引 言

钛脊合金拥有质轻、比强度高、耐侵蚀性好，以及卓越的高和善低温机能等个性，是优质的结构资料，在航空、航天、海洋、电力、化工、冶金、轻工、能源、环保等领域拥有宽泛的利用 [1] 。我国钛合金工业起步于20世纪60年代，经过几十年的发展，其钻延注造作水平有了很大的提高，并初步形成了自己的船用钛合金系统，且已能出产板、管、棒、饼、环、丝和铸件等多种大局产品，能满足分歧强度级别和分歧部位的要求 [2] 。然而，随着工业技术的刷新和出产力水平的提升，钛合金的需要和利用领域得到进一步提升，尤其是对高机能低成本钛合金的火急需要逐步成为我国现代化工业不得不面对的严格问题。

本文结合国内表钛合金的出产钻研近况，别离综述了高机能钛合金和低成本钛合金的发展示状，并索求了未来高机能低成本钛合金的发展趋向，为实现低成本造备高机能钛合金指了然方向。

1 、高机能钛合金出产利用近况

钛是一种沉要的战术金属资料，因其卓越的物理和化学性质，在多多领域内展示出无可代替的优势，被誉为“第三金属”、 “空中金属”、 “海洋金属”以及“智能金属”[2] 。钛的职位日益显赫，其利用领域也不休扩大，出格是在航空航天等高端技术领域，钛脊合金资料的需要出现出急剧增长的趋向，对资料机能的要求也随之提高。在航空航天领域，钛脊合金资料不仅必要具备优良的强杜纂塑性匹配，还必须具备高的断裂韧性、低的裂纹扩大速度、优异的委顿机能、悠久的蠕变机能、高温机能以及高的探伤机能，以满足结构件在危险容限设计方面的严格要求，从而确保航空航天器的安全性和靠得住性 [2] 。另一方面，随着技术的不休进取，对大型薄壁构件用钛板材的需要也在增长。这类宽幅薄板不仅要求拥有更高的力学机能，还要求晶粒度更细、表表光洁度更高，以满足后续成型件的精密要求。

这些个性的提升，进一步拓宽了钛资料在航空航天领域的利用领域，同时也推动了钛脊合金资料加工技术的创新和发展。钻营更高的综合机能已经成为航空航天用钛板材发展的重要方向之一。通过不休的技术创新和工艺改进，钛脊合金资料的利用领域将越发宽泛，其在国度战术中的职位也将越发不变。

1.1 国表高机能钛合金的出产利用近况

在国表，美国 Timet （Titanium Metals Corpora-tion）、RTI（RTI International Metals, Inc.）以及俄罗斯VSMPO（VSMPO-AVISMA）等少数顶尖公司，凭借其在技术和设备上的显著优势，已成功突破了大型钛合金铸锭的高纯净造备技术、宽厚板材和宽幅薄板造备技术的沉大挑战。这些技术突破不仅提升了产品的综合机能，还确保了批次的不变性、靠得住性和一致性，为航空工业提供了高质量的资料保险。

Timet公司，作为全球当先迪胙脊合金产品造作商之一，在航空航天领域拥有显著的影响力。

公司在全球领域内设有多个出产基地与服务中心，蕴含在美国和欧洲的战术熔炼和轧造设施，以满足全球市场对高质量钛产品的需要。公司的重要产品涵盖钛脊合金铸锭、板材、棒材及其他制品，宽泛利用于航空航天、工业造作和医疗设备等领域。凭借齐全的供给链、精密的钻研设备以及数十年的丰硕经验，Timet 在全球钛出产商中占据沉要职位。此表，公司积极与独立钻研机构和大学合作，致力于推动钛资料技术的创新与发展。

RTI公司是全球当先的先进钛合金及其他特种金属产品出产和供给商，服务于贸易航空、国防、能源和医疗设备等多个市场，提供从原资料到制品的一整套供给链解决规划。在钛合金领域，RTI占有显著的技术优势和市场职位，其产品宽泛利用于高科技工业领域，蕴含航空航天、能源、化工和医疗等。此表，RTI还提供工程设计、焊接、切割、铸造、组装等服务，以满足分歧客户的多样化需要。凭借在钛合金及其他特种金属领域的深厚技术堆集和宽泛的市场利用，RTI已成为全球领域内极具影响力的资料供给商之一。

VSMPO公司是全球最早、最大迪胙材造作商之一。该公司占有齐全的垂直一体化出产线，可能出产从低级产品（海绵钛）到通用资料产品（如棒、板、线、管、型材），以及锻压成型产品（如锻件、环形件等）。这些产品宽泛利用于航空航天、能源化工、船舶汽车以及医疗器械等领域。公司每年向全球超过50个国度和地域供给各类钛材产品，蕴含钛板、钛棒、无缝管、焊收受、钛型材和钛锻件等。其重要客户蕴含美国波音公司、欧洲空客公司等国际驰名企业。只管面对国际造裁和政治压力，VSMPO公司依然维持了较高的出产能力，并持续在全球钛材市场中占据沉要职位。

综上所述，国表出产商可能批量出产多各种类和规格迪胙合金资料，以适应分歧航空器和发起机的需要。部门钛合金板材可不变出产至最薄100 mm 、最宽1 500 mm，极大地扩大了其在航空领域的利用领域。无论是在飞机结构部件还是航空发起机的关键组件中，这些资料的宽泛利用充分展示了其高机能和高靠得住性，从而赢得了国内表的宽泛认可和信赖。通过技术创新和严格的质量节造系统，国表厂商确保了产品的高尺度和高质量，使其成为全球航空造作商的首选资料。持续的技术发展和市场拓展进一步坚韧了上述企业在全球航空钛合金板材市场确当先职位。

1.2 我国高机能钛合金的出产利用近况

在当前阶段，我国出产的有关产品由于受到现有设备能力及工艺技术水平的限度，与国际上蓬勃国度的同类产品相比，存在较为显著的机能差距。具体来说，凭据国军标（GJB 2505A-2018）的划定，对于板材产品的通例力学机能和悠久机能设定了明确的要求。然而，在探伤尺度方面，该尺度仅对厚度在670 mm领域内的TA15板材造订了具体的规范，并且这些规范的要求相对较低，仅为A1级别（Φ1.29 dB）。而对于其他类型的板材产品，以及这些产品在现实利用中直接有关的探伤杂波水平、断裂韧性和委顿机能等方面，现行的国度军用尺度并没有给出明确和具体的要求。

以TC4等为代表的高机能钛合金资料，在我国的航空工业中表演着至关沉要的角色 [3] 。这些资料不仅是当前主力飞机、新研发机型、高效发起机以及先进导弹等的关键组成部门，并且在造作过程中对资料的机能要求极高。出格是40~100 mm迪胙合金厚板以及0.52 mm的宽幅薄板，因其必要的结构强度和耐高温机能，在大型飞机、新型战斗机、先进导弹和高机能发起机中的利用尤为关键。国内新批产的某型号军用飞机选取的TC4厚板，不仅必要满足高探伤尺度（Φ1.212 dB），还必须维持优良的断裂韧性和优异的高温机能，以确保飞机在极端前提下的靠得住性和安全性；某新型战斗机用TC4薄板，其板幅宽度达到了1 500 mm，要求优良的超塑/扩散衔接机能。这种薄板的使用不仅提高了战机的整体机能，还要求对每一块板材进行严格的探伤检测，以保障最终产品的质量。当前，我国火急必要实现上述高机能钛合金板材的不变批量化出产。

2 、低成本钛合金出产利用近况

钛合金，作为一种机能优异的金属资料，在多多领域展示出怪异的价值。然而，与钢铁等传统金属资料相比，钛合金的出产成本相对较高，这很大水平上限度了其在民用航空、刀兵造作、构筑工程、汽车工业以及其他领域的宽泛利用。钛合金的高强度、低密度、优良的耐侵蚀性和耐高温机能使其成为上述领域中的梦想资料，但高昂的价值故障了它的推广和发展。因而，低成本钛合金的研造工作成为科研工作者和产业界亟待解决的问题。

凭据对钛合金产品成本组成的分析，如图所示，钛合金的成本重要取决于原料成本以及熔炼和加工成本 [4] 。在海绵钛出产技术未获得沉大突破之前，仅选取价值便宜的合金化元素难以显著降低钛合金的成本。因而，缩短加工造作流程成为当前降低钛合金成本的重要技术蹊径。

随着EB炉熔炼技术的不休进取和成熟，钛合金的低成本造备成为可能。首先，EB炉极大水平上提高了返回料的利用率。传统真空自耗电弧熔炼（VAR）技术在增长返回料时存在诸多限度，最多只能增长30%的返回料，并且难以有效去除凹凸密度同化物。相比而言，EB炉可能增长70%~80%的返回料，在肯定水平上降低了原资料的成本，且提高了资料的综合利用效能。其次，EB炉在熔炼过程中可能一次性熔炼出铸锭，与VAR技术相比，后者至少必要熔炼两次能力达到一样的成效。削减熔炼次数不仅缩短了出产周期，还直接降低了熔炼成本，从而提高了出产效能。此表，EB炉具备熔炼扁锭的能力，加工流程相较VAR熔炼而言更为直接和高效。VAR熔炼出的圆锭必要经过开坯铸造成板坯后能力轧造板材，增长了中央环节的成本和亏损；而EB炉显著缩短了加工流程，降低了中央亏损，进而而显著降低了加工成本。因而，EB炉熔炼为钛合金的低成本化造备提供了沉要的技术支持。通过提高返回料的利用率、削减熔炼次数以及优化加工流程，不仅降低了出产成本，还提高了出产效能，对于推动钛合金在各个领域的应器拥有沉要意思。

EB炉熔炼技术，作为一种先进的资料造备步骤，在全球领域内得到了宽泛的关注和急剧的发展。出格是在美国，该技术不仅发展成熟，并且其出产能力在同业业中居于当先职位。据统计，美国的EB炉熔炼产能约占全国钛熔炼总产能的45%，充分展示了其在钛金属出产领域中的沉要性和利用宽泛性。在航空级钛合金的出产中，美国选取EB+VAR双联工艺进行熔炼，有效解决了铸锭中高、低密度同化物的问题，显著提高了钛合金的纯度和质量。通过选取EB+VAR双联工艺，可能有效预防冶金缺点的产生，从而预防可能由资料缺点引 起的苦难性变乱 [5] 。这对于航空动弹件、结构件等关键资料至关沉要，其质量直接关系到航空器的安全和靠得住。因而，EB炉熔炼技术被以为是实现钛合金资料零缺点纯净化技术的沉要蹊径。

2.1 国表低成本钛合金的出产利用近况

在航空领域，对于关键部件使用的大截面钛合金资料而言，选取短流程化热加工技术降低出产成本，已成为国际主流的航空结构件用高机能钛合金低成本化造备的主流工艺路线。目前，钛合金厚板的销售价值约莫节造在300元/kg左右。在欧美国度，钛合金薄板的出产过程中宽泛选取返回料，并选取EB+VAR双联工艺，有效降低了原资料的出产成本。同时，通过有限的变形火次及变形量，造备出组织均匀、机能一致性好迪胙合金板材，其销售价值通常不超过500元/kg。

在刀兵用钛合金板材领域，美国已经设计并研发了一种专用的ATI425（Gr.38）钛合金 [6] 。这种钛合金的怪异之处在于其可能使用超过50%的TC4返回料，这不仅降低了出产成本，还提高了资料的再利用率。为了进一步提升钛合金的机能和利用领域，美国率先针对EB炉单次熔炼技术发展深刻钻研，研造的TC4钛合金板材质量不变、靠得住，且出产越发高效，被宽泛利用于M2战车的关键部位，蕴含指挥舱、防护装甲和顶部装甲等。随着上述资料的成功利用，美国由此形成了一套有关的尺度系统。这些尺度不仅为钛合金板材的出产和利用提供了明确的领导，还确保了产品的机能和质量可能满足军事领域的严格要求。通过这些尺度化工作，美国在刀兵用钛合金板材的研发和利用方面获得了显著的成就，为全球钛合金技术的发展和利用设置了新的标杆。

2.2 我国低成本钛合金的出产利用近况

目前，国内航空用钛合金的熔炼重要选取VAR 熔炼技术。对于质量要求较高迪胙合金铸锭，通常必要经过三次VAR熔炼过程，以确；竦贸煞造骄⑷钡懵实偷母咧柿恐。我国航空用钛合金厚板和薄板，都选取“新料”进行VAR熔炼，且板坯铸造火次及轧造成材率、轧造周期与欧美国度相比均存在肯定的差距。目前，国内钛合金厚板的销售价值约莫为500元/kg，而薄板产品的销售价值约为800元/kg，显著高于国表同类产品的价值水平。

在国内，西北有色金属钻研院与西部钛业有限责任公司作为行业前锋，致力于低成本钛合金的钻研与开发。通过选取低成本的Fe-Mo中央合金代替传统TC4合金中的昂贵元素V，成功研造出多种新型钛合金资料，蕴含近α型的 Ti8LC、近β型Ti12LC合金和α＋β型Ti5322、TC4G钛合金 [3, 7] 。经过严格机能测试，这些合金在多方面均优于美国同类产品Ti62S和Ti-LCB钛合金。为验证新资料实用性，研发团队已造备出一系列利用零件，如汽车进排气阀和钛齿轮等。这些零件在民用领域和刀兵领域展示出优良的利用远景，标志取我国在低成本高机能钛合金领域获得显著进展。

目前，国内利用EB熔炼技术出产纯钛扁锭已经根基成熟，但是还存在返回料利用低、成分误差较大等问题。因而，亟需发展高机能钛合金高效、不变的低成本化造备技术攻关，以满足航空和刀兵领域用钛合金资料的低成本发展的火急需要。此表，还必要进一步钻研双联工艺前提，以实现钛合金资料的高质量、低成本出产，跟上国际航空级钛合金铸锭熔炼技术的发展趋向。

3、 未来高机能低成本钛合金的发展趋向

随着钛脊合金资料在航空、航天、医疗等高端领域需要的增长，其利用领域将进一步扩大。未来，高机能低成本钛合金将会在以下几个方面获得突破：

（1）新成分、新商标钛合金不休发展。例如，北京有色金属钻研总院选取廉价的Cr-Fe中央合金设计并熔炼造备新型TiAlCrFe系低成本钛合金，其原资料成本仅为TC4合金的75%~80%。该合金的批量化出产，将对现有市场规模造成冲击 [8] 。

（2）新型造备技术获得沉大突破，进一步降低高机能钛合金的造备成本。例如，北京科技大学选取氢化脱氢（HDH）造粉—冷等静压成形—真空烧结致密化的技术路线成功造备了间隙原子含量低、拥有均匀藐幼近等轴α组织且室温拉伸机能优良的TC4合金烧结坯，削减了后续热加工变形量及加工路次，降低了钛合金型材的造备成本 [9] 。

（3） 残料回收技术趋于成熟，原资料成本降低 [10] 。残料利用技术不仅降低了原资料成本，还提高了出产效能。但是，半固态加工后的合金机能有所降落，尤其是冲击韧性降低显著，因而必要进一步优化加工工艺。

参考文件

[1] 朱知寿，商国强，王新南，等. 低成本高机能钛合金钻研进展[J]. 钛工业进展，2012，29(06): 1-5.

[2] 曹春晓. 我国航空用钛合金面对的21世纪的挑战[J]. 钛工业进展，1999(05): 1-5.

[3] 杨建朝，王兴，谢英杰，等. 大规格TC4钛合金厚板研造[J]. 钛工业进展，2014, 31(03): 22-25.

[4] 辛社伟，刘向宏，张思远，等. 钛合金低成本化技术的钻研与发展[J]. 罕见金属资料与工程，2023, 52(11):3971-3980.

[5] 宁皓妍，王立平. 电子束(EB)炉安全出产浅析[J]. 钛工业进展，2011, 28(06): 47-48.

[6] Mahdavi R, Abbasi S M, Emadoddin E. Flow behavior and microstructure evolution of ATI425 titanium alloy with initial martensitic microstructure in α/β and βregion[J]. Journal of Materials Research，2022, 37(17):2871-2882.

[7] 郑超，朱秀荣，辛海鹰，等. 高强度低成本Ti5322合金的抗弹机能及其抗弹机理钻研[J]. 钛工业进展，2020, 37(02): 14-20.

[8] 王振国. 新型TiAlCrFe系低成本钛合金的组织与机能钻研[D]. 北京有色金属钻研总院, 2013.

[9] 郭志猛，张策，王海英，等. 基于氢化脱氢钛粉造备低成本高机能钛合金[J]. 钛工业进展，2019, 36(05): 41-46.

[10] 赵秦阳，陈永楠，徐义库，等. 钛合金资料低成本化造备技术进展与瞻望[J]. 中国有色金属学报，2021, 31(11): 3127-3140.

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