航空钛合金锻件作为现代航空器的主题承力结构
，其机能直接决定飞行器的安全天堑与效力极限。国产大飞机C919起落架选取TC4-DT（危险容限型）钛合金锻件
，通过β热处置形成网篮组织
，使断裂韧性KIC≥75MPa·m?/?
，较传统TC4提升40%
，支持30万次起降寿命要求；而歼-20战机的机身主承力框选取Ti-6Al-4V ELI超低间隙元素锻件
，经等温铸造后委顿强度达600MPa（R=0.1）
，较通例铸造件提高35%。据中国航发集团数据
，新一代涡扇发起机中钛锻件占比已超25%
，其中高压压气机盘选取Ti-6242S合金
，在550℃/650MPa前提下悠久寿命突破300幼时
，较镍基合金减沉30%。西部超导依附6吨级真空自耗炉（VAR）熔炼的TA19（Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo）合金锻棒
，成功利用于长江-1000A发起机电扇盘
，实现晶粒度ASTM 7级均质化
，突破普惠对宽弦叶片的垄断。

一、航空钛合金锻件造作正经历三大技术范式转型：

1. 多场耦合精密成形

中航沉机针对TC18合金开发“电磁场辅助等温锻”技术：在α+β两相区（920±15℃）施加10T稳恒磁场
，使β相织构强度从7.5降至2.3
，解决大型机翼接头各向异性难题
，委顿寿命离散度缩幼50%。

2. 组织遗传性破译

中科院金属所揭示初生α相（≥15%）对β晶界钉扎效应是微织构遗传主因
，据此优化TC25G合金“三火次跨相区铸造”工艺：

β区开坯（Tβ+50℃/变形量80%）破碎铸态晶粒

α+β区改锻（Tβ-30℃/三向镦拔）细化初生α相

近β终锻（Tβ-10℃）形成5–8μm条状α相

使发起机涡轮盘650℃蠕变速度降至1×10??/s
，达国际当先水平。

3. 增材-铸造复合造作

航天一院选取激光沉积成形（LDED）+等温锻组合工艺造作长征九号氢氧发起机喷管支持环：

先打印Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V近净形坯体

在760℃/应变速度0.001s??前提劣等温精锻

将传统23个零件集成为1件
，减沉40%且委顿强度提升50%。

二、当前航空钛合金锻件面对三沉技术天堑：

1. 超高温悠久瓶颈

现有Ti-1100合金在600℃以上出现β相粗化
，导致悠久强度骤降40%。中国航发航材院通过Y?O?弥散强化（0.3wt%）
，将Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系合金使用温度提至650℃（100h悠久强度≥450MPa）
，满足第六代发起机需要。

2. 大尺寸构件均质化挑战

φ800mm以上锻件心部晶粒度颠簸达ASTM 3级。上海交大开发多向模锻+梯度控冷技术：在TC11合金φ850mm盘件铸造当选取芯部水冷+边缘风冷战术
，使全截面晶粒差≤1.5级
，超声探伤杂波降低20dB。

3. 委顿机能与成本平衡

航空级TC4锻件成本达40万元/吨。宝钛集团创新EBCHM（电子束冷床炉）残钛再生工艺：将机加工屑料氧含量从2500ppm降至800ppm
，造成TA15合金锻件委顿极限达500MPa（ΔK=25MPa·m?/?）
，成本降30%
，已用于ARJ21机翼挂架。

三、航空钛合金锻件产业正向三风雅向演进：

1. 全流程数字化

航发科技成立铸造-热处置-检测数字孪生平台：通过DICT（衍射晶粒成像）技术实时监测TC4-DT锻件β晶粒尺寸
，动态调整铸造参数
，使批次不变性提升90%。

2. 超塑性成形遍及化

西工大开发780℃高应变速度（10??s??）SPF/DB技术：将Ti-4Al-2V合金蒙皮扩散衔接温度从920℃降至800℃
，成形功夫缩短70%
，用于C929机翼前缘整体成形。

3. 低碳冶金突破

金天钛金建玉成球首条绿氢供电VAR熔炼线：通过光伏造氢点火供热
，使Ti-6Al-4V熔炼碳排放从18tCO?/t降至2.3tCO?/t
，2025年将覆盖30%航空锻件产能。

四、熔炼与铸锭造备

真空自耗电弧熔炼（VAR）

选取三次熔炼工艺确保成吩旖均性：初次熔炼（5–8 kA/20–30 V）去除挥发物；二次熔炼（8–15 kA/25–32 V/0.03–0.06 Pa真空度）深度提纯；三次熔炼（15–20 kA/25–35 V）实现成分微调
，氧含量精确节造于0.20%–0.25%以提升强度。

典型案例：高强改性Ti-6Al-4V铸锭（直径Φ500mm）经此工艺后
，棒材抗拉强度＞960 MPa
，探伤达GB/T 5193 A级尺度。

五、铸造工艺关键节造

(1)开坯铸造

温度节造：在β相变点（Tβ）以上100–160℃（如1150℃）进行大变形量（＞80%）开坯
，破碎铸态粗晶。

缺点预防：高合金化商标（如Ti2AlNb）需预防表表温降导致的横向开裂
，冬季作业时需增长保温措施。

(2)改锻与组织调控

跨相区铸造：

两相区改锻（Tβ-50~-20℃）：通过多火次镦拔（总锻比≥6.5）细化晶粒
，如TC25G合金经此工序后初生α相≥20%。

β铸造（Tβ+10~40℃）：针对高温部件（如发起机盘件）
，变形量40–80%形成网篮组织
，使TC25G锻件的650℃蠕变抗力提升30%。

大规格棒材工艺：Φ300mm以上棒材易现心部粗晶
，需选取“幼变形-大压下-多路次”轧锻结合工艺（如中冶京诚BDM850轧机）
，实现Φ900mm铸锭直接轧至Φ85–350mm棒材。

(3)精密成形技术

等温模锻：模具与坯料同温（300℃预热）
，削减流动应力。例如钛合金盆形锻件选取≈饼→冲孔→扩孔→模锻”4火次成形
，比传统工艺削减6火次
，资料利用率提高至85%。

复杂构件成形：陕西宏远航空针对TC18合金开发分模面优化技术
，选取纺锤状荒形设计
，解决三角形区流线不合称问题
，提升发起机壳体委顿寿命50%。

六、热处置与组织优化

固溶+时效双沉处置

TC25G选取β固溶（Tβ-60~-20℃）后空冷+540–590℃时效
，使网篮组织的断裂韧性KIC达70 MPa·m?/?。

三态组织造备

Ti-6242合金经近β固溶→沉复固溶→时效
，形成初生α相（5–35%）+条状α相（10–30%）+β转变组织的三态结构
，破解强杜纂悠久机能匹配难题
，用于航空发起机高压压气机盘7。

七、先进造作技术利用

激光增材造作（3D打。

直接造作大型主承力构件：如歼-15的“眼镜式”钛合金加强框（投影面积＞12m?）
，较铸造减沉40%
，成本降至传统工艺5%。

智能微铸锻技术：铸造与锻压同步
，使歼-20起落架零件数由23件减至1件
，委顿强度反升50%3。

以轧代锻技术

航空级钛合金“一火成材”：中冶京诚开发近恒温轧造（±50℃控温）
，将单卷盘沉由70kg提至200kg
，出产线效能提升300%。

八、质量节造与缺点防治

九、技术演进趋向

大尺寸化：西部超导6吨级VAR炉支持Φ500mm均质Ti5331棒材造备
，满足核电紧固件需要。

绿色智造：金天钛金EB冷床炉（EBCHM）使废钛回收率达30%
，再生TA1氧含量≤800ppm。

机能极限突破：中广核研发ODS强化钛合金（Y?Ti?O7弥散相）
，指标将快中子辐照耐受剂量提升至10?? n/cm?。

航空钛合金锻件工艺正向超纯净熔炼、控形控性一体化铸造及增材-等温锻复合造作方向逾越。未来需进一步攻克φ1000mm+锻件偏析节造、聚变堆资料750℃耐温极限等挑战
，支持航空发起机与空天飞行器的极端服役需要。

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