利泰金屬談鈦合金鍛造的分類及應(yīng)用

鈦合金鍛造是在加壓設(shè)備及工（模）具的作用下，使坯料或鑄錠產(chǎn)生局部或全部的 塑性變形，以獲得一定幾何尺寸、形狀的零件（或毛坯）并改善其組織和性能的 加工方法。金屬材料經(jīng)過鍛造加工后，形狀、尺寸穩(wěn)定性好，組織均勻，纖維組 織合理，具有最佳的綜合力學(xué)性能。機械裝備中的主承力結(jié)構(gòu)或次承力結(jié)構(gòu)件一 般都是由鍛件制成的，鍛件廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟和國防工業(yè)的各個領(lǐng)域。鍛造的主要原材料為金屬棒料、鑄錠等。這些原材料在其冶煉、澆注和結(jié)晶 過程中，不可避免地會產(chǎn)生氣孔、縮孔和樹枝狀晶等缺陷，因而，鑄造工藝很難 制造出能勝任需要承受沖擊或交變應(yīng)力的工作環(huán)境的零部件（例如傳動主軸、齒 圈、連桿、軌道輪等）。但是，金屬棒料或鑄錠在經(jīng)過鍛造加工后，其組織、性 能均能得到有效的改善和提高。同時，由于金屬的塑性變形和再結(jié)晶，可使粗大 晶粒細化，得到致密的金屬組織，從而提高鍛件的力學(xué)性能。此外，在零件設(shè)計 時，若正確選用零件的受力方向與纖維組織方向，還可以提高鍛件的抗沖擊性能。因此，鍛造實質(zhì)是利用金屬的塑性變形使金屬毛坯改變形狀和性能而成為合 格鍛件的加工過程，其根本目的是利用外加載荷（沖擊載荷或靜載荷）通過鍛壓 設(shè)備或模具使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件，同時使 鍛件機械性能和內(nèi)部組織符合一定的技術(shù)要求。

一、鍛造工藝分類

根據(jù)鈦鍛件的尺寸和形狀、采用的工裝模具結(jié)構(gòu)和鍛造設(shè)備的不同，鍛造主要 可分為自由鍛、模鍛、輾環(huán)。

（1）自由鍛

自由鍛是指用簡單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧之間直接對坯料 施加外力，使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的加工方 法。自由鍛以生產(chǎn)批量不大的鍛件為主，采用鍛錘、液壓機等鍛造設(shè)備對坯料進 行成形加工，以獲得合格鍛件。

（2）模鍛

模鍛是指金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件，模鍛一 般用于生產(chǎn)重量不大、批量較大的零件。

（3）輾環(huán)

輾環(huán)，又稱為環(huán)形軋制，是借助輾環(huán)機使環(huán)件產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，進而 實現(xiàn)壁厚減小、直徑擴大、截面輪廓成形的塑性加工工藝。輾壓擴孔時的應(yīng)力應(yīng) 變和變形流動情況與芯軸擴孔相同，其特點是：工具是旋轉(zhuǎn)的，變形是連續(xù)的， 輾壓擴孔時一般壓下量較小，故具有表面變形的特征。輾環(huán)是連續(xù)局部塑性成型工藝，是軋制技術(shù)和機械制造技術(shù)的交叉與結(jié)合， 與傳統(tǒng)的自由鍛工藝、模鍛工藝等相比，輾環(huán)可大幅度降低設(shè)備噸位和投資，具 有振動沖擊小、節(jié)能節(jié)材、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等顯著優(yōu)點，屬于無縫環(huán)件 的先進加工技術(shù)，在航空、航天、船舶、電力、石化以及其他機械等諸多工業(yè)領(lǐng) 域日益得到廣泛應(yīng)用。

二、鈦合金鍛造的應(yīng)用領(lǐng)域

鍛造行業(yè)上游主要為各類金屬材料冶煉企業(yè)，如碳鋼、不銹鋼、合金鋼、高 溫合金、鈦合金、鋁合金等，上游原材料的供應(yīng)能力和技術(shù)水平直接影響鍛造行 業(yè)的發(fā)展水平。原材料成本占鍛造企業(yè)主營業(yè)務(wù)成本的比重較高，因此原材料價 格的波動對產(chǎn)品價格具有較大的影響。

鍛件產(chǎn)品作為裝備制造業(yè)所必需的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件，其下游主要為航空、航天、 船舶、電力、石化以及其他機械等行業(yè)的成套設(shè)備制造商，最終應(yīng)用于國民經(jīng)濟 和國防工業(yè)的各相關(guān)行業(yè)。下游行業(yè)對鍛件產(chǎn)品精度、性能、壽命、可靠性等各 項技術(shù)指標的要求主導(dǎo)了鍛造行業(yè)的技術(shù)走向，同時下游行業(yè)的景氣度也直接決 定了鍛造行業(yè)的需求狀況和市場容量。此外，在航空、航天、船舶、電力、石化 等高端裝備制造領(lǐng)域，國家政策導(dǎo)向和國家投入規(guī)模也對市場需求有著重大影 響，鍛造行業(yè)的市場發(fā)展前景與下游應(yīng)用行業(yè)發(fā)展以及國家投入緊密相關(guān)。

1、航空

航空鍛件產(chǎn)品主要用于飛機機體結(jié)構(gòu)及航空發(fā)動機部分結(jié)構(gòu)。飛機機體結(jié)構(gòu)方面，鍛件主要應(yīng)用包括①大型飛機、戰(zhàn)斗機機身結(jié)構(gòu)件；② 起落架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件；③直升機結(jié)構(gòu)件等。大型飛機、戰(zhàn)斗機機身結(jié)構(gòu)件包括飛機機體的框、梁類結(jié)構(gòu)件，具體有飛機 艙門部位的門框鍛件，機頭部位的風(fēng)擋邊框鍛件，機翼與機身部位的連接件，機 翼部位的邊條、承力梁、框鍛件，發(fā)動機吊掛系統(tǒng)鍛件，機身承力框鍛件，轉(zhuǎn)向 舵部位的轉(zhuǎn)軸梁鍛件。主要涉及的材料有鈦合金、超高強度鋼、鋁合金等。起落架系統(tǒng)包括飛機的主起落架系統(tǒng)和前起落架系統(tǒng)。公司生產(chǎn)的起落架系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)件主要包括外筒、活塞桿鍛件，扭力臂、斜支撐、支架、后支架等鍛件。主要涉及的材料為超高強度鋼、鈦合金和鋁合金等。直升機結(jié)構(gòu)件主要包括傳動箱系統(tǒng)鍛件、漿轂系統(tǒng)鍛件、機身結(jié)構(gòu)件鍛件、 起落架鍛件和武器吊掛系統(tǒng)鍛件。主要有傳動箱傳動卡盤鍛件、漿轂中央件、漿 轂連接件、漿轂軸、傳動卡盤、吊掛架、起落架外筒和活塞桿鍛件等。主要涉及 的材料有鈦合金、超高強度鋼和鋁合金等。

航空發(fā)動機方面，根據(jù) GE 航空等航空發(fā)動機制造商的劃分方式，鍛件主要 應(yīng)用在環(huán)形鍛件（ring）和機匣（casing）等結(jié)構(gòu)。機匣是航空發(fā)動機的重要零部件之一，它是發(fā)動機的基座和主要承力部件， 其外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同的發(fā)動機、發(fā)動機的不同部位，其機匣形狀各不相同，機 匣的功能決定了機匣的形狀，基本特征為圓筒形或圓錐形的殼體和支板組成的部 件。相比機匣，環(huán)形鍛件在航空發(fā)動機上的產(chǎn)品種類、數(shù)量較多。

2、航天

航天裝備包括宇航（運載火箭、衛(wèi)星、飛船、空間站、空間飛行器）、導(dǎo)彈 等方向。宇航方面，鍛件產(chǎn)品可應(yīng)用在運載火箭發(fā)動機機匣、安裝邊、支座、法蘭， 運載火箭整流罩、運載火箭外殼、衛(wèi)星支架等。導(dǎo)彈方面，鍛件產(chǎn)品可應(yīng)用在導(dǎo)彈發(fā)動機機匣、導(dǎo)彈外殼、環(huán)形連接件、裝 載環(huán)等。

3、其他領(lǐng)域

鍛件產(chǎn)品還廣泛應(yīng)用于艦船、電力設(shè)備、石化設(shè)備、兵器工業(yè)、工程機械、 冶金機械、造紙機械、高鐵裝備以及其他通用機械等多個行業(yè)。如船舶鍛件主要可分為動力鍛件、軸系鍛件、錨系鍛件和舵系鍛件。動力鍛 件主要包括燃氣輪機機匣、葉輪、法蘭等，船用柴油機機體、機座、法蘭等；軸 系鍛件有推力軸、中間軸、艉軸等；舵系鍛件主要有舵桿、舵柱、舵銷等；錨系 鍛件主要有錨絞機用部件等。在電力設(shè)備行業(yè)，鍛件產(chǎn)品主要應(yīng)用于火電用汽輪機和燃氣輪機、核電構(gòu)件 以及風(fēng)力發(fā)電機等設(shè)備。鍛件產(chǎn)品在石化設(shè)備行業(yè)主要用于各類石化設(shè)備配套用的法蘭、管板等。隨著我國國民經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整、供給側(cè)改革的深化、國防建設(shè)的持續(xù)投入， 從長期來看，鍛件產(chǎn)品下游行業(yè)仍將保持持續(xù)發(fā)展。