一、前言
當前，我國航空工業所取得的發展成就舉世矚目。伴隨著航空工業的崛起和快速發展，鈦合金復雜構件的整體化和大型化趨勢已經表現得相當明顯，作為有效的應對，研究鈦合金復雜構件精密塑性成形技術具有重大的現實意義。鈦合金之所以在航空工業中倍受青睞，主要是因為鈦合金具有耐高溫、高比強度、低密度、高抗腐蝕性以及能夠焊接處理等優點，所以航空飛行器和航天飛行器在提升自身的綜合性能、降低自身重量時，會優先考慮鈦合金材料。由于鈦合金及其構件的合成制作具有相當高的技術含量，因此，鈦合金材料使用數量的多少目前已經成為衡量航空（航天）飛行器先進程度的重要指標之一。但是為了實現航空（航天）飛行器總性價比的最優化，需要對鈦合金的使用比例進行必要的控制。當前航空航天領域對于航空（航天）飛行器的總體要求是，安全可靠、使用壽命長、性能優秀、速度高、自重輕，其中降低航空（航天）飛行器的自身重量對于增加燃料、提高飛行器性能而言是至關重要的。
二、鈦合金復雜構件精密塑性成形技術分析
目前，鈦合金復雜構件精密塑性成形技術主要包括三種，即粉末冶金技術、等溫鍛造技術以及精密鑄造技術。這三種技術的鈦合金材料利用率能夠達到70%至90%的水平，擁有較好的生產經濟性，并可以實現凈形生產。因為鈦合金材料是公認的非常昂貴的材料，并且廢棄材料難以回收和加工，增加了鈦合金材料的加工成本，因此，選擇利用率高的加工技術是提高鈦合金構件性價比的關鍵。
1.鈦合金粉末冶金技術
MLM（金屬粉末注射成形）技術是當前公認的優勢最為顯著的成形技術之一，它屬于近凈成型技術，在制造高精度、高質量的復雜零件方面擁有獨特的優勢。在制備形狀復雜的部件方面，鈦合金熱等靜壓粉末冶金技術相對比較容易操作，并且制備完成的鈦合金部件幾乎都是凈形，并且其材料性能和原先基于鍛材加工技術制備的鈦合金構件不相上下。并且，利用熱等靜壓粉末冶金技術固結的粉末鈦合金能夠實現全部程度的致密，不僅微觀結構良好，而且組織均勻、晶粒細小，沒有偏析和織構問題，其性能不低于鍛件水平。
當前，外國的航空航天領域在高性能鈦合金粉末冶金技術的研究方面已經達到了相對較高的水平，某些已經得到了商業應用。我國雖然也在鈦合金粉末冶金技術進行了大量的研究工作，但是在高性能鈦合金粉末冶金技術尤其是關鍵構件的高性能鈦合金粉末冶金技術方面的研究還要落后于國外先進水平。
2.等溫鍛造技術
關于鈦合金等溫鍛造技術的相關研究已經有三十幾年的歷史，基于此技術的大型鈦合金鍛件類型也有不下數十種。資料顯示，目前鈦合金鍛件投影面積最大為0.48平方米。國外在該技術的研究和應用方面均早于國內，其中一些技術也頗具代表性，例如，德國GKSS 研究中心研發的等溫鍛造加工近 γ-TiAl 合金零件的技術便是典型代表之一。其他的一些歐美國家在該技術的研究方面也取得了一定的成就，并且已經具備了成熟的硬件設施，例如，反饋系統設備、常應變率控制設備以及溫控設備等等。我國在鈦合金等溫鍛造技術方面雖然起步較晚，但是也獲得了顯著的成就，例如，我國的寶鋼公司利用等溫鍛造技術成功試制出了直徑為500毫米的TC17鈦合金整體葉盤和高壓壓氣機盤。結果顯示，該鍛件的金屬流線分布合理，并且具備良好的組織和性能。
為了促進等溫鍛造技術獲得更深程度地發展，在今后的研究當中需要重點解決以下關鍵技術：首先，大型件的組織性能控制技術；其次，復雜形狀零件的多向加載成形模具結構的設計技術；再次，大型薄壁件整體成形省力技術；最后，鈦合金零件精密成形金屬流動控制技術。
3.精密鑄造技術
近年來，鈦合金精鑄技術發展很快，如開發了鈦精密鑄造 + 熱等靜壓 + 熱處理技術，可保證鈦合金鑄件質量接近于 β- 退火的鈦合金鍛件；開發了浮熔鑄造技術，采用減壓吸引法進行鑄造，澆注時很少產生紊流，基本無氣泡夾雜，很少產生鑄造缺陷。在美國，真空壓鑄法作為新的鈦鑄造方法已進入實用階段，這種方法不會產生鑄件表面污染，質量比較穩定，也省去了后續的酸洗工序。
美國Howmet 公 司、波音公司與美國空軍研究實驗室聯合進行薄壁鈦鑄件的開發，選擇了C-17軍用運輸機發動機掛架的鼻帽和防火封嚴件為對象，各用一個整體鑄件取代由17個Ti-6Al-4V合金鈑金件組成的鼻帽和由多個零件、緊固件組成的防火封嚴件。經過努力，目前已達到 1.27mm 厚度的要求，并在新生產的C-17飛機中得到應用。國內方面，北京航空材料研究院曾成功澆鑄出尺寸為 630 mm×300 mm×130 mm、最小壁厚僅為2.5 mm的復雜框形結構。
該技術存在的問題，首先，大型鈦合金構件將越來越多地應用在易疲勞斷裂的關鍵部位，但大型復雜薄壁鈦合金澆鑄時液態金屬流將部分造型材料卷入金屬流冷卻后形成的夾雜容易導致裂紋的產生與擴展，尤其是鈦合金鑄件中大于 10mm 的縮孔，很難在熱等靜壓中壓扁焊合。其次，熔模鑄造的充型凝固過程容易產生許多如卷氣、夾雜、縮孔、冷隔等鑄造缺陷，從而影響鑄件性能。最后，雖然真空壓鑄法不存在以上問題，但它僅適于制造形狀簡單的零件，鑄件最大質量為18 kg，最大尺寸為61 cm×46 cm×25 cm，一次最多可鑄造12個零件。
三、結束語
為了實現降低飛行器自重的目標，航空航天工程人員通常采用整體結構形式而非原先利用小鍛件連接成為大部件的方式，此舉在提高飛行器剛性的同時也顯著降低了飛行器的自重。對于鈦合金材料而言，因為焊接難度較大，采用整體成形技術使其一次性成為整體構件是當前航空、航天飛行器用的鈦合金結構件制造技術的發展趨勢，特別是大型、薄壁、復雜、整體、精密制造技術更是代表。
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