钛与钛合金锻造加工技术详解-精
钛及钛合金铸造工艺流程
钛及钛合金铸造工艺流程1. 简介钛及钛合金是一种重要的结构材料，广泛应用于航空航天、船舶制造、化工等领域。
铸造是一种常用的钛及钛合金加工方法，它能够生产出复杂形状且具有优良性能的零件。
本文将介绍钛及钛合金的铸造工艺流程。
2. 材料准备首先，需要准备好所需的铸造原料，包括钛及钛合金的粉末、添加剂以及其他合金元素。
这些原料需要经过严格的质量检验和筛选，以确保其纯度和质量符合要求。
3. 配料和熔炼在材料准备完成后，需要按照比例将钛及钛合金粉末和其他添加剂进行配料。
配料过程需要严格控制各种元素的含量，以满足零件的使用要求。
接下来，将配料好的粉末在真空或惰性气氛下进行熔炼。
这种熔炼方法可以有效地避免氧化反应，保证钛及钛合金的纯度。
通过控制熔炼温度和时间，可以使合金达到所需的化学成分。
4. 铸型设计和制备在熔炼完成后，需要设计和制备合适的铸型。
铸型的设计需要考虑到零件的形状、尺寸以及复杂度。
制备铸型的材料通常是石膏、陶瓷或金属，这些材料需要具有较高的耐热性和耐腐蚀性。
5. 铸造铸造是将已熔融的钛及钛合金浇注进铸型中，使其在特定的温度下凝固成型的过程。
在铸造过程中，需要控制浇注温度、浇注速度和浇注压力，以确保零件的密度和质量。
6. 除砂和清理当零件凝固完成后，需要进行除砂和清理工作。
这个工序的目的是去除铸件表面的毛刺、砂痕和氧化物等杂质，使铸件表面光滑。
7. 热处理对于一些具有特殊性能要求的钛及钛合金铸件，还需要进行热处理。
热处理可以改善零件的力学性能和耐腐蚀性能，使其达到设计的要求。
常用的热处理方法包括退火、固溶处理和时效处理等。
8. 检验和修复完成全部工艺后，需要对铸造零件进行严格的检验。
常用的检验方法包括外观检查、尺寸测量和化学成分分析等。
如果有任何缺陷或不合格情况，需要进行修复。
9. 成品处理和包装最后，对经过检验合格的铸件进行成品处理和包装。
这包括去除表面氧化层、打磨抛光以及采用适当的防护材料进行包装，以确保产品的安全运输和储存。
金属钛的冶炼与精加工项目的简介
金属钛的冶炼与精加工项目的简介内蒙古宝臣天成钛业有限公司二零零九年四月十日1、钛的发现和认识钛是一种银白色的金属，早在1791年，英国科学家威廉姆·格里戈尔在英国密那汉郊区找到这种神奇的元素时，首先发现了这种新元素。
过了4年，德国化学家克捡普洛特-加龙省又从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中，发现了这种元素，便以希腊神话中的英雄来命名。
钛的意思是“地球的儿子”。
钛的外形很像钢铁，但远比钢铁坚硬，且体重只有铁的一半。
在常温下，钛可以安然无恙地“躺”在各种强酸、强碱中；就连最凶猛的酸---王水，也不能腐蚀它。
有人曾把一块钛片扔进大海，经过5年以后取出来，仍然闪闪发亮，没有半点锈斑。
俗话说：“真金不怕火炼”。
可是钛的熔点比黄金还高出600多摄氏度。
正因为钛的本领非凡，所以有着广泛用途。
现在，钛是制造飞机、坦克、军舰、潜艇不可缺少的金属。
在宇宙飞船和导弹中，也大量用钛代替钢铁。
钛与氮、碳结合生成的氮化钛、碳化钛，也是非常坚硬的化合物，它们的耐热本领甚至还比钛高1倍。
这样坚硬而耐热的材料，可以代替超级钢，制造高速切削刀具。
钛的许多特殊性能，还在化工、超声波和超导技术中得到应用。
然而，钛有个最大的缺点，就是提炼比较困难。
这主要是因为钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其它许多元素化合。
所以人们曾把钛当作“稀有金属”，其实，钛的含量约占地壳重量的60‰，比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。
在世界上，我国钛的储藏量最多，四川的攀枝花，钛的储藏量占全国90％以上，是世界上罕见的大钛矿。
2、钛的性能钛是一种很特别的金属，质地非常轻盈，却又十分坚韧和耐腐蚀，它不会像银会变黑，在常温下终身保持本身的色调。
钛的熔点与铂金相差不多，因此常用于航天．军工精密部件。
加上电流和化学处理后，会产生不同的颜色。
钛如同它的名字一样是一种具有英雄气概的金属，银亮，轻盈，坚牢。
在化学上，大名鼎鼎的强腐蚀剂“王水”能够吞噬白银、黄金，以至把号称“不锈”的不锈钢侵蚀，变得锈迹斑驳，面目全非。
钛及钛合金锻造生产工艺规程
钛及钛合金锻造生产工艺规程一、工艺概述钛及钛合金锻造是将钛或钛合金坯料在高温下施加变形力，使其产生塑性变形，形成所需形状和尺寸的零部件的过程。
钛及钛合金锻造具有优良的力学性能、高温性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、船舶、汽车、医疗器械等领域。
二、设备与工具1.锻造设备：采用电加热气氛式锻造炉，确保工件均匀受热、高效加热，并配备锻模、锻锤等相关设备。
2.检测设备：采用超声波探伤仪、拉伸试验机、金相显微镜等设备，对锻造工件进行质量检测。
3.工具：锻造过程中需要使用锻造锤、锻模、顶座、夹具等工具，确保工件形状和尺寸的准确度。
三、工艺流程1.准备工作：将钛或钛合金坯料进行清洗，去除表面污物和氧化物，并切割成适当的尺寸。
2.预热：将坯料放入电加热气氛式锻造炉中，进行预热处理，提高其可塑性。
预热温度一般为坯料转变温度的70%~80%。
3.锻造：将坯料放入锻模中，并在锻锤的作用下进行锤击变形。
根据零部件的形状和尺寸要求，可采用自由锻造、模锻或多次锻造等方法。
4.退火处理：经过锻造后的工件可能存在组织变化和残余应力，需进行退火处理消除变形和应力。
一般采用快速退火或等温退火，使工件组织回复正常状态。
5.表面处理：根据零部件的使用要求，进行必要的表面处理，如酸洗、抛光等，提高表面质量和光洁度。
6.检验测试：对锻造后的工件进行超声波探伤、拉伸试验和金相显微镜检测，确保其力学性能和质量符合要求。
7.包装与交付：对合格的工件进行包装，并及时交付给用户或下一道工序进行加工。
四、操作要点1.材料选择：选择优质的钛或钛合金坯料，确保其化学成分和力学性能符合要求。
2.温度控制：控制锻造炉的加热温度、保温时间和冷却速度，保证工件在整个锻造过程中温度的均匀性。
3.锻造力度：控制锤击力度和锤击次数，使坯料均匀受力，确保其形状和尺寸的准确度。
4.锻造后处理：根据工件形状和尺寸的要求，进行适当的退火处理，消除变形和应力。
5.质量检测：对锻造后的工件进行超声波探伤、拉伸试验和金相显微镜检测，确保其质量和力学性能符合要求。
钛及钛合金的生产加工流程
钛及钛合金的生产加工流程一、钛的原料获取。
钛在自然界中主要是以钛铁矿或者金红石这些矿物的形式存在的。
想象一下，那些矿工们就像寻宝一样，在大地里挖掘出这些蕴含着钛元素的矿石。
然后把这些矿石从地下开采出来，就像是把宝藏从地底下解救出来一样。
这可是钛及钛合金生产的第一步，要是没有这些矿石，后面的事儿可就无从谈起啦。
二、钛的提炼。
1. 把开采出来的矿石先进行富集，就好比是从一堆宝贝里挑出最精华的部分。
这一步可不容易呢，要通过各种物理和化学的方法，把钛从其他杂质中分离出来一部分，让钛的含量变得更高。
2. 接着就是大名鼎鼎的克罗尔法啦。
这是一种很神奇的提炼钛的方法哦。
简单来说呢，就是通过一系列复杂的化学反应，把钛从钛的化合物里还原出来，这个过程就像是变魔术一样。
要在高温下，用镁或者钠这些还原剂去和钛的化合物“谈判”，让钛乖乖地被还原出来，成为海绵钛。
这海绵钛看起来就像一块多孔的海绵，但是它可是钛的重要中间产物呢。
三、钛合金的制备。
1. 当我们有了海绵钛之后，就可以开始制备钛合金啦。
根据不同的用途，我们要往钛里面加入其他的元素，就像做菜的时候加调料一样。
比如加入铝可以提高钛合金的强度，加入钒可以改善钛合金的韧性。
这个时候，工程师们就像大厨一样，精心调配着各种元素的比例，直到调出最适合某种用途的钛合金“菜品”。
2. 把这些元素和海绵钛放在一起，通过熔炼的方法让它们融合在一起。
这个熔炼的过程就像是一场盛大的聚会，各种元素在高温下欢快地融合，形成一个整体，成为钛合金。
四、钛及钛合金的加工。
1. 锻造加工。
- 锻造就像是给钛及钛合金做健身运动一样。
把钛合金加热到一定的温度，然后用大锤子或者压力机对它进行捶打或者挤压。
这样可以改变它的形状，让它变得更致密，提高它的机械性能。
就像我们锻炼肌肉一样，经过锻造后的钛及钛合金会变得更强壮呢。
2. 机械加工。
- 这就是用各种机床，像车床、铣床这些，对钛及钛合金进行精细的加工。
比如说要把钛合金加工成一个精密的零件，就靠这些机床啦。
钛合金锻造技术解答
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注：玻璃润滑剂是由玻璃粉、稳定剂、固结剂以及水构成的悬浮液
2008-09-09
钛合金锻造基础
锻造设备类型与应变速率的关系
锻 造 设 备
液压 慢速液压
10-2~ 1
锻锤 机械压力 （快速）
10~ 200
1~ 30
10-4~ 10-2
平均应变速率/s-1
2008-09-09
2008-09-09
钛合金的常用术语
原始β晶粒
α集束
2008-09-09
钛合金的常用术语
其他术语参见GB8755-1988
谢谢！
2008-09-09
钛合金锻造基础
变形量控制 变形量： 钛合金的临界变形2—12%，实际控制应 在15—20%以上; 变形30—40%,可细化 组织；60—70%以上可将粗针状组织细 化转变为球状组织
与热效应综合考虑
2008-09-09
钛合金锻造基础
清理
{
氧化皮的清除 α壳层的清除
喷砂
可清除0.13~0.76mm厚的锈皮，喷砂设备：装有磨料的 滚筒、喷丸或喷砂装置
自由锻、挤压、平锻、快锻、精锻
β区加热，足够变形量，变形先小后大， 防止裂纹和局部变形。
2008-09-09
常用开坯设备
钛合金的生产流程
2008-09-09
钛的基本特征
钛元素的基本特征
(1) 密度(纯钛密度介于铝 和铁之间。 (2) 导热性差，导热率仅 为铁的1/6，铝的1/15。 (3) 摩擦系数较大。 (4) 热膨胀系数较低。 (5) 弹性模量较低。 (6) 无磁性。
钛及钛合金铸件生产过程
钛及钛合金铸件生产过程1.材料准备：首先需要准备合适的原材料，通常使用的是纯度较高的钛及钛合金。
这些原材料需要经过粉末冶金或熔炼等工艺处理，以确保材料的均匀性和纯度。
2.模具制备：在铸造过程中，需要先制备出适用的模具。
根据所需零件的形状和尺寸，选择合适的材料制作模具。
通常使用的是耐火砖、石膏和石墨等材料制作模具，也可以采用3D打印等新技术制造模具。
3.铸造工艺：在开始铸造之前，需要对模具进行预热处理，以确保铸件的质量。
然后，将事先准备好的钛及钛合金材料加热至熔点，并注入预热好的模具中。
在注入模具的过程中，需要控制好温度和压力，以确保铸件的完整性和一致性。
4.冷却处理：铸件注入模具后，需要进行冷却处理。
通常采用水冷或气冷的方式，将铸件从模具中取出，并将其置于冷却设备中进行降温。
冷却的速度和方式会影响到铸件的组织结构和性能，需要根据具体情况进行合理的控制。
5.粗加工和热处理：在冷却处理完成后，需要对铸件进行粗加工。
通常包括修整、去除余料、打磨、钻孔等工序，以获得所需的形状和尺寸。
此外，还需要进行热处理，如时效处理、固溶处理和淬火处理等，以调整铸件的组织结构和力学性能。
6.精加工和表面处理：在粗加工和热处理完成后，需要对铸件进行精加工和表面处理。
精加工包括车削、铣削、磨削和切割等工序，以进一步提高铸件的精度和表面质量。
表面处理主要包括喷砂、抛光、电镀和阳极氧化等，以增强铸件的耐腐蚀性和美观性。
7.检测和质量控制：在整个生产过程中，需要进行严格的检测和质量控制，以保证铸件的质量。
常用的检测方法包括无损检测、化学成分分析和力学性能测试等。
根据检测结果进行调整和改进，以提高产品的质量和性能。
综上所述，钛及钛合金铸件的生产过程包括材料准备、模具制备、铸造工艺、冷却处理、粗加工和热处理、精加工和表面处理、检测和质量控制等多个环节。
通过科学的生产工艺和严格的质量控制，可以获得高质量、高性能的钛及钛合金铸件，满足各行各业的需求。
3钛及钛合金加工工艺与组织关系
3、不同组织的力学性能 组织决定性能
组织 类型 等轴 双态 三态 网篮 魏氏 高于 等轴 高于 等轴 较差 差 最差 室温拉伸 强度 好 塑性 最好 热稳定 强度 好 塑性 好 拉伸 一般 高温性能 持久 差 高于等轴 高于双态 差 最差 高于双态 较差 蠕变 差 断裂韧性 K1C 最差 较好 高于 双态 好 差
关键工艺参数和组织特征
Hale Waihona Puke 关键工艺参数和片层组织的特征
两相钛合金获得单相区加工组织的工艺路线
关键工艺参数和组织特征
Ti-6242钛合金单相区加工组织（TEM）
两相钛合金获得两相组织的加工路线
关键工艺参数和组织特征
IMI 834钛合金不同单相区冷速对组织的影响
两相钛合金获得等轴组织的加工路线 （两相区再结晶退火缓慢冷却）
钛及钛合金加工工艺与 组织、性能关系
钛合金锻造分类 及组织类型
有关锻造术语：
常规锻造：在β 相变点以下25℃或更低温度下的α +β
相区加热后进行锻造。 β 锻造：在β 相变点以上50℃或更高的温度下加热后进
行锻造，其变形量全部或主要地在β 相区完成。
近β 锻造：在β 相变点以下10~40℃加热后进行锻造。 准β 锻造：在β 相变点以上10~40℃加热后进行锻造，
Da/dN
疲劳性能 低周 较差 较好 高于 双态 高于 等轴 差 高周 好 高于 等轴 好 差 差
快 较快 慢 慢 最快
与等轴同一水平 与等轴同一水平 好 差
8
两相钛合金获得片层组织的加工路线
Ti-6242钛合金单相区不同冷速对片层组织的影响 (OM)
Ti-6242钛合金单相区不同冷速对片层组织的影响 （TEM）
钛合金锻造工艺
钛合金锻造工艺钛合金作为一种重要的工程金属材料，具有优良的力学性能、耐腐蚀性能和高温性能等特点，在航空航天、船舶、汽车、医疗器械等领域得到广泛应用。
钛合金锻造作为一种主要的加工方法，具有高效、高精度、高质量等优点，对于提高钛合金零件的机械性能和使用寿命具有重要意义。
一、钛合金锻造工艺的概述钛合金锻造是指将钛合金坯料加热到一定温度后，通过锻造机械设备对其进行塑性变形，使其形成所需的形状和尺寸。
钛合金锻造工艺包括热锻、冷锻和等温锻等几种形式，其中热锻是最常用的一种。
热锻是指将钛合金坯料加热到其变形温度以上，然后通过锻造机械设备对其进行塑性变形，使其形成所需的形状和尺寸。
热锻的主要优点是能够减少材料的应力和变形量，提高材料的塑性和韧性，从而得到高质量的钛合金零件。
但是，热锻需要较高的温度和压力，对设备和工艺要求较高。
冷锻是指将钛合金坯料在室温下进行塑性变形，其主要优点是能够获得高强度和高硬度的钛合金零件，但是冷锻需要较高的压力和变形量，对设备和工艺要求也较高。
等温锻是指将钛合金坯料在一定温度下进行塑性变形，其主要优点是能够获得高精度和高表面质量的钛合金零件，但是等温锻需要较高的温度和时间，对设备和工艺要求也较高。
二、钛合金锻造工艺的关键技术1. 加热技术钛合金的变形温度较高，一般在800℃以上，因此加热技术对于钛合金锻造过程至关重要。
在加热过程中，要控制加热速度、加热温度和加热时间，以保证钛合金坯料的均匀加热和充分变软。
同时，还要避免过热和过烧，以防止钛合金发生氧化和变质。
2. 锻造工艺钛合金锻造的关键在于控制锻造过程中的变形量、变形速率和变形温度等参数，以保证钛合金零件的形状和尺寸精度。
在锻造过程中，还要注意保持坯料的温度和塑性，避免过度变形和损伤。
3. 退火技术钛合金锻造后需要进行退火处理，以消除残余应力和改善材料的机械性能。
在退火过程中，要控制温度、时间和冷却速度等参数，以保证钛合金零件的性能和表面质量。
钛合金锻造知识点总结
钛合金锻造知识点总结一、钛合金锻造的工艺流程1.材料选择：钛合金锻造的材料选择十分重要，一般选择工艺性能好的钛合金作为原料。
2.预处理：在进行锻造之前，需要对原料进行预处理，如去除氧化皮等。
3.坯料加热：将预处理好的坯料加热至一定温度，使其达到足够的塑性。
4.锻造成形：将加热后的坯料放入锻造设备中，通过锤击或压力使其变形成所需形状。
5.热处理：在锻造完成后，对零件进行热处理，以消除应力和提高材料性能。
6.表面处理：对热处理后的零件进行表面处理，如抛光、喷涂等。
7.质检包装：对表面处理后的零件进行质量检查，然后进行包装。
二、钛合金锻造的工艺参数1.温度：钛合金的锻造温度通常在800℃-1000℃之间，需要根据具体材料的性质和热处理要求确定最佳温度。
2.变形量：钛合金的变形极限大约在40%-60%，因此在锻造过程中需要控制变形量，以避免材料断裂。
3.锻造压力：锻造压力是保证钛合金坯料变形的关键参数，通常需要根据坯料的形状和尺寸确定合适的锻造压力。
4.锻造速度：锻造速度对于钛合金的组织和性能有很大影响，需要根据具体情况进行调节。
三、钛合金锻造中需要注意的问题1.温度控制：钛合金的锻造温度相对较高，需要严格控制加热温度，避免因过热而导致坯料变性或过冷造成变形困难。
2.变形控制：在钛合金锻造过程中，需要控制变形量，以避免因过度变形而导致材料断裂。
3.锻造表面质量：钛合金的锻造表面质量对最终产品的性能有着重要影响，需要通过合理的工艺参数和设备保证其表面质量。
4.热处理控制：对于钛合金锻造零件，热处理是不可或缺的一步，需要严格控制热处理温度和时间，以达到最佳效果。
四、钛合金锻造的设备和工装1.锻造设备：钛合金锻造通常采用液压锻造机、气动锻造机等设备，需要根据具体的生产需求选择合适的设备。
2.模具：钛合金锻造需要使用专用模具，这些模具需要经过严格的加工和热处理，以保证零件的成形精度和表面质量。
3.锻造工装：在进行钛合金锻造时，还需配备适当的锻造工装，用于固定坯料、调节锻造温度和压力等。
钛合金锻造知识
钛合金锻造知识钛合金是一种轻量化、高强度、耐腐蚀的金属材料，广泛应用于航空航天、生物医学、汽车和化工等领域。
钛合金锻造是通过加热和塑性变形的方式将钛合金加工成所需形状和尺寸的零件，为了获得优质的钛合金锻件，我们需要掌握以下关于钛合金锻造的知识。
1. 钛合金锻造的优点钛合金锻造具有以下优点：•高强度和优异的耐腐蚀性能•低密度，轻量化设计•良好的热导性和导电性•良好的可塑性，易于加工因此，钛合金锻造在航天航空、船舶、医疗和军事等领域中得到广泛应用。
2. 钛合金锻造的工艺钛合金锻造的工艺主要包括以下几个步骤：2.1 钛合金预热在钛合金锻造过程中，预热是一个重要的步骤。
通过对钛合金材料进行适当的预热，可以提高其塑性和变形能力，减少断裂和裂纹的产生。
2.2 钛合金加热钛合金的加热温度通常在其熔点以上50°C左右进行。
适当的加热温度可以使钛合金变得柔软，易于变形。
2.3 钛合金锻造钛合金锻造主要包括冷锻和热锻两种方式。
•冷锻：在常温下进行的钛合金锻造。
冷锻可以提高钛合金的强度和硬度，但对于复杂形状的零件来说，冷锻的工艺性较差。
•热锻：在高温下进行的钛合金锻造。
热锻可以获得更好的塑性，适用于复杂形状和大尺寸的钛合金零件的加工。
2.4 钛合金热处理钛合金锻造后通常需要进行热处理，以消除内部应力，提高材料的强度和耐腐蚀性能。
2.5 钛合金表面处理钛合金锻件在加工后需要进行表面处理，包括除氧化皮、打磨抛光和防腐蚀等步骤，以提高表面质量和延长使用寿命。
3. 钛合金锻造的注意事项在进行钛合金锻造时，需要注意以下事项：•测量和控制材料的温度，避免温度过高或过低导致材料性能下降或变形。
•控制锻造速度和压力，避免过快或过慢引起裂纹或变形。
•使用合适的模具和预热设备，以确保材料的均匀加热和塑性变形。
•进行适当的热处理和表面处理，以提高材料的性能和外观质量。
•遵守相关的安全生产规范，防范火灾和爆炸等事故。
结论钛合金锻造是一种重要的制造工艺，可以为各行业提供高性能和高质量的零件和部件。
钛合金的精炼方法
钛合金的精炼方法除去钛及钛合金中的杂质，生产纯度符合用户要求过程，即为钛或钛合金的精炼。
工业上常用的方法有克劳尔法、熔盐电解精炼法、碘化物热分解法和电子束熔炼法。
一般来说，克劳尔法的纯度可达4N～5N 级，电解法和碘化法的纯度可达5N～6N （气体元素除外）。
此外，几种精炼方法的结合可以进一步提高钛的纯度，可以达到7N级。
1、克劳尔（Kroll）法克劳尔法是国内外批量生产海绵钛的主要方法，其还原反应如下式所示。
TiCl4+2Mg→Ti+2MgCl2劳尔法生产海绵钛的具体工艺流程：首先是要进行选矿，然后将钛矿在石油焦和氯气的作用下制得到粗TiCl4，粗TiCl4再经过蒸馏除杂和反应除钒后得精制TiCl4，精制TiCl4加入到盛有熔融Mg液的特定反应容器中进行还原，反应结束后蒸馏除去过剩的Mg和MgCl2，得到海绵状的钛坨，最后取出钛坨，经过粉碎、分级、封装等得到商品海绵钛。
根据海绵钛的硬度和杂质含量，可将海绵钛分为6个级别，其中零级海绵钛纯度为99.7%。
国内还没有采用Kroll法直接生产高纯钛的有关报道。
日本自1987年住友钛公司采用克劳尔法生产出了3N级海绵钛（不包括气体元素含量）以来，经过多年的技术革新，2001年已经能够生产出5N （99.999%）级高纯钛。
为了提高海绵钛的品质，日本东邦钛和住友钛两大公司从原料、设备和工艺等方面进行革新。
原料方面必须首先提高TiCl4和Mg的纯度，因为海绵钛中一半以上的杂质来源于原材料，生产5N级钛时TiCl4纯度要达到6N级。
为此，日本东邦钛公司改进了TiCl4的精炼工艺，使得TiCl4杂质元素含量极低，其中As、Sb、Sn的含量由原来的0.001%、0.0002%、0.0003%下降到0.000001%、0.000007%、0.000001% （质量分数）。
在提高TiCl4纯度的同时，必须减少MgCl2电解和Mg运输过程中金属元素对Mg的污染。
为此，日本采用纯铁制作盛Mg装置，减少了Ni的污染。
钛及钛合金锻造生产工艺介绍及生产注意事项(干货值得收藏!)
钛及钛合金锻造生产工艺介绍及生产注意事项摘要：从铸锭的准备、铸锭加热、锻造工艺、热处理工艺、机加工、打磨、锭号管理、超声探伤、锯切、取样等方面详细介绍了钛及钛合金锻造生产工艺及生产过程中的注意事项。
一、铸锭的准备1、生产工艺员在接到生产作业计划后, 要仔细对计划部分内容进行审核, 如有问题, 及时和计划员沟通, 确定无误后, 方可编制生产工艺。
并通知相关人员到库房领料。
2、领料人员应根据GB/3620.1 钛及钛合金牌号和化学成分及化学成分允许偏差GB/3620.2 及企标的有关规定，核对铸锭合格证，并核对合金牌号、锭号、规格和重量是否与实物相符，确认无误后，再进行转料。
3、铸锭转入锻造厂房应摆放整齐，将标识摆放于易看到的方位或用金属（记号笔）在铸锭的两端或表面将锭号明显标出。
4、生产工艺员在投料前应仔细研究产品所执行的技术标准，保证其化学成份能满足该产品的技术要求。
否则，不能投料。
5、铸锭转入锻造车间后炉工在装炉前必须对铸锭进行涂层，涂层时将铸锭用垫木或导辊垫起，并将铸锭表面的杂脏物、油污用清洗剂擦洗干净后再涂防氧化涂层。
6、涂层时将写锭号的地方不要涂, 以便装炉前确认锭号是否正确。
7、涂层的厚度应控制在0.2～0.4㎜。
涂层后必须干透即24小时后方可装炉。
表 1 主要产品的简明工艺流程二、铸锭加热加热设备：天燃气炉、电阻炉1、加热前准备。
1.1 炉工装炉前应认真核对来料的牌号、锭号、规格、支数是否与工艺卡片相符，确认无误后，方可装炉。
1.2 加热设备与测温仪表应运转正常，否则不得使用，对测温仪表应每半年校对一次，并经常检查。
对于科研用料或重要产品，在生产前应校核炉温。
炉子在大修或长期停用后开始使用时，应校核炉温，炉子的均温区在正常情况下一个季度校核一次，并做好记录。
1.3 装炉前炉内应清洁，不得有钢铁等非金属物及这些金属的氧化皮以及其它影响加热质量的物质存在。
锭坯表面应清洁，不得有油污和其它脏物。
钛合金锻造技术演示文稿
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素在周期表中的位置
22号 IV B 族
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素在自然界中的赋存状态
地壳质量的4‰，总储量34亿吨 化学性质活泼，无钛的单质，主要是氧化物
金红石
钛铁矿
2008-09-09
钛资源的分布
钛元素与钛资源概述
Al：应用最广泛，强效。降低熔点，提高β转变温度。
原子置换方式增加网格畸变，室温和高温均强化。 相当于钢中碳的作用，提高热稳定性和焊接性。
Ga Ge：稀贵元素，应用少，作用正在研究中。
O N C: 间隙元素，强度提高，塑性下降。脆性威胁，
严格控制含量。
2008-09-09
钛的主要合金元素
钛的合金化原理
钛合金锻造技术演示文稿
《专 题》
一、 钛与钛合金热加工技术基础 二、 航空航天常用钛合金及其锻造技术 三、 钛合金锻件的常见缺陷与对策
2008-09-09
专题一的主要内容
1. 钛元素及钛资源概述 2. 钛合金的生产流程 3. 钛的基本特性 4. 钛的合金化原理 5. 钛合金的典型组织及分类 6. 钛合金锻造技术基础 7. 钛合金常用术语
优异的耐蚀性能 使用温度范围大
Mg Al
50 200
Superalloys
CMC
低阻尼特性
Refractory Metals and Intermetallics
700
1200
1700
Temperature (ºC)
2008-09-09
钛合金相图
钛的合金化原理
中性型 Zr Hf Sn
钛合金精密铸造技术
钛合金精密铸造技术
钛合金精密铸造技术是一种将钛合金材料进行精确铸造的工艺。
钛合金作为一种高强度、低密度和耐腐蚀的材料，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
钛合金精密铸造技术包括以下步骤：
1. 材料准备：选择适合的钛合金材料，并进行预处理，如加热、去除杂质等。
2. 模具制备：设计和制造适合铸造钛合金的模具。
模具需要能够承受高温和高压，并具有良好的润模性能。
3. 熔炼和浇注：将预处理后的钛合金材料加热熔化，然后快速浇注到模具中。
浇注时需要控制好温度和浇注速度，以避免产生气孔和缺陷。
4. 冷却和固化：在模具中冷却和固化钛合金材料，使其形成所需的形状和结构。
5. 除模和修整：将固化的钛合金件取出模具，并对其进行除模和修整工艺，去除多余的毛边、凸起和瑕疵。
6. 后处理：对铸造好的钛合金件进行表面处理，如抛光、喷砂和阳极氧化等。
同时，还可以对其进行热处理、退火等工艺，以提高其机械性能和耐腐蚀性能。
通过钛合金精密铸造技术，可以生产出具有复杂形状和高精度的钛合金件。
这种技术能够有效提高钛合金材料的利用率和性能，并满足不同领域对钛合金件的高要求。
钛的精炼与冶炼
03
钛的冶炼工艺
钛的初炼
钛渣处理
将钛渣进行破碎、磨细和富集，去除杂质， 提高钛的品位。
电炉熔炼
将处理后的钛渣与电极一起熔炼，得到初步 的钛金属。
粗钛处理
将电炉熔炼得到的粗钛进行进一步的熔炼和 除杂，得到较为纯净的钛。
钛的中炼
中频炉熔炼
利用中频感应炉对粗钛进行再次熔炼，进一步去除杂质和提高钛 的纯度。
应对策略
加强环保意识，严格遵守国家和地方环保法规，确保三废达标排放；同时，推广 环保技术和清洁生产，减少环境污染，实现可持续发展。
05
未来钛工业的发展趋势
高纯度钛的发展
01
高纯度钛具有更高的强度、耐腐蚀性和生物相容性，是航空航 天、医疗、化工等领域的重要材料。
02
随着科技的不断进步，高纯度钛的制备技术也在逐步提高，未
钛的应用领域
航空航天
钛合金用于制造飞机和火箭等航空器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构 件和发动机部件。
化工领域
钛用于制造耐腐蚀的设备和管道，如氯碱工 业、石油化工等。
医疗领域
钛及钛合金用于制造医疗器械，如人工关节 、牙科植入物等。
其他领域
钛在汽车、体育器材、建筑等领域也有广泛 应用。
钛的资源分布
资源
钛资源主要分布在南美洲、北美洲、 亚洲和澳大利亚等地，其中中国的钛 资源最为丰富。
钛的精炼与冶炼
目录 Contents
• 钛的简介 • 钛的精炼工艺 • 钛的冶炼工艺 • 钛精炼与冶炼中的问题与对策 • 未来钛工业的发展趋势
01
钛的简介
钛的发现与特性
发现
钛元素于1791年被发现，是继铁 、铝之后的第三金属，具有银白 色的外观和良好的耐腐蚀性。
一种钛合金锻造方法
一种钛合金锻造方法
钛合金锻造是通过对钛合金进行加热和塑性变形，使其形成所需的形状和结构的一种加工方法。
以下是一种常见的钛合金锻造方法：
1.准备工作：选择适当的钛合金材料，进行预处理，包括去除杂质、清洁表面和切割成所需的形状。
2.加热：将钛合金材料放入锻造炉中进行加热，通常温度在800-950C之间。
确保温度均匀分布和稳定。
3.锤击和压力：将加热的钛合金材料放入锻造模具中，利用锻造机械的力量施加压力，使其发生塑性变形。
可以采用单面锻造、双面锻造或多向锻造等不同的锻造方式。
4.冷却和退火：在完成锻造后，将钛合金材料进行冷却，并进行退火处理以消除内部应力和改善材料的力学性能。
5.后处理：通过切割、抛光、清洁等工艺对锻造件进行整理和加工，使其符合设计要求。
钛合金锻造具有高强度、良好的塑性和耐腐蚀性能，常用于航空航天、医疗器械、汽车工业等领域。
该方法能够制备出形状复杂、尺寸精确的钛合金件，具有重要
的工程应用价值。
钛合金gr2锻方
钛合金gr2锻方钛合金GR2锻方钛合金是一种具有优异性能的金属材料，广泛应用于航空航天、化工、医疗器械等领域。
其中，钛合金GR2是一种常见的工业级钛合金，具有良好的可锻性能和机械性能，被广泛用于锻造加工。
钛合金GR2主要由钛和少量的铁、氧、碳、氮等元素组成，具有良好的耐腐蚀性和高强度。
相较于其他钛合金，GR2具有较高的可锻性，能够通过锻造加工得到各种形状的零件和构件。
钛合金GR2的锻造工艺通常分为预热、锻造和热处理三个步骤。
首先，将原料钛合金GR2进行预热，提高其塑性和可锻性，使其易于变形。
然后，使用锻造设备将预热后的钛合金GR2进行锻造，通过施加压力和变形力，使其逐渐变形成所需的形状和尺寸。
最后，对锻造后的钛合金GR2进行热处理，以消除内部应力和提高其力学性能。
钛合金GR2的锻造工艺具有以下优点：1. 高可锻性：钛合金GR2具有较高的塑性和可锻性，能够在较低的温度下进行锻造，降低能耗并提高生产效率。
2. 良好的机械性能：经过锻造后，钛合金GR2的组织均匀致密，具有良好的强度和韧性，能够满足各种工程要求。
3. 良好的耐腐蚀性：钛合金GR2具有良好的耐腐蚀性能，能够在恶劣环境下长期使用，并且不容易出现腐蚀和氧化现象。
钛合金GR2的锻造应用广泛，如航空航天领域中的发动机零件、飞机结构件；化工领域中的反应器、换热器；医疗器械领域中的人工关节、牙科种植等。
通过锻造加工，钛合金GR2可以得到各种复杂形状和尺寸的零件，满足不同领域的需求。
在进行钛合金GR2的锻造加工时，需要注意以下几点：1. 控制锻造温度：钛合金GR2的锻造温度应在其熔点以上50-100℃的范围内，过高或过低的温度都会影响其可锻性和机械性能。
2. 控制变形速率：钛合金GR2的锻造变形速率应适中，过快的变形速率会导致组织不均匀，过慢的变形速率则会降低生产效率。
3. 合理设计工艺：在进行钛合金GR2的锻造加工时，需要根据零件的形状和尺寸合理设计工艺，避免出现过大的变形量和应力集中。
钛合金锻造讲稿讲解
讲到这里，你们可能会问，钛合金不要在氧 化性气氛中加热，而是在还原性气氛中加热不是 更好吗？
回答是肯定的：不行。即使没有电炉的条件 下，宁可在油炉中加热。
为什么？ 氢对钛合金性能的影响远比氧大得多，要发 生氢脆。所以，技术条件控制的氢含量<0.012（简 称双零控制）。
● 加热温度越高、时间越长，氧在金属内部扩散越 厉害。 氧对钛金属玷污的程度∝T·H ·CM成正比
而将铁、钴、镍加入到钢中形成的铁基、钴基、 镍基黑色高温耐热合金，其使用温度可达到900 ℃。
那么为什么？
原因：高温下氧对钛的玷污速率很高
控制的杂质氧 含量<0.15%
氧化膜
基体金属 的界面
钛金属(如钛棒)在空气 中也会氧化的，形成一层很 薄的淡黄色的氧化膜，如图 黄色的外圈。
一般讲，技术条件控制钛金属中杂质氧含量
但条件变化了，如加热、大变形、高速变形， 那么，次要滑移面也将产生滑移。
在体心立方晶体中，主要滑移面＋次要滑移面 共有48个。当然，滑移容易了，也就是说塑性好 了。
由此，给我们的启示： ● 钛合金为什么一般不能冷变形？ ● 又为什么发展近β锻造、 β锻造？
（除了发挥材料性能） ● 为什么要严格控制钛合金终锻温度？ ● 为什么在高速锤上变形、金属填充
体金属扩散（渗透）创造了条件，正如水由高 处流向低处一样，落差越大，水的流速越快。 高温下，氧很活泼，不断地向金属内部扩散。 ● 氧在固体金属钛中比氢(H)有较大的固溶度，就 是说氧在钛中比H有较大的溶解度，而且它不 是置换式的固溶，而是间隙式的。只要原子之 间有点间隙，它就可以钻进去，讲得明白一点， 干脆叫它无孔不入。因而，又为氧向金属内部 扩散创造了条件。
可是，其危害不能小视。 为什么？ ● 导致材料表面变脆，由于氧的渗透，在金属表 面形成一层富氧层（TiO2）。
钛及钛合金自由锻造过程分析
钛及钛合金自由锻造过程分析【摘要】：在钛及钛合金的热加工过程中，自由锻造成为主要加工手段之一，但钛变形抗力大，锻造温度范围小，锻造过程中容易产生裂纹、折叠等，使损耗率增大，甚至因组织、性能不合而报废。
制定正确的工艺路线，采用合理的变形方式，较好地控制送进量、压下量、变形程度，变形温度，变形速度等重要参数，可以大大减少和避免上述问题，从而提高材料的利用率。
【关键词】：钛及钛合金; 自由锻造1. 前言钛合金是目前使用的材料中比强度最高的材料之一,具有抗腐蚀能力强、强度高、密度低、中温性能稳定等一系列优良特性，在航空航天工业、生物医药、石油工业以及原子能等高技术领域有着广泛应用。
在钛及钛合金的热加工过程中，自由锻造成为主要加工手段之一。
文章以钛及钛合金棒材为讨论对象，自由锻造可加工成品棒材，也可加工中间工序的坯料。
作为中间坯料，则是为后续加工如锻造、轧制提供一定形状、一定尺寸、一定组织和性能的材料。
对于成品，不但要严格控制材料的组织、性能，同时，尺寸、表面质量均应满足要求，其中任一项不合格均不能交货。
例如，一支Φ152+3-0×2000mm定尺的棒材，仅仅因一处裂纹修磨超差2mm而不能交货，虽然可改锻作为它用，但影响了交货期。
在实际生产过程中，这样的例子并不少见。
因此，如何采取正确的工艺路线，合理的锻造方式以保证材料的组织性能和表面质量，尤其防止锻件因组织而性能不达标或者表面出现较深的裂纹、折叠等造成尺寸超差，成为工程技术人员研究的课题之一，这也是文章讨论分析的主要目的。
2. 自由锻造的设备及主要方式在目前的实际生产中，自由锻造常用的加热炉有煤炉，天然气炉，电炉等。
铸锭开坯常用前两种加热炉。
因为电炉加热温度易控制，精确度较高（一般±10℃），且污染程度小，成品前的加热一般都要用电炉。
锻造设备有锻锤、水压机、快锻机等。
自由锻造钛及钛合金棒材的基本方式为拔长、镦粗，或者采用拔长、镦粗相结合的方式。
钛及钛合金铸造技术
钛及钛合金铸造技术哎呀，说到钛合金，这玩意儿可真是个神奇的存在。
你知道吗，钛合金这玩意儿，轻得跟羽毛似的，但强度却能和钢铁媲美。
这听起来是不是有点像超级英雄的装备？哈哈，不过别误会，我可不是在写科幻小说。
记得有一次，我去了一个工厂参观，那地方专门搞钛合金的铸造。
一进去，我就被那股子金属味儿给呛到了，但不得不说，那味道还挺让人兴奋的。
工人们穿着厚厚的防护服，戴着护目镜，看起来就像是电影里的未来战士。
他们告诉我，钛合金的铸造过程可不简单。
首先，得把钛金属熔化，那温度得有好几千度，热得能把人烤熟。
然后，他们把熔化的钛倒入模具里，那模具得是特制的，因为钛合金冷却得特别快，模具要是不结实，那可就全完了。
我看着那些工人小心翼翼地操作着，心里想，这活儿可真不是一般人能干的。
他们得时刻注意温度、压力，还得保证模具的精确度，这可不是开玩笑的。
铸造完成之后，那些钛合金铸件看起来就像是艺术品，光滑得能当镜子照。
但别以为这就完事了，后面还有一大堆的工序呢，比如冷却、打磨、检查，每一步都得小心翼翼，不能有半点马虎。
我看着那些工人，他们的眼神里透露出一种专注和自豪。
他们知道，自己手里的钛合金，将来可能会用在飞机、火箭，甚至是人造卫星上。
这可是关乎国家安全和人类探索宇宙的大事儿。
参观完工厂，我走出大门，回头望了望那座巨大的铸造车间，心里不禁感慨：钛合金，这小小的金属，背后却承载着人类的梦想和希望。
虽然它看起来冷冰冰的，但它的制作过程却充满了热情和智慧。
所以，下次你再听到钛合金这个词，别只想着它是金属，它还是人类智慧的结晶，是梦想的承载者。
就像我们的生活，虽然有时候看起来平淡无奇，但其实背后都隐藏着无数的努力和付出。
钛合金，就像我们的生活，坚硬而有温度。
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钛的主要合金元素
钛的合金化原理
3、 中性元素：对β转变温度无显著影响。
在α和β中均有较大溶解度，固溶强化。
Zr Hf： Ti的同族元素，提高α强度和热强性，
强化效果低于Al，但对塑性的影响小。
Sn Mg：主要固溶强化α相，也可视为α 稳定元素。
Ce La：稀土元素，提高高温拉伸和热稳定性。
研究热点
杜邦公司首先开始商业化生产金 属钛
钛元素与钛资源概述
钛元素在周期表中的位置
22号 IV B 族
钛元素与钛资源概述
钛元素在自然界中的赋存状态
地壳质量的4‰，总储量34亿吨 化学性质活泼，无钛的单质，主要是氧化物
金红石
钛铁矿
钛资源的分布
钛元素与钛资源概述
钛矿石
1
海绵钛
钛合金 铸锭
2
钛合金的生产流程
1、α稳定元素：提高β转变温度，扩大α相区。
距Ti较远，化学性质差别大。 包析反应，提高热稳定性
Al：应用最广泛，强效。降低熔点，提高β转变温度。
原子置换方式增加网格畸变，室温和高温均强化。 相当于钢中碳的作用，提高热稳定性和焊接性。
Ga Ge：稀贵元素，应用少，作用正在研究中。
O N C: 间隙元素，强度提高，塑性下降。脆性威胁，
钛元素与钛资源概述
钛元素的发现
英国William Gregor 发现钛元素的存在，将其命名为 “mechanite”
德国Martin Heinri ch Klaproth,成功地从矿石（金 红石）中分解出氧化钛，将其更名为“Titans”
卢森堡Wilhelm Justin Kroll（被称为钛 工业之父），用Ticl4和Na制取了大量的 钛（Kroll工艺）
4种基本类型
钛合金的典型组织
等轴组织
等轴初生α相和β转变 组织均匀分布。两相区 中部加热/变形所获得 的。强度、塑性、疲劳 性能突出。
混合组织
β转变组织基体上分布 有少量等轴初生α相。 两相区上部加热/变形 获得的。兼顾强度、塑 性、韧性、疲劳、蠕变
4种基本类型
钛合金的典型组织
网篮组织
原始β晶粒内分布着发 达的片层α。β晶界已 被破碎，无明显晶界α。 β相区加热/变形，两相 区完成变形。
3
变形钛 合金
大棒材 小棒材 板材 管材 型材
半成品
叶片 盘件 蒙皮 ……
成品
铸造钛 合金
叶片 机匣 蒙皮
……
钛合金的生产流程
1 海绵钛的生产工艺
钛矿 （金红石） 氯化
四氯化钛(TiCl4 )
Kroll：镁还原 Hunter：钠还原
海绵钛
●海绵钛根据杂质
含量的不同，可分 为0级、1级、2级等 不同等级。0级海绵 钛杂质含量最低。
由于α稳定元素Al较多而形成的偏析。 200X 也形成亮条，硬度偏高。单件报废。
3 铸锭开坯
钛合金的生产流程
将粗大的铸态组织改变为变形态组织，为后续加工进行 组织准备。
自由锻、挤压、平锻、快锻、精锻
β区加热，足够变形量，变形先小后大， 防止裂纹和局部变形。
常用开坯设备
钛合金的生产流程
钛的基本特征
钛合金TC4中的高间隙缺陷 正常区 Hv300 缺陷区 Hv493
β斑点 高β稳定元素偏析，因局部β稳定
元素偏高而形成β斑点。
间隙元素偏析
低指A氧l、、氮V、偏碳析等间也隙元叫素软的偏富集析区，严重时形
成化合物，硬度高,危害大，也叫硬偏析、α偏
高硬表析度面。Al降或一偏低剖旦析，面发偏形现析成，区亮整为条炉等，报轴一废组般织单，件报α废相。增多。锻件
钛与钛合金锻造加工技术
《专 题》
一、 钛与钛合金热加工技术基础 二、 航空航天常用钛合金及其锻造技术 三、 钛合金锻件的常见缺陷与对策
专题一的主要内容
1. 钛元素及钛资源概述 2. 钛合金的生产流程 3. 钛的基本特性 4. 钛的合金化原理 5. 钛合金的典型组织及分类 6. 钛合金锻造技术基础 7. 钛合金常用术语
钛合金的生产流程
2 钛锭的熔炼及缺陷
惰 性 气 体 保 护 下 的 电 渣 重 熔 炉
VAR
飞机和发动机使用的 钛合金一般要经过2～3 次熔炼。（增加熔炼次 数可使成分均匀化）
冷壁铜坩埚熔炼技术 冷炉床熔炼技术
ESR
钛合金的生产流程
2 钛锭的熔炼及缺陷
由于配料和焊电极时带入钨、钼等难熔金属，冶炼时未 被熔化造成。可用超声或涡流检验控制。
钛合金的基本特征
250
高的比强度
200
（对飞机及航空发动机尤其重要）
150 Titanium Alloys
100
TiAl Alloys
Single Crystal Superalloys
优异的耐蚀性能 使用温度范围大
Mg Al
50 200
Superalloys
CMC
低阻尼特性
Refractory Metals and Intermetallics
700
1200
1700
Temperature (ºC)
钛合金相图
钛的合金化原理
中性型 Zr Hf Sn
α稳定化型
Al Ga Ge ON C
β同晶型
β共析型
β稳定化型
Mo V Nb Ta
Fe Mn Cr Co Ni Cu Si H
钛的合金化原理
完整的 Ti-Al合金相图
钛的合金化原理
钛的主要合金元素
钛元素的基本特征
(1) 密度(纯钛密度介于铝 和铁之间。 (2) 导热性差，导热率仅为 铁的1/6，铝的1/15。 (3) 摩擦系数较大。 (4) 热膨胀系数较低。 (5) 弹性模量较低。 (6) 无磁性。
同 素 异 构 Байду номын сангаас 变
钛的基本特征
Specific Strength (MPa/(Mg/m3))
严格控制含量。
钛的主要合金元素
钛的合金化原理
2、β稳定元素：降低β转变温度，扩大β相区。
固溶强化，提高淬透性和热处理强化效果。
V Mo：β同晶元素，靠近Ti，晶格类型与β-Ti相同。 Nb Ta 与β相无限互溶，在α相中有限溶解。
提高强度，保持较高塑性，无共析或包析反应
Fe Mn： β共析元素，强化效果明显。 Cr Co 在α和β相中均有限溶解，在β中溶解度更大 Ni Cu 均存在共析反应，影响组织稳定和蠕变性能。 Si H 注意H的双重作用。
魏氏组织
β晶界完整，晶内存在 发达的片层α。晶界α 明显。加热和变形均在 β相区完成。断裂韧性 和蠕变性能突出。
钛合金的典型组织
显微组织对钛合金性能的影响
细小
粗大
性能
片层状
等轴状
○
○
弹性模量
○
+/-（织构）
+
-
强度
-
+
+
-
塑性
-
+
-
+
断裂韧性
+
-
+
-
疲劳裂纹萌生