钛合金及钛铝合金涡轮增压器吸铸成型新技术研究与应用

钛合金增材制造技术研究现状及发展趋势摘要：增材制造技术成型原理是通过计算机中生成部件的三维CAD模型，根据模型的尺寸数据采用激光、电弧等热源将原材料逐层堆积起来形成立体部件的技术，该技术的优点是工艺简单、生产成本低、适用范围广。

为抢占该技术的战略制高点，美国、欧盟、日本等国家相继出台相关政策扶持，有效促进了该技术的向前发展，中国、俄罗斯、新加坡等国也紧随其后，成立相关研究机构。

文中简要介绍了增材制造技术国内外发展团队及领头企业，综述了钛合金增材制造技术的发展现状，重点从钛合金成型工艺的优势及不足等方面分析研究了新进展，探讨了钛合金增材制造技术所面临的不足以及未来发展方向。

一、增材制造行业发展现状1.1 国外发展概况为抢占增材制造这一技术及产业发展的战略制高点，美国、日本、欧盟等主要国家和地区纷纷将增材制造列为未来优先发展方向，制定了发展规划及扶持政策。

美国增材制造研究所是该国制造业创新驱动下的第 1家研究所；德国、英国、澳大利亚、韩国等在各自的科技战略中，不约而同将增材制造作为突破的技术方向之一，有的还出台了相关的技术发展路线图；俄罗斯和新加坡等通过发布研究计划，支持包括增材制造在内的新型制造技术的发展。

1.2 国内发展现状我国增材制造起步于上个世纪90年代，代表性研究机构主要有西安交通大学、北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大学等，在国家和地方政府的支持下，在21世纪初期，部分科研院所就已初步实现了产业化，取得重大进展。

随后国内许多高校和研究机构也开展了相关研究，到2000 年初步实现了设备产业化，并接近国外产品水平，改变了该类设备早期依赖进口的局面。

在国家和地方的支持下，全国建立了20 多个服务中心，设备用户遍布医疗、航空航天、汽车、军工、模具、电子电器、造船等行业，推动了我国制造技术的发展。

但是，我国3D 打印技术主要应用在工业领域，没有在消费品领域形成市场；在产业化技术发展和应用方面落后于美国和欧洲；在技术研发方面，我国增材制造装备的部分技术水平与国外先进水平相当，但在关键器件、成形材料、智能化控制和应用范围等方面较为落后。

先进航空钛合金材料研究进展摘要：钛及钛合金具有良好的综合性能，在航空航天、石油化工、生物医学、环境保护等领域的应用都很广泛，有较高的比强度，良好的耐腐蚀、耐高温等性能，在金属材料王国中被称为“全能金属”，是继铁、铝之后极具发展前景的“第三金属”和“战略金属”，作为高性能航空航天结构的关键材料，其性能对飞行器结构、质量、效率、服役可靠性和使用寿命都具有重要的作用。

基于此，文章对先进航空钛合金材料研究进展进行了分析，以供参考。

关键词：航空材料；钛合金；应用研究1钛合金材料的特点分析钛合金作为应用广泛的结构材料，比铝、钢强度高，而且在海水中有较好的抗腐蚀和耐低温的性能。

目前，飞机的机架、起落架、机身蒙皮以及发动机的叶片等制造材料的选择，主要来源于钛合金及其复合材料，基于钛合金的发展水平，可以作为判断先进水平检测的重要指标。

随着钛合金用量的不断增加，其应用也越来越广泛。

由于钛的无毒、质轻、耐腐蚀、强度高以及较好的生物相容性等特点，可以作为植入人体的植入物和手术机械等材料；鉴于其良好的结构弹性，可以用来减轻设备的质量，提高性能，增加寿命。

例如Ti6Al4V制造的榴弹炮座，质量降低了31%，采用钛合金代替轧制均质钢，在制造坦克其它部件的过程中，减重可达420kg以上。

钛合金在航海领域也有很好的发展前景，其耐蚀性、高比强度、无磁等特性使得其在发动机、螺旋桨、声纳系统等装置的应用极为广泛。

2航空钛合金材料的应用与研究2.1高温钛合金高温钛合金的发展为航空燃气轮机推重比的研究作出了巨大贡献。

美国科学家在1954年成功研发出使用高温达到350℃的α+β两相型高温钛合金，在航空领域得到了广泛的应用。

之后，在航空科技进一步发展的指引下，具有更高使用温度、更长使用寿命的高温钛合金被世界各国相继研究。

目前，英国的IMI834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT18Y和BT36等高温钛合金可稳定应用于600℃以上，在T55-712及Trent700等航空发动机上被成功应用[4]。

各位老师，大家上午好。

我今天试讲的内容为“铸造钛合金及其成形工艺”，分四个部分进行讲述。

一、铸造钛合金的分类二、钛合金的特性三、钛合金的铸造性能四、钛合金的成形方法一、铸造钛合金的分类钛是同素异构体，熔点1720℃，882℃为同素异构转变温度。

α-Ti是低温稳定结构，呈密排六方晶格；β-Ti是高温稳定结构，呈体心立方晶格。

不同类型的钛合金，就是在这两种不同结构中添加不同种类、不同数量的合金元素，使其改变相变温度和相分含量而得到的。

室温下钛合金有三种基体组织（α、β、α+β），故钛合金也相应分为三类。

1.α钛合金它是α相固溶体组成的单相合金。

耐热性高于纯钛，组织稳定，抗氧化能力强，500~600℃下仍保持其强度，抗蠕变能力强，但不能进行热处理强化。

牌号有TA7、TA8等。

2.β钛合金它是β相固溶体组成的单相合金。

不经热处理就有较高的强度，淬火时效后合金得到了进一步强化，室温强度可达1373~1668MPa，但热稳定性较差，不宜在高温下使用。

牌号有TB1、TB2等。

3.α+β钛合金它由α及β相组成，α相为主，β相少于30%。

此合金组织稳定，高温变形性能好，韧性和塑性好，能通过淬火与时效使合金强化，热处理后强度何必退火状态提高50%~100%，高温强度高，可在400~500℃下长期工作，热稳定性稍逊于α钛合金。

牌号有TC1、TC4、TC6等。

二、钛合金的特性钛及钛合金是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料，具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面：1. 比强度高。

钛合金的密度仅为钢的60%左右，约4.5g/cm3，但强度却高于钢，如抗拉强度为686—1176MPa，是现代工程金属材料中最高的。

几种金属材料在不同温度下的比强度，可以看出，用钛合金代替钢和铝合金而降低重量是相当可观的。

资料介绍，自20世纪60年代中期起，美国将81%的钛合金用于航空工业，其中40%用于发动机构件，36%用于飞机骨架，甚至的蒙皮、紧固件及起落架等也使用钛合金，大大提高了飞机的飞行性能。

塑性成型理论及其应用综述非金属与复合材料及成型工艺概述前言从目前来看，越来越多的材料都与我们的生活息息相关，特别是金属材料。

已被广泛应用在各个领域，然而非金属与复合材料的出现,使人们对材料有了更多的认识，非金属与复合材料具有许多优良的独特性能，已发展成为重要的工程材料，在武器装备制造中发挥着越来越重要的作用。

本片主要介绍高分子材料、陶瓷材料、与复合材料及相应的成型工艺。

同时还介绍了这些材料在国防武器装备中的应用。

由于本人对非金属与复合材料的应用及其成型工艺的掌握不是很全面,相关知识领域和水平有限，对书中的疏漏和不当,敬请老师批评指正。

正文1．1 高分子材料及成型工艺1．1．1 高分子材料及应用高分子材料是以高分子化合物(聚合物)为主要组分的材料.高分子化合物可分为天然高分子化合物和合成高分子化合物两类。

按照用途可将高分子材料分为塑料、橡胶、纤维和胶粘剂等。

1．塑料塑料是以天然或合成的高分子化合物(树脂)为主要成分的材料。

它具有良好的可塑性，在室温下能保持形状不变。

塑料按高分子化学和加工条件下的流变性能，可分为热塑性和热固性塑料。

（1）热塑性塑料热塑性材料是指在特定温度范围内具有可反复加热软化，冷却硬化特性的塑料品种。

○1聚乙烯（PE）聚乙烯有单体乙烯聚合而成，一般可分为低密度聚乙烯（LDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）两种。

LDPE因其相对分子质量，密度及结晶度较低，质地柔软，且耐冲击，常用于制造塑料薄膜、软管等。

HDPE因其相对分子质量，密度及结晶度较高、比较刚硬、耐磨、耐腐蚀、绝缘性也较好，所以可作结构材料，如耐腐蚀管等。

○2聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯是以氯乙烯为单体制得的高聚物。

由于PVC大分子链中存在极性基因氯原子，故增大了分子间作用力，同时PVC大分子链的密度较高，故其强度，刚度及硬度均高于PE。

PVC加入少量添加剂时刻制得软，硬两种PVC。

硬质PVC塑料具有较高的强度，良好的耐腐蚀性、耐油性和耐水性，常被用于化工，纺织工业和建筑业中。

钛合金增材制造技术研究现状及展望1. 引言钛合金作为一种高强度、耐腐蚀的金属材料，在航空航天、医疗器械等领域具有重要应用价值。

钛合金增材制造技术作为一种新型的制造工艺，具有快速、灵活、定制化生产的优势，逐渐受到广泛关注。

本文将从现状和展望两个方面对钛合金增材制造技术进行深入探讨。

2. 现状2.1 钛合金增材制造技术的发展历程钛合金增材制造技术起源于20世纪80年代，最初主要用于快速成型原型制作。

随着3D打印技术的不断进步，钛合金增材制造技术逐渐应用于航空航天、医疗器械等领域。

目前，国内外相关研究机构和企业纷纷加大钛合金增材制造技术的研究力度，推动了该技术的发展。

2.2 钛合金增材制造技术的关键技术和方法目前，钛合金增材制造技术主要包括激光熔化、电子束熔化、粉末床烧结等多种方法。

激光熔化技术因其成形精度高、熔池稳定等优点被广泛应用，但是存在着成本高、成形速度慢等缺陷。

而电子束熔化技术在成形速度和成形精度方面具有一定优势，但也存在熔池不稳定等问题。

粉末床烧结技术通过层层堆积和粘结制备钛合金件，成形速度较慢，但成形质量相对稳定。

各种方法各有优劣，对于不同的应用场景需根据具体情况选择合适的方法。

3. 展望3.1 钛合金增材制造技术的未来发展趋势随着3D打印技术的不断成熟和发展，钛合金增材制造技术将迎来更广阔的应用前景。

未来，该技术有望在航空航天、汽车制造、生物医药等领域得到更广泛的应用，为工业制造带来革命性的变革。

随着材料科学的不断进步，新型钛合金材料的研发也将推动该技术的发展。

3.2 个人观点钛合金增材制造技术作为一种新型的制造工艺，具有独特的优势和巨大的潜力。

我认为，随着相关技术的不断创新和完善，钛合金增材制造技术将成为未来工业制造的主流技术之一，为社会发展和进步带来更多的可能性。

结语通过对钛合金增材制造技术的现状和展望进行了全面的评估和分析，我们对该技术有了更深入的理解。

随着3D打印技术和材料科学的不断进步，相信钛合金增材制造技术在未来将有更加广阔的发展前景。

钛及钛合金摘要：先进材料钛及钛合金的应用与前沿技术的发展一直是当前材料领域的热点研究课题之一。

钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。

然而，生产成本之高，使应用受到限制。

我们相信在不久的将来，随着钛的冶炼技术不断改进和提高，钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。

本文介绍了钛合金的发展现状、特性、铸造工艺性能及其热处理，阐述了钛合金的生产技术及其应用，分析其优势与局限性，并展望发展趋势。

关键字：金属钛，钛合金; 发展状况;分布，性质; 铸造加工性能; 热处理;生产技术，应用; 研究前景钛和钛合金的发展过程：钛是英国化学家格雷戈尔（Gregor R W ，1762—1817。

）在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的。

四年后，1795年，德国化学家克拉普罗特(Klaproth M H ，1743—1817。

）在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种元素。

他主张采取为铀（1789年由克拉普罗特发现的）命名的方法，引用希腊神话中泰坦神族“Titanic”的名字给这种新元素起名叫“Titanium”。

中文按其译音定名为钛。

格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛，而不是金属钛。

因为钛的氧化物极其稳定，而且金属钛能与氧、氮、氢、碳等直接激烈地化合，所以单质钛很难制取。

直到1910年才被美国化学家亨特(Hunter M A）第一次制得纯度达99.9%的金属钛。

由于钛在液化状态时化学活性非常高, 钛与气体和所有制模成形用的难熔材料都有很高的活性, 因此, 钛合金铸造成形工业化的生产晚于变形钛合金和变形工艺。

自海绵钛工业化以来, 钛在工业上的广泛应用推动了钛工业的迅速发展, 钛的生产能力正在逐年提升, 并将陆续超过铅、锌、铜成为名副其实的第三金属。

目前, 由于国际紧张局势的缓和和军备缩减, 使军用飞机的钛需求量减少, 但民用客机今后可望继续增长。

要使钛业得以生存, 普遍认为还是要扩大飞机以外的一般用途。

钛及钛合金塑性变形加工的感应加热（上）李韵豪【摘要】根据钛及钛合金塑性变形加工（锻造）前加热的特点，以工业纯钛、TC4钛合金为例，论述钛及其合金的热物理参数、加热温度范围、加热规范、避免坯料因加热不当而引起的各种缺陷。

提出针对不同品种的钛及其合金感应加热频率、功率、加热（含保温）时间的确定，感应加热方案的制订及感应器参数的计算、测温温控。

【期刊名称】《金属加工：热加工》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】6页(P31-36)【作者】李韵豪【作者单位】【正文语种】中文【编者按】常用的有色金属如铝、铜、钛、锆、钽、铌、镁等及其合金因具有一系列非常优异的特性，其塑性变形制品在航空航天、国防、汽车、机车及民用等诸多领域得到越来越广泛的应用。

这些有色金属及其合金塑性变形前的加热，也正由传统火焰炉加热向高效节能的感应加热过渡，更多的锻造厂家已意识到，感应加热是有色金属及其合金诸多加热方式中更先进、更理想的加热方式。

1. 钛及钛合金的分类钛及钛合金是20世纪50年代才兴起的一种新型金属材料。

钛及其合金具有密度小、比强度高、热导率低、无磁性、耐高低温、耐腐蚀等特点。

由于钛及其合金特殊的物理性能和化学性能，作为一种重要的战略物资，被广泛应用于航空航天、舰船、兵器、石油、化工、能源、海洋工程、核电工程及民用产品等领域。

关于钛及其合金的分类，不同文献有较大差异，采用麦克格维伦60年前提出按照钛及其合金退火状态相组成来分类（塑性变形加工前的钛及其合金基本都是退火态）。

按此方法，大致将钛及其合金划分为α型合金、α+β型合金、β型合金三大类。

随着钛及其合金品种的扩大，后人将其分为五类，对于退火后的基本组织：①α相的称之为α型合金。

②α相+β相，但以α相为主的称为近α型合金。

③α相+β相称为（α+β）型合金。

④β相，但有一定α相的称为近β型合金。

⑤β相称为β型合金。

工业纯钛（TA1～TA4等）属于α型钛合金；T C4（Ti-6AL-4V）属于（α+β）型钛合金。

钛合金的最新研究进展和应用钛合金是一种优良的金属材料，由于其优异的物理和化学性能，被广泛应用于航空、航天、汽车、医疗等领域。

最近几年，钛合金的研究发展取得了很大进展，在材料的制备、加工和表面处理等方面都有了创新。

一、钛合金的制备制备钛合金的方法有很多种，主要包括气相沉积、熔融铸造、粉末冶金和物理气相沉积等。

细粒化和均匀化是钛合金制备的重要研究方向。

目前，热等静压制备方法在制备高强度、高韧性钛合金方面有了很大的进展，并且可以实现对钛合金宏观形貌和微细结构的精细控制。

二、钛合金的加工传统的钛合金加工方法包括铸造、锻造、剪切、冲压等。

近年来，先进的加工技术在钛合金加工中得到了广泛应用，例如光刻、激光成形、数控加工等。

激光成形技术可以实现对钛合金的高效率加工，提高了钛合金零部件的精度和质量。

三、钛合金的表面处理对钛合金表面的处理可以改善钛合金的耐腐蚀性和抗氧化性，提高钛合金的使用寿命，并且可以增加钛合金的美观度。

目前，主要有化学表面处理、电化学表面处理、金属镀覆和涂层表面处理等方法。

其中，氧化处理可以在钛合金表面形成一层高硬度的氧化膜，提高钛合金的耐磨性和耐腐蚀性。

四、钛合金的应用钛合金的应用范围非常广泛，主要包括以下几个方面：（1）航空航天领域。

钛合金作为航空和航天工业的主要结构材料，具有优良的高温、高强度、低密度等特点。

（2）医疗领域。

钛合金作为医疗行业中的植入材料，在人体内具有良好的生物相容性和耐腐蚀性。

（3）汽车领域。

钛合金可以提高汽车零部件的强度和韧性，缩小零部件的尺寸和重量，同时也可以提高燃油效率。

总的来说，随着钛合金的研究不断深入，其应用领域也在不断扩展。

未来，钛合金将在更广泛的领域得到应用，同时也需要继续加强其制备、加工和表面处理等方面的研究，以提高其性能和应用价值。

钛合金增材制造综述
钛合金增材制造是一种先进的制造技术，通过逐层叠加的方式制造出三维物体。

它具有高精度、高效率、低成本等优点，在航空航天、医疗、汽车等领域有广泛的应用前景。

钛合金增材制造的原理是将设计好的三维模型切成许多薄片，然后通过逐层叠加的方式将这些薄片堆积成三维物体。

在制造过程中，可以通过控制材料的沉积速度和温度等参数来控制物体的形状和性能。

钛合金增材制造的优点是可以制造出形状复杂、精度高、性能优良的物体，同时可以大大缩短制造周期和降低成本。

它还可以实现个性化定制，满足不同用户的需求。

然而，钛合金增材制造也存在一些挑战，如材料的选择、制造工艺的优化、质量控制等问题。

此外，还需要进一步研究如何提高制造效率和降低成本，以推动其在更广泛的领域得到应用。

总之，钛合金增材制造是一种具有广阔应用前景的制造技术，需要不断地进行研究和改进，以满足不同领域的需求。

增材制造技术的快速发展，为钛合金的生产制造提供了新的方法，激光/电子束、熔焊和固态焊三种增材制造方法在钛合金生产中得到了国内学者的广泛研究。

研究表明，钛合金采用增材技术可得到高质量零件，但不同增材技术具有不同技术特征，实际应用及未来发展中需要根据实际需求采用不同的增材方法。

1.序言钛及钛合金因具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优异的物理性能及化学性能，在各工业领域都具有广阔的应用前景，包括船舶制造、航天航空、汽车制造等，同时它也是国防工业的重要材料之一。

钛合金的应用对工业发展起到巨大的推动作用，优于传统材料的性能使其产品质量有了很大提升，满足了工业发展对新材料、新工艺的发展要求，加速了现代工业的发展。

随着钛生产力的不断改善，钛合金已经成为工业生产中的第三金属。

增材制造（Additive Manufacturing，AM）又称“3D打印”，是一种可以实现构件的无模成形的数字化制造技术，具有设计和制造一体化、加工精度高、周期短，产品物理化学性能优异等特点。

增材制造技术从20世纪70年代以来发展迅速，因其与传统制造技术具有巨大差异，已然成为工业领域的研究热点，在现代工业的多领域都得到了快速发展。

增材制造技术的迅速发展，理论上可以实现任何单一或多金属复合结构，为复杂结构件的制造提供了新方法。

钛合金的增材制造技术，解决了精密结构件的加工难题，进一步加大了钛合金的应用范围。

伴随着工业社会的迅速发展，钛合金增材制造技术日新月异，按照增材制造技术的热源不同，可将钛合金增材制造技术分为激光/电子束增材制造、熔焊增材制造和固态焊增材制造三种方式。

国内外的专家学者通过不同的增材制造技术手段，优化工艺方法，稳定增材制造过程，减少或避免增材制造结构缺陷产生，使钛合金增材制造技术朝着绿色、高效、稳定的方向继续发展。

2. 激光/电子束增材制造激光束和电子束作为高密度束源，能量密度高并可调控，被誉为21世纪最先进的制造技术。

目前激光/电子束增材制造主要分为激光金属沉积（Laser Mental Deposition，LMD）技术、激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术、电子束熔丝沉积（Electron Beam Free Form Fabrication，EBF3）技术、电子束选区熔化（Electron BeamMelting，EBM）技术，在钛合金增材制造领域皆有广泛研究。

机器学习在航空发动机钛合金研究中的应用进展
弭光宝;孙圆治;吴明宇;李培杰
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2024(67)1
【摘要】高性能航空发动机的不断发展对钛合金的综合性能提出更高要求,基于不同合金化元素作用机理的材料成分设计技术是实现钛合金改性的重要途径。

对于日益复杂的航空发动机钛合金材料体系,不同元素的相互作用机理及精准设计难度极大。

基于Mo当量和密度泛函等传统设计已不能满足未来需求,机器学习成为一种可行且高效的理论工具。

本文在介绍钛合金机器学习基本原理和方法的基础上,综述通过机器学习实现航空发动机钛合金成分设计及工艺优化的最新研究成果,重点比较不同机器学习模型在预测力学性能及高温氧化性能上的特点及优势,最后对未来基于主动学习框架设计航空发动机钛合金成分的研究方法进行展望,指出Mo/Al 当量设计与机器学习相结合、复杂多组元合金材料简化元素设计等是今后重要发展方向。

【总页数】13页(P66-78)
【作者】弭光宝;孙圆治;吴明宇;李培杰
【作者单位】中国航发北京航空材料研究院先进钛合金重点实验室;清华大学新材料国际研发中心
【正文语种】中文
【中图分类】TG1
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