俄罗斯发展了一种类似于冷床炉的熔 炼技术，即“凝壳—自耗电极熔炼”。此外， 冷坩埚熔炼技术近来也有较大发展，与离 心浇铸工艺结合用于钛铸件精密铸造，目 前正在制造第二代冷坩埚熔炼炉。第二代 冷坩埚炉可大大提高熔化能力，缩短熔炼 时间，实现完全悬浮熔炼，消除金属凝壳。
我国已将研究感应凝壳熔炼技术列入 重点研究项目，在钛合金的熔炼技术方面
非常低钛材生产成本，降低钛合金加工制
弹外壳、整流罩、容器、梁和框及钛球等。
造成本的另一个方向是开发可冷变形的 β
目前开发出的超塑性钛合金有 ：Ti-
钛合金。大力发展钛合金特种加工技术包括
6Al-4V、Ti-6Al-5V、Ti-6Al-4V-2Ni、 激光加工技术、电子束加工技术、离子束及
铸造、精密模锻、粉末冶金、喷射成形等多
拟技术。世界各国先后展开了对钛及钛合
种方法，可成形复杂形状的各种钛合金零
金材料熔炼、铸造以及加工制造过程、热处
部件，并达到近净尺寸成形的目的。
理等方面的计算机模拟技术的研究和相关
宝钢开发了钛合金锻件近净形技
软件的设计开发。通过计算机模拟计算设
术——等温超塑变形工艺。该工艺通过将
为了进一步实现钛的扩
PIM）是将现代塑料注射成 缩 短 熔 炼 时 间，并 实 大化应用，钛的制备和加工
型技术引入粉末冶金领域 现 完 全 悬 浮 熔 炼，消 亟待实现低成本化，包括海
形成的一门新型粉末冶金 除金属凝壳。
绵钛生产、材料设计及加工
近净成型技术，是国际粉末
过程的低成本化 ；高效、短
冶金领域中发展最迅速、最有前途的一种
形、深冲、无模拉伸等。钛合金超塑性成形
车工业用钛合金和生物医用钛合金的进展
技术的应用有超塑性等温锻造、超塑性挤
步伐加快，将会很快成为未来钛的两大应用
压、超塑性气胀、超塑性成形与扩散连接结
领域。大力加强海绵钛新生产工艺和新型低
合技术（SPF/DB）、钛合金超塑性成形模
成本钛合金的研究与开发。在新工艺方面，
和社会效益。
建筑用钛等。
（2）超塑性成形技术。目前，钛合金超 塑成形技术主要应用于航空航天领域，开
钛合金技术发展建议
发其他领域的应用将是超塑成形技术发展
开发新型钛合金材料，扩大钛合金应用
的必然趋势。最新的超塑成形加工方法有
领域，努力服务于我国海军装备建设和民用
超塑等温锻造、气压成形、超塑挤压真空成
市场。钛在民用市场的两大应用领域，即汽
近年来，钛的铸造技术主要发展了冷 坩埚 + 离子浇铸技术、真空吸铸技术和真 空压铸技术。钛合金熔模精密铸造典型工 艺有石墨熔模型壳，金属钨面层陶瓷型壳， 氧化物陶瓷型壳。
钛 合 金 材 料 生 产 成 本 高，机 械 加 工、 锻造、焊接等比较困难，采用精密铸造技 术，可以提高钛合金材料的利用率，降低生 产成本。通常金属铸件的力学性能低于锻 件性能，但钛精密铸件的使用性能大体与 钛锻件相近，精密铸造成为降低成本、优化 性能的最佳选择。凝壳炉的应用和熔模精 密铸造与金属造型、陶瓷造型工艺的发展 为许多大型复杂的薄壁钛铸件缩短生产时 间、降低成本展现了一定的空间。目前，高 性能的钛合金大型整体精铸件，大多数都 是采用金属面层陶瓷型壳或氧化物面层陶 瓷型壳浇注的。大型薄壁精密铸造技术使 钛铸件性能接近钛锻件，而成本较钛锻件 降低约 50%。
流程钛合金加工技术的开发和应用，如单
新型近净成型技术。
次冷床炉熔炼直接轧制技术，钛带连续加
喷射成形具有快速凝固一次成形的优
工技术等 ；发展近净成形技术，包括粉末
点，目前已在发展新型合金、实现复杂构件
冶金、精密铸造、精密模锻、喷射成形等 ；
净成形等方面显示出巨大的潜在经济效益
钛的推广应用，包括生物用钛、汽车用钛及
也取得了很大的发展。2008 年，我国共生 产钛锭 3.4 万吨，钛加工材 2.4 万吨 ；净出 口海绵钛 4450 吨 ；净出口钛加工材 4083 吨，成为海绵钛和钛加工材的净出口国。
3. 精密铸造技术。失蜡法铸造现称熔 模精密铸造，是一种少切削或无切削的铸 造工艺，应用广泛，适用于各种类型、各种 合金的铸造，生产出的铸件尺寸精度、表面 质量比其他铸造方法要高，复杂、耐高温、 不易加工的铸件均可用熔模精密铸造。
4. 钛合金等温锻造技术。钛合金等温
锻造技术是一项新工艺，结合热机械处理 能获得综合力学性能最优化的钛合金等温 锻件，但在模具材料、模具制造和模具加热 装置等方面的成本投入比常规锻造方法高， 大多用于制造飞机的零部件。
5. 钛合金的热处理。对钛合金进行固 溶淬火和时效强化处理，能获优异工艺性 能和使用性能，达到提高产品质量、延长使 用寿命、提高经济效益的目的。目前，各国 纷纷寻求新的热处理方法，以满足钛合金 工程提出的新要求。英国伯明翰大学研制 开发了一种陶瓷相转变处理技术—CCT 技 术，通过热处理，在 γ—TiA1 合金表面形 成氧化铝和二氧化钛的陶瓷相复合层。用 该技术制造的 γ—TiA1 合金发动机阀，可 将剪切抗力提高 100 倍。利用该技术，可以 在 TiNi 形状记忆合金表面形成 TiO2 陶瓷 相复合层。
具材料选用研究等。
冷床炉熔炼技术（电子束冷床炉和等离子冷
产业界逐渐把超塑成型技术作为解决
床炉技术）、激光成型技术、注射成型技术、
复杂、大型或用常规成型方法难以加工的
冷坩埚精密铸造技术、真空吸铸技术、真空
材料成型的—个重要途径。并把金属超塑
压铸技术、激光焊接技术、近净成型技术将
性成型工艺称为 21 世纪的成型技术，特别
从近几年国内外对钛及钛合金焊接方 法的研究和焊接效果来看，TIG 焊和激光
76 中国有色金属 2010 年第 1 期
焊的焊接质量最好。激光焊接技术具有功 率密度高、热影响区小、焊件残余应力和 变形小、焊接速度高、可焊接难焊材料 ( 陶 瓷、有机玻璃 ) 等优点，有很好的应用前景。
钛及钛合金焊接技术的发展方向是便 于操作、焊接过程自动化、智能化，从而提 高焊接生产率、焊接质量稳定性以及节约 能源，有利于环境保护等。
得到更广泛的应用和发展。低成本化，即发
是在航空航天领域在大力发展这种技术。 展不含或少含贵金属元素，可利用低价母合
这种技术能显著地降低构件成本、减轻质
金原料的钛合金，能充分利用残料的钛合金
量、节约原材料和解决加工困难的问题。超
和易加工成型、易切削加工的钛合金以及发
塑性成型是钛合金零部件的最好成形方法， 展钛合金的连铸连轧技术。采用先进加工工
钛合金特种加工技术有激光加工技 术、电子束加工技术、离子束及等离子体加 工技术、电加工技术等。钛合金固态自由成 型技术包括电子束熔化成型、激光熔化成 型技术、等离子变弧成型 (PTA)、激光精密 金属沉积。
8. 钛合金表面处理技术。从以热渗扩、 电镀、真空镀膜等为代表的传统表面强化、 耐磨处理技术，发展到现阶段以等离子渗、 离子束、电子束、激光束的应用为标志的现 代表面处理技术，如表面氮化（气体氮化、 等离子氮化）、表面渗元素合金化、激光熔 覆等。目前，钛及钛合金表面强化技术正朝 着多种表面技术综合应用以及多层复合膜 层的研究制备方向发展。
9. 钛合金的最新加工技术。 （1）近净成形技术。传统的钛合金材 料加工技术是以海绵钛作为原料，经过备 料—制备电极—一次真空自耗熔炼—二次 熔炼—开坯锻造—二次锻造—轧制或挤压， 最终得到棒材或板材成品。近净成形技术 进行钛及钛合金材料加工则是以海绵钛 + 钛屑或钛及钛合金粉末作为原材料，利用 PAM 单锭熔炼技术制备铸锭或粉末冶金的 方法制备坯料，然后通过轧制或挤压直接 出成品。近净成形方法包括激光成形、精密
报 道 Report
钛合金技术发展现状及趋势
对钛的冶炼提取技术、熔炼技术、精密铸造技术、等温锻造技术、热处理技 术、焊接技术、冷成型及加工技术、表面处理技术、近净成形技术、超塑性成形 技术、材料制备及加工过程的计算机模拟技术等的发展现状及趋势进行了综述。
文 张文毓
钛合金技术发展现状
1. 钛的冶炼提取技术。钠还原法和镁 还原法是生产海绵钛的主要方法，另外有 美国的改进型克劳尔法、阿姆斯特朗法、 SRI 法等，还有导电体介入还原法、Hunter 法、Armstrong 法等。
Ti-10V-2Fe-3Al 等，其 中 Ti-6Al-4V 的 使用已较为广泛。
（3）材料制备及加工过程的计算机模
等离子体加工技术、电加工技术。中 （作者单位 ：中国船舶重工集团公司第
七二五研究所）
77 2010 年第 1 期 中国有色金属
计加工工艺，可以避免传统设计的许多缺
锻件毛坯放置在加热到变形温度或接近变
点，节省了人力、物力，同时极大地提高了
形温度的模具中进行较慢速度变形而获得
新材料制备和加工工艺设计的准确性。
近净形尺寸锻件而得到越 来越多地应用。
第二代冷坩埚炉
钛合金技术发展趋势
粉 末 注 射 成 型（ 简 称 可大大提高熔化能力，
2. 钛合金熔炼技术。发展了冷床炉熔 炼技术，包括电子束冷床炉和等离子冷床 炉技术。目前，冷床炉熔炼已达到商业化 水平，可熔炼重达 25 吨的铸锭。能生产无 偏析、无夹杂的优质钛及钛合金铸锭，满足 航空转动部件对高性能钛材的需求 ；能生 产扁锭、空心锭，简化板材和大管材的后续 加工，并可大量回收残钛，但存在成本高、 操作复杂等问题。电子束和等离子冷床熔 炼工艺在美国、日本等工业发达国家得到 了快速发展，电子束已成功应用于纯钛和 TC4 合金的熔炼，等离子束是熔炼复杂成 分钛合金的最有效手段。
7. 钛合金冷成型及加工技术。生产技 术方面，克劳尔法仍是生产海绵钛的主导 工艺，电子束冷床炉熔炼技术已在钛铸锭 制备上达到了商业化应用，大型锻件和精 密锻造技术在不断发展，激光成型等近净 成型技术在不断得到应用。一些常规加工 技术如锻造、轧制等已完全实现了计算机 自动控制。人工神经网络模型在钛合金中 的应用解决了一些实际问题。降低钛合金 加工制造成本的另一个方向是开发可冷变 形的 β 钛合金。