機(jī)關(guān)鍵承力構(gòu)件，除了利用鈦合金高的比強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)外，還可避免高強(qiáng)鋼材料在幾十年的使用壽命期內(nèi)因海洋鹽分環(huán)境引發(fā)的應(yīng)力腐蝕問題。

軍民用飛機(jī)一些重要的框、梁、接頭、起落架等結(jié)構(gòu)件廣泛采用高強(qiáng)、高損傷容限的鈦合金材料，且一般為采用大型整體鍛件機(jī)械加工而成，單件重量，尺寸和截面大。B747飛機(jī)主起落架支架梁共8個(gè)件號(hào)采用Ti-6Al-4V 鈦合金鍛，單件重1724kg，長(zhǎng)度6.2m，投影面積4.1m²。

A380飛機(jī)兩個(gè)六輪三軸小車式主起落架(總承重590t ， 壽命要求達(dá)到6 萬個(gè)起落架次）載重梁采用Ti- 1023鈦合金鍛件，長(zhǎng)4，255m , 重量3210kg。F—22戰(zhàn)斗機(jī)四個(gè)大型整體框采用Ti-6Vl-4V ELI鈦合金鍛件， 投影面積4.06 ~ 5.68m²， 重量1895~2972kg。制造這些超大型的鈦合金整體鍛件，對(duì)鍛造用原材料的冶金質(zhì)量、鍛造設(shè)備噸位、鍛造工藝等均提出了嚴(yán)苛要求，一般需要100MN級(jí)以上的壓機(jī)以及精湛的制坯、模鍛和熱處理工藝。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，現(xiàn)代先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)大約有三分之一重量的關(guān)鍵零部件選用優(yōu)質(zhì)、高性能的鈦合金材料，集中用于風(fēng)扇和壓氣機(jī)系統(tǒng)的輪盤、葉片、整體葉盤，離心葉輪、鼓筒、鼓筒軸， 盤軸， 機(jī)匣等零件。歐美系發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的鈦合金材料主要有 Ti—6Al- 4V 、Ti-811、Ti-17、Ti- 6246、Ti-6242S 和 IMI834等； 俄系發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的鈦合金材料主要有BT6，BT3-1、BT8 、BT9， BT25 和 BT18y 等：我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的主要鈦合金材料有TC4，TC6，TC11，TC17，TC25，TA11，TA19和Ti60等，使用溫度均在600℃以下。除中介機(jī)匣一般采用TC4鈦合金鑄件外，其余各類零部件大多采用優(yōu)質(zhì)鍛件加工而成。

在發(fā)動(dòng)機(jī)高推重比、長(zhǎng)壽命和低油耗目標(biāo)的驅(qū)使下，對(duì)耐熱性更優(yōu)的TiAl合金和連續(xù)S iC纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料（SiC,/T i)提出了需求。等溫精鍛TiAl合金低壓渦輪葉片（牌號(hào)： TNM) 已應(yīng)用于PW公司的PW1100G 齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。與鎳基高溫合金相比， 使用TiAl合金制造低壓渦輪葉片提供了極其顯著的減重效果，并突破了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的雙重障礙。SiCf/Ti復(fù)合材料有望應(yīng)用于高推重比軍用發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)整體葉環(huán)、軸等部件。增材制造、集成計(jì)算材料工程、數(shù)值模擬等技術(shù)的發(fā)展賦予了鈦合金新的生命力，為航空鈦合金材料及制件的設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用開創(chuàng)了新的思路。GE Additive公司在2019 年6月巴黎航展上宣布：對(duì)Arcam電子束增材制造技術(shù)進(jìn)行重大投資，增材制造TiAl合金低壓渦輪葉片將應(yīng)用于GE9X 發(fā)動(dòng)機(jī)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全球航空領(lǐng)域鈦用量約為1.5×105t , 預(yù)計(jì)到2026年，航空領(lǐng)域?qū)︹伒男枨罅磕暝鲩L(zhǎng)率約為5% , 民用航空領(lǐng)域?qū)︹伜辖鹦枨罅砍什粩嗌仙厔?shì)，而軍用飛機(jī)鈦用量比例則略呈下降趨勢(shì)。目前， 中國(guó)航空用鈦與國(guó)外還存在顯著的差距。

面對(duì)國(guó)際航空市場(chǎng)持續(xù)向上的發(fā)展態(tài)勢(shì)，高端航空鈦合金仍有巨大市場(chǎng)和發(fā)展?jié)摿?。近些年來，增材制造技術(shù)的快速發(fā)展也促進(jìn)了鈦合金生產(chǎn)量和使用量的增加。隨著優(yōu)質(zhì)鈦合金材料和鍛件產(chǎn)量的增長(zhǎng)，對(duì)鍛件及其原材料的化學(xué)成分、高低倍組織，力學(xué)性能，缺陷控制等提出了極高的要求，并對(duì)原材料和鍛件的批次一致性和穩(wěn)定性控制也提出了苛刻要求。

2、優(yōu)質(zhì)鈦合金鑄錠熔煉技術(shù)發(fā)展

鈦是一種高活性的金屬，在熔融狀態(tài)下會(huì)與除惰性氣體（A r、He) 外的幾乎所有固體、液體和氣體發(fā)生反應(yīng)。多孔海綿鈦不能直接用作結(jié)構(gòu)材料，必須經(jīng)進(jìn)一步的熔煉使其成為致密的鑄錠，并經(jīng)后續(xù)鍛造、鑄造或粉末冶金等工藝制成所需的產(chǎn)品。

20世紀(jì)40年代末，真空自耗電極電弧熔煉（VAR)技術(shù)已基本成熟，在熔煉工藝方面，復(fù)雜組元的航空級(jí)和轉(zhuǎn)子級(jí)鈦合金，一般采用三次VAR工藝，以提高鑄錠的成分均勻性，減少夾雜和偏析等缺陷，并提高批次質(zhì)量一致性。對(duì)于含較多P 穩(wěn)定元素（Mo，Cr、Fe 等）的 Ti-6246， Ti-17, Ti-1023 鈦合金，在最后一次VAR熔煉時(shí)需降低電流密度，通過控制熔煉和凝固速度，抑制產(chǎn)生嚴(yán)重的卩穩(wěn)定元素枝晶偏析。目前，發(fā)展了一些適用于VAR熔煉的、新的監(jiān)控手段，如美國(guó)A T I公司采用預(yù)防側(cè)弧和電弧位置傳感技術(shù)，操作者可以觀察電弧運(yùn)動(dòng)和熔化物輪廓的三維影像。另外， 新開發(fā)的一些熔煉模擬軟件，能夠?qū)?shí)際熔煉過程進(jìn)行數(shù)值模擬。

除VAR熔煉方法外，發(fā)展了適用于鈦合金鑄錠制備的冷爐床熔煉技術(shù)（CHM) , 根據(jù)熱源的不同分為兩種， 即電子束冷爐床熔煉（EBCHM) 和等離子體冷爐床熔煉（PACHM)。實(shí)踐表明，冷爐床熔煉在消除高密度夾雜物、低密度夾雜物及提高成分均勻性方面顯著優(yōu)于VAR熔煉，從而實(shí)現(xiàn)鈦合金材料"零缺陷"的純凈化制造。成為高性能，多組元，高純鈦合金生產(chǎn)必不可少的熔煉技術(shù)。目前，美國(guó)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)鈦合金鑄錠冷爐床熔煉的工業(yè)化生產(chǎn)，而且將冷爐床熔煉方法納入材料標(biāo)準(zhǔn)， 如GE公司標(biāo)準(zhǔn)" 優(yōu)質(zhì)β鍛的Ti-17鈦合金零件"規(guī)定：轉(zhuǎn)動(dòng)部件用鈦合金優(yōu)先采用C 級(jí)材料，即冷爐床+ 真空自耗熔煉（HM+ VAR):C 級(jí)可以代替B 級(jí)（三次真空自耗熔煉）：其他標(biāo)準(zhǔn)" 優(yōu)質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的α+β鍛Ti-6 Al-4V 鈦合金零件" 、" 優(yōu)質(zhì)Ti-6Al-4V 鈦合金葉片" 、"優(yōu)質(zhì)α+β 鍛Ti一6242鈦合金零件"等，也納入了最高級(jí)別的"HM+ V A F T 材料。

電子束冷爐床熔煉技術(shù)是在密閉的真空爐室內(nèi)部熔煉鈦合金，近年來取得的技術(shù)進(jìn)步有：改進(jìn)爐床布局，獲得不同形狀的錠坯（方形扁錠，厚壁空心錠）,提高了生產(chǎn)效率；采用熔煉數(shù)字化模擬技術(shù),可以準(zhǔn)確模擬熔池的三維形態(tài)、液固界面條件,側(cè)壁界面條件、鑄錠瞬態(tài)凝固階段的溫度預(yù)測(cè)。美國(guó)宇航材料標(biāo)準(zhǔn)組織制定了單次冷爐床生產(chǎn)鈦合金的材料標(biāo)準(zhǔn)。

即AMS6945 (考慮到EBCHM熔煉時(shí)高真空度條件下高蒸氣壓A I元素的揮發(fā)，需適當(dāng)增加A I含量），使- 次EBCHM熔煉的Ti-6 Al-4V 板材代替VAR熔煉或"HM+ VAR" 的板材產(chǎn)品。

電子束冷爐床熔煉的另一重要用途是鈦殘料的回收利用。T IM E T公司推出了一項(xiàng)稱為"T o ll M elting"的回收業(yè)務(wù)，可以為客戶提供的鈦肩殘料進(jìn)行閉環(huán)回收。采用EBCHM熔煉轉(zhuǎn)化成鑄錠或中間坯料，確?？蛻舻脑牧现匦禄氐阶约旱漠a(chǎn)品供應(yīng)鏈中，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，進(jìn)一步降低成本。2015年，VSMPO安裝了—臺(tái)凝殼弧熔煉爐（SAR: skull arc melting) 。實(shí)現(xiàn)了高附加值鈦殘料（鈦屑， 塊料）的回收利用，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在近十余年內(nèi)裝備了近10臺(tái)電子束冷爐床熔煉爐，分別在寶鈦集團(tuán)，寶鋼集團(tuán)、洛陽雙瑞萬基、云南鈦業(yè)、青海聚能鈦業(yè)、攀枝花云鈦實(shí)業(yè)、陜西天成航材等企業(yè)。

我國(guó)的等離子體冷爐床熔煉爐僅有3 臺(tái)，分別為中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所和寶鋼特鋼所擁有。等離子體冷爐床熔煉需要惰性氣體A r或H e作為熱源介質(zhì)， He是最佳的等離子體介質(zhì)，使用H e氣獲得的熱效率高，但因我國(guó)缺乏He氣資源， He氣高昂的價(jià)格導(dǎo)致熔煉成本過高，工業(yè)生產(chǎn)時(shí)受到限制。而采用~ 氣獲得的熱效率低， 溶體過熱度小，影響熔煉速率，導(dǎo)致等離子體冷爐床溶煉技術(shù)在我國(guó)發(fā)展遲緩。

目前，國(guó)內(nèi)航空級(jí)和轉(zhuǎn)子級(jí)用鈦合金棒材和鍛件標(biāo)準(zhǔn)（包括國(guó)軍標(biāo)、航標(biāo)）尚未納入冷爐床熔煉方法。應(yīng)充分利用國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)所，工程化應(yīng)用研究院所，鈦材生產(chǎn)商，鍛件生產(chǎn)商、主機(jī)廠等單位的綜合優(yōu)勢(shì)資源，組成聯(lián)合工作組，推動(dòng)冷爐床熔煉技術(shù)在航空級(jí)優(yōu)質(zhì)鈦合金材料制造中的應(yīng)用。

3、優(yōu)質(zhì)鈦合金棒材制造技術(shù)發(fā)展

隨著國(guó)內(nèi)鈦合金需求量的猛增，已有的鈦加工企業(yè)進(jìn)行了持續(xù)的技術(shù)改造和擴(kuò)大產(chǎn)規(guī)模， 如寶鈦集團(tuán)于2012年投入運(yùn)行了從德國(guó)Pahnke公司引進(jìn)的10000t 快鍛機(jī)。 用于大型鑄錠的開坯、改鍛及大規(guī)格棒材的制備， 使其必300mm 以上大規(guī)格棒材的生產(chǎn)能力有了大幅提升，同時(shí)與2500t 快鍛機(jī)相匹配使用，基本覆蓋了所有規(guī)格大棒材的生產(chǎn)需要。在鈦材 強(qiáng)勁需求的牽引之下，國(guó)內(nèi)建立了一批新的鈦材生產(chǎn)企業(yè)，如西部超導(dǎo)、金天鈦業(yè)、天成航材、新疆湘晟等，從事鈦錠熔煉以及鈦加工材（如棒、板、絲材）的生產(chǎn)。

⑴西部超導(dǎo)擁有3t 、5t 、8t 真空自耗電弧爐及與之相配套的混布料系統(tǒng)，建立了φ360 ~ φ920mm航空用鈦合金鑄錠生產(chǎn)線； 擁有8MN、16MN、45MN、80MN快鍛機(jī)及小規(guī)格棒材生產(chǎn)用的徑向精鍛機(jī)，可實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格鈦合金棒材的專業(yè)化生產(chǎn)，最大規(guī)格達(dá)φ500mm， 可滿足飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)各類鍛件制造所需。

⑵ 金天鈦業(yè)擁有1 臺(tái)40/45MN快鍛機(jī)，具備年產(chǎn)10000t 鈦合金大規(guī)格棒材的生產(chǎn)能力，有一臺(tái)SKK1 7徑向精鍛機(jī)，具備年產(chǎn)2500t 鈦合金小規(guī)格棒材的能力。

⑶天成航材建立了以3150KW冷床爐和10t 雙工位真空自耗爐為基礎(chǔ)的鈦合金鑄錠雙聯(lián)熔煉工藝生產(chǎn)線以及80MN快鍛機(jī)和大型BD1350/BD8 5 0連軋機(jī)組相配合的棒材生產(chǎn)線，有望顯著降低鈦材的生產(chǎn)成本。提高棒材的組織性能的一致性和批次穩(wěn)定性。先進(jìn)的快鍛機(jī)具有主機(jī)一操作機(jī)聯(lián)動(dòng)及工藝參數(shù)的在線輸入和自動(dòng)執(zhí)行能力，顯著提高棒材表面質(zhì)量和尺寸精度。

⑷新疆湘晟作為一家新成立的鈦專業(yè)化公司，擁有" 煤一電一鈦礦一海綿鈦一鈦加工材一鈦制品"全產(chǎn)業(yè)鏈體系，配備了 3t， 10t 真空自耗電弧爐和進(jìn)口全自動(dòng)配混料裝置，擁有50MN快鍛液壓機(jī)和80MN油壓機(jī)，可以生產(chǎn)最大規(guī)格4400mm的鈦合金棒材。

近些年來，我國(guó)各家鈦材生產(chǎn)企業(yè)建立的熔煉、鍛造及與之相配套的裝備，可基本滿足我國(guó)航空重點(diǎn)型號(hào)對(duì)鈦合金不同規(guī)格優(yōu)質(zhì)棒材的生產(chǎn)所需。由于歷史原因，我國(guó)在產(chǎn)的鈦合金牌號(hào)多，單個(gè)牌號(hào)鈦材生產(chǎn)量少，使用經(jīng)驗(yàn)不足，棒材的批次穩(wěn)定性及質(zhì)量一致性等方面亟待提高。國(guó)內(nèi)鈦材生產(chǎn)企業(yè)尚未全面得到國(guó)際知名航空制造商如波音，空客、GE、RR， PW 的原材料供應(yīng)資格批準(zhǔn)，只是個(gè)別單位的個(gè)別牌號(hào)得到了試用批準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)鈦材生產(chǎn)企業(yè)需要建立與國(guó)際接軌及與鍛件生產(chǎn)相銜接的生產(chǎn)與質(zhì)量管理體系，努力成為具有國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的供應(yīng)商。

4、優(yōu)質(zhì)航空鈦合金鍛件制造工藝技術(shù)發(fā)展

高質(zhì)量的航空鍛件主要有航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇和壓氣機(jī)系統(tǒng)的盤、機(jī)匣， 整體葉盤， 盤軸、葉片鍛件以及飛機(jī)結(jié)構(gòu)的框、梁、接頭、起落架鍛件等。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)步，航空鍛件向大型化、整體化、精密化方向發(fā)展，推動(dòng)著鍛壓設(shè)備及其配套裝備的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步。為適應(yīng)優(yōu)質(zhì)精密航空鍛件及難變形材料的鍛造需要，發(fā)展了如等溫鍛造，熱模鍛造，分段鍛造等新工藝技術(shù)及相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)制造和質(zhì)量控制技術(shù)。

航空系統(tǒng)內(nèi)從事航空大、中、小型鈦合金鍛件的生產(chǎn)企業(yè)主要有：中航重機(jī)旗下的陜西宏遠(yuǎn)，貴州安大、景航航空鍛鑄，無錫卓越以及集團(tuán)旗下的部分飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)公司。在航空系統(tǒng)內(nèi)部，大型鈦合金鍛件生產(chǎn)用的模鍛設(shè)備除專業(yè)化鍛造廠有80~100MN液壓機(jī)外，近年來，陜西宏遠(yuǎn)裝備了一臺(tái)200 MN 等溫鍛壓機(jī)和200MN 離合器式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，其中200MN等溫鍛壓機(jī)具有"恒應(yīng)變速率"控制功能和雙工作臺(tái)， 工作臺(tái)尺寸為6000mm×4000mm , 最大凈空距為3600mm，等溫鍛時(shí)滑塊速度可控制在0.005~ 0.5mm/s ， 普通熱模鍛時(shí)滑塊速度可控制在0.5 ~10mm/s:200MN 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)在精密化,數(shù)字化、智能化方面有了長(zhǎng)足進(jìn)步，最大打擊能力達(dá)到360MN, 尺寸控制精度達(dá)到±0.6 m m , 可控變形速度為0.2 ~ 0.5 m/s ， 能實(shí)現(xiàn)模具自動(dòng)控溫。貴州安大于2017年裝備了一 臺(tái)250MN等溫鍛+模鍛壓機(jī)，可用于難變形材料大型鍛件的等溫鍛生產(chǎn)。同時(shí)， 貴州安大擁有多條系列環(huán)形件生產(chǎn)線，可以實(shí)現(xiàn)鈦合金、高溫合金等難變形材料復(fù)雜異形截面環(huán)件的精密軋制。

航空系統(tǒng)外從事航空鈦合金鍛件特別是大型鍛件生產(chǎn)的國(guó)有企業(yè)主要有二重萬航、無錫透平，建立了用于大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件， 大型發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片和盤鍛件用的鍛造設(shè)備，如二重萬航的800MN 模鍛壓機(jī)和具多向模鍛功能的200MN 等溫鍛壓機(jī)，無錫透平的355MN 離合器式螺旋壓力機(jī)。

十余年內(nèi)我國(guó)涌現(xiàn)了一大批從事航空鍛件生產(chǎn)的民營(yíng)企業(yè)，裝備了先進(jìn)的鍛壓設(shè)備，如南山鍛造、三角防務(wù)、昆侖重工、中鈦青鍛、貴州航宇、無錫航亞、無錫派克等。這些企業(yè)裝備了大噸位的模鍛和環(huán)軋?jiān)O(shè)備，并配套了相應(yīng)的制坯自由鍛壓機(jī)。如南山鍛造500MN 和125MN模鍛壓機(jī)，三角防務(wù)400MN模鍛壓機(jī)和在建的300MN 等溫鍛+ 模鍛壓機(jī)，昆侖重工300MN 模鍛壓機(jī)，中鈦青鍛680MN 多功能壓機(jī)（具有模鍛和擠壓雙重功能），可生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)大型結(jié)構(gòu)件鍛件。貴州航宇4，5m 環(huán)軋機(jī)（徑向/ 軸向壓力分別為700/700t ) 及相應(yīng)脹形設(shè)備、無錫派克的先進(jìn)環(huán)軋?jiān)O(shè)備均配置了自動(dòng)控制系統(tǒng)，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金機(jī)匣環(huán)件提供了很好的硬件條件，脹形工藝的應(yīng)用可提高環(huán)件的尺寸精度，并提高材料利用率，脹形會(huì)改變環(huán)件內(nèi)部殘余應(yīng)力的大小和方向，促進(jìn)殘余應(yīng)力的均勻分布。無錫航亞具備生產(chǎn)鈦合金精鍛葉片的全套裝備和技術(shù)能力，除配合國(guó)內(nèi)重點(diǎn)型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片生產(chǎn)外，還積極投身國(guó)際市場(chǎng)，為GE， Safran公司生產(chǎn)Ti-6Al-4V鈦合金壓氣機(jī)葉片等。

大涵道比航空發(fā)動(dòng)機(jī)朝“大風(fēng)扇、小心臟”方向發(fā)展，致使風(fēng)扇部件如風(fēng)扇盤和風(fēng)扇葉片的尺寸相應(yīng)增大，高推重比軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整體葉盤（blisk)和整體葉環(huán)（bling) 等整體輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)變化對(duì)相應(yīng)的鈦合金鍛件的控形（尺寸精密化）和控性（低倍流線、顯微組織、組織均勻性、微織構(gòu)、殘余應(yīng)力、力學(xué)性能，超聲檢測(cè)、冶金缺陷控制） 提出了更高要求，既要做到精確控形，又要做到精確控性。

為了改善鈦合金模鍛件的低倍流線和組織均勻性，降低鍛件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，促進(jìn)模鍛成形過程中金屬的流動(dòng)，某些關(guān)鍵的航空發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)鈦合金鍛件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)用TC11、TC25、TC17、Ti60鈦合金盤類件和整體葉盤鍛件及直升機(jī)用TB6鈦合金槳轂鍛件等，采用等溫模鍛成形或近等溫模鍛成形技術(shù)，通過鍛件的精化以實(shí)現(xiàn)"綠色"鍛造，節(jié)省寶貴的鈦資源，降低生產(chǎn)成本。為了提高鈦合金零件的損傷容限性能，某些 T C 17(Ti-17)、T C 19(T i—6246)鈦合金盤鍛件采用了 P 模鍛工藝，得到網(wǎng)籃組織狀態(tài)使用。

對(duì)于一些厚大截面的鍛件，如TC4 鈦合金風(fēng)扇盤鍛件，采用強(qiáng)韌化熱處理代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通退火，以提高鍛件的強(qiáng)度和熱強(qiáng)性。在生產(chǎn)大型鈦合金鍛件時(shí)，要特別注意控制變形溫度和變形速率，特別是對(duì)于β鍛的鍛件，防止鍛件在變形過程中心部因變形能集聚引起溫度陡升，造成鍛件心部產(chǎn)生過熱組織，即形成清晰晶或粗大的單個(gè)晶粒，引起抗拉強(qiáng)度和疲勞性能的顯著惡化。

在鈦合金鍛件質(zhì)量檢驗(yàn)及控制方面，雖然出現(xiàn)硬α夾雜物、裂紋和孔洞等缺陷的概率極低，但是一旦出現(xiàn)就有可能造成重大的飛機(jī)失效事件，必須嚴(yán)格控制鈦合金零件內(nèi)在缺陷，而超聲檢測(cè)是檢出鈦合金各類缺陷的最有效手段。我國(guó)各主要鈦材生產(chǎn)商近年來建立了鈦合金大規(guī)格棒材的水浸超聲檢測(cè)裝置，通過分區(qū)聚焦超聲檢測(cè)，可以顯著提高檢測(cè)靈敏度，從 而提高了缺陷的檢出能力。大部分鍛件生產(chǎn)商建立了適用于軸對(duì)稱的發(fā)動(dòng)機(jī)盤類鍛件水浸超聲檢測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)鍛件的自動(dòng)化和數(shù)字化超聲檢測(cè)，并通過與接觸法探傷相互配合使用，提高缺陷的檢出能力。鈦合金α+β相區(qū)充分變形得到的球狀（等軸）組織雜波低，容易檢出缺陷：而β鍛或β熱處理得到的片狀組織或網(wǎng)籃組織， 雜波高，易掩蓋缺陷反射波，降低檢測(cè)的準(zhǔn)確性。因此，對(duì)于需要β加工的鍛件，應(yīng)在α+β兩相區(qū)鍛的坯料狀態(tài)進(jìn)行超聲檢測(cè)。另外,在關(guān)鍵鈦合金零件加工過程中，采用表面腐蝕、X 射線、表面藍(lán)色陽極化，表面熒光滲透，渦流檢測(cè)等，提高零件表面和內(nèi)部缺陷的檢出率。當(dāng)然，航空級(jí)特別是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子級(jí)鈦合金，其相應(yīng)的原材料海綿鈦也要求是航空級(jí)或者是轉(zhuǎn)子級(jí)的，并對(duì)其熔煉工藝及過程控制提出了嚴(yán)苛要求。

上述企業(yè)中，除傳統(tǒng)的幾個(gè)航空企業(yè)有五十余年生產(chǎn)航空鍛件的經(jīng)驗(yàn)外，其余大部分企業(yè)在生產(chǎn)航空鍛件方面處于起步階段，生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)有待于積累和提高，借助于靈活的人力資源和設(shè)備技術(shù)等后發(fā)優(yōu)勢(shì)，在國(guó)家軍民融合的大背景下，將會(huì)迅速成長(zhǎng)為具有強(qiáng)大市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的骨干企業(yè)。

5、優(yōu)質(zhì)鈦合金原材料及鍛件標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

十余年來，我國(guó)在鈦合金的熔煉、鍛造、熱處理、機(jī)械加工等方面的裝備能力和工藝技術(shù)得到了長(zhǎng)足進(jìn)步，為生產(chǎn)大型鈦合金飛機(jī)框、梁、起落架結(jié)構(gòu)件和航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤、葉片，機(jī)匣鍛件提供了良好的設(shè)備條件和工藝基礎(chǔ)。飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全使用在很大程度上受制于原材料及鍛件的冶金質(zhì)量，組織狀態(tài)、微觀織構(gòu)及力學(xué)性能等，原材料及鍛件的質(zhì)量除受制造工藝和設(shè)備條件所限外，質(zhì)量控制的主要手段是通過建立相應(yīng)的材料和鍛件標(biāo)準(zhǔn)、熱工藝和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等。

我國(guó)航空鈦合金材料從研制階段過渡到生產(chǎn)階段的過程中，逐步建立了相應(yīng)的不同層次的材料標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)范，如企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，航空標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)軍標(biāo)等，作為材料或鍛件生產(chǎn)和驗(yàn)收的依據(jù)。

我國(guó)在役的大部分鈦合金材料以引進(jìn)國(guó)外牌號(hào)為主。因此，在制定材料標(biāo)準(zhǔn)和鍛件標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，基本上是以參考或等效采用國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求和規(guī)定為主。在應(yīng)用材料或鍛件標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到在化學(xué)成分范圍控制、雜質(zhì)元素含量控制，熱工藝制度，高低倍組織、超聲檢測(cè)、力學(xué)性能指標(biāo)要求等條款的理解和實(shí)際操作產(chǎn)生歧義的情況。

隨著我國(guó)航空裝備的建設(shè)，所用的鈦合金鍛件趨向于大型化，整體化、精密化和低成本化，相應(yīng)所需的原材料規(guī)格和尺寸也不斷加大，某些規(guī)格尺寸和重量已超出了目前標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍極限，如某廠正在生產(chǎn)的φ500mm鈦合金大棒材， 而現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的大規(guī)格棒材最大尺寸僅為4350mm ; 某型號(hào)鈦合金風(fēng)扇盤鍛件的重量接近了500kg ， 尺寸大，截面厚，

已大大超越以往生產(chǎn)的鈦合金盤鍛件的規(guī)格。因此，對(duì)于這類超大規(guī)格的鈦合金棒材和超大尺寸的鈦合金鍛件，如何對(duì)其高低倍組織，力學(xué)性能，超聲波探傷等技術(shù)要求做出科學(xué)合理且適度的規(guī)定，尚需針對(duì)性地加大研究工作，積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，不斷完善、補(bǔ)充和修訂材料及鍛件標(biāo)準(zhǔn)。

6、結(jié)束語

中國(guó)的鈦工業(yè)經(jīng)過60余年的發(fā)展，具備了生產(chǎn)海綿鈦，鈦加工材、鍛件完整的生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)，目前已成為世界第一大鈦生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。在國(guó)家大飛機(jī)，兩機(jī)專項(xiàng)等新型航空裝備發(fā)展驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)裝備了世界上最大和最先進(jìn)的各類鍛造設(shè)備，可生產(chǎn)大型鈦合金模鍛件、環(huán)軋件及葉片精鍛件。在生產(chǎn)大型鈦合金鍛件時(shí)，應(yīng)關(guān)注相關(guān)的工藝技術(shù)如計(jì)算機(jī)數(shù)值 模擬技術(shù)，先進(jìn)超聲檢測(cè)等技術(shù)，材料和鍛件工藝標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)合理規(guī)定，成分、雜質(zhì)，組織，織構(gòu)的合理控制等，提高優(yōu)質(zhì)鈦合金鍛件的組織均勻性，批次穩(wěn)定性及質(zhì)量可靠性，同時(shí)，鍛件制造應(yīng)朝著精密化、綠色方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)近凈成形，關(guān)注增材制造技術(shù)的綜合應(yīng)用，加強(qiáng)鈦殘料的回收利用，為我國(guó)航空高端裝備建設(shè)做貢獻(xiàn)。