鈦及鈦合金是一種具有耐蝕性、比強(qiáng)度高、生物親和性好的金屬材料。由于航空、航天領(lǐng)域用鈦需求較多，因此鈦合金在這方面的應(yīng)用廣為人知。它也可以應(yīng)用于一般工業(yè)產(chǎn)品，近來(lái)以外科植入物用鈦為代表，鈦合金在醫(yī)療器械中的應(yīng)用頗受矚目。雖然鈦合金可以加工成多種工業(yè)產(chǎn)品，但其需求卻不高。這是由于鈦合金的制造成本以及鈦合金產(chǎn)品的加工成本較高，導(dǎo)致最終產(chǎn)品價(jià)格較高的原因。因此，要增加鈦合金產(chǎn)品的需求，就要降低鈦合金的生產(chǎn)及加工成本，這是一項(xiàng)長(zhǎng)期的任務(wù)。不過(guò)，這一任務(wù)的難度正在逐漸減小。

　　最近，隨著資源枯竭的呼聲越來(lái)越高，由于鈦在進(jìn)行合金化時(shí)需要利用大量高價(jià)元素，因此，很多人都嘗試通過(guò)低成本的元素來(lái)進(jìn)行替換，以及只采用低成本元素的辦法。這時(shí)，通常被看作是雜質(zhì)元素的O、N、C、H、Si、Fe等也開(kāi)始被應(yīng)用于鈦合金當(dāng)中。雖然因添加低成本元素引起的特殊現(xiàn)象也時(shí)有報(bào)道，希望這為以后鈦合金的高性能化打下基礎(chǔ)。

　　綜上所述，降低鈦合金產(chǎn)品的成本十分重要。在開(kāi)發(fā)低成本鈦合金的同時(shí)，鈦合金低成本化加工技術(shù)的改良和開(kāi)發(fā)工作也在進(jìn)行。

　　鈦合金的低成本化當(dāng)中，最重要的是從鈦礦到金屬鈦的還原工藝的低成本化，目前各種各樣的鈦的直接還原法、克羅爾法連續(xù)化還原法正在研究當(dāng)中。

　　本文將對(duì)鈦合金的低成本化設(shè)計(jì)以及鈦合金的低成本化加工技術(shù)進(jìn)行概述。

　　2.低成本元素的利用

　　在鈦及鈦合金當(dāng)中，F(xiàn)e一直被當(dāng)作雜質(zhì)元素來(lái)對(duì)待。但為降低成本，F(xiàn)e元素也經(jīng)常使用。如TImetaL62S（Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si合金）、TImetaL LCB（Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al合金）等早就被人們所熟悉。日本早期開(kāi)發(fā)的具有代表性的低成本鈦合金有Ti-Fe-O-N系列合金。該合金是Super-TIX○R系列當(dāng)中一個(gè)，Super-TIX○R800的抗拉強(qiáng)度和延伸率可以從ASTM Grade 4涵蓋至Ti-6Al-4V。另外，Super- TIX○R系列包括與Ti-6Al-4V強(qiáng)度和延展性相當(dāng)、熱加工性能卻比Ti-6Al-4V優(yōu)良的Ti-5Al-1Fe合金（Super-TIX○R51AF）；機(jī)械性能與β合金強(qiáng)度和延展性相當(dāng)、為防止Fe凝固偏析而添加少量Mo的Ti-5Al-2Fe-3Mo合金（Super-TIX○R523AFM）；用于汽車(chē)消音器、耐熱且冷加工性能與純鈦相當(dāng)?shù)腡i-Cu合金（Super-TIX○R10CU）以及Ti-1Cu-0.5Nb合金（Super-TIX○R10CUNB）。

　　最近，鐵含量在1~2%的Ti-Fe合金正在研究開(kāi)發(fā)當(dāng)中。與JIS1類(lèi)以及JIS2類(lèi)相比，含F(xiàn)e量在1.4%以上的該系列合金的強(qiáng)度、成形性都非常好，詳見(jiàn)圖1。Ti-Fe合金。Ti-Fe合金有望在板式換熱器中得到應(yīng)用。板式換熱器用低成本鈦合金有Ti-（2-6）Cu-（0-3）Sn 、Ti-2Cu-2Sn擁有固溶材料和爐冷材料90%以上的冷加工性。

　　除

　　......

　　4.生產(chǎn)工藝的低成本化技術(shù)

　　鈦合金產(chǎn)品的生產(chǎn)中，以切削加工、研磨加工代表的加工工藝成本頗高。因此，利用上述低成本合金，開(kāi)發(fā)低成本化的加工技術(shù)非常重要。以Ti-6Al-4V合金為代表的鈦合金加工中，彎曲加工比較困難，為防止氧化，加熱時(shí)必須在惰性氣體以及真空環(huán)境中進(jìn)行。同時(shí)，熱處理加工使顯微組織發(fā)生顯著變化，因此需要確立合理的熱處理加工工藝。目前我國(guó)雖然引進(jìn)了大型鍛造設(shè)備，但設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)還尚需時(shí)日，大型零部件的生產(chǎn)需要的切削加工量也將增多。因此，減少鈦合金的切削加工量非常重要，而且確立組裝大型零部件的接合方法也十分必要。通常減少鈦合金切削加工有效的辦法是粉末冶金法、金屬粉末射出成型法（MIM）、激光成型法、電子束積層成型法（EBM）等近凈成形法，確立有效的激光焊接法、摩擦攪拌焊（FSW）等新型接合技術(shù)也非常必要。另外，降低彎曲加工困難的高效有效彎曲加工技術(shù)也有望得以確立。再就是在使用上述低成本鈦合金時(shí)，有必要通過(guò)控制顯微組織來(lái)改善特性，因此，有必要確立合適的熱處理技術(shù)。

　　與傳統(tǒng)合金相比，通過(guò)采用低溫加工低成本鈦合金的辦法可以降低鈦合金的加工成本。普遍使用的Ti-6Al-4V合金板中，將數(shù)張板重疊，鋼板包在外面進(jìn)行熱加工（這種方法被稱為包套加工），這就導(dǎo)致了成本的居高不下。上文中提及的Ti-9可不通過(guò)包套軋制而利用冷加工進(jìn)行薄板的生產(chǎn)，從而達(dá)到低成本化的目的。

　　彎曲加工如圖9所示，通過(guò)局部加熱成形法，控制回彈，彎曲加工可使成形變得容易.

　　低成本鈦合金擠壓材通過(guò)采用局部加熱的彎曲加工技術(shù)，鍛件則通過(guò)機(jī)械加工技術(shù)和焊接技術(shù)（如激光焊接）的組合有望實(shí)現(xiàn)飛機(jī)零部件的低成本化生產(chǎn)，如圖10。 綜上所述，在鈦合金的低成本化中，鈦合金粉末的近凈成形法備受矚目。MIM法適合小型零部件的生產(chǎn)，可有望實(shí)現(xiàn)各種合金的生產(chǎn)。如圖11所示，通過(guò)MIM法往Ti-6Al-4V合金中添加適量的Fe、Cr、Mo，然后得出其與抗張強(qiáng)度以及延展性的關(guān)系。通過(guò)添加這些元素，提高了Ti-6Al-4V的強(qiáng)度，在一定的條件下，可以得到超過(guò)1000MPa的抗張強(qiáng)度和超過(guò)10%的延展性。

　　近來(lái)，電子束層壓法備受矚目。圖13為通過(guò)電子束層壓法制成的擁有骨傳導(dǎo)功能的Ti-6Al-4V合金植入物外觀。可以通過(guò)電子束層壓法直接生產(chǎn)如此形狀如此復(fù)雜的產(chǎn)品。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　關(guān)于鈦合金低成本化的課題可作如下考慮：

　　1.冶煉成本的降低

　　（1）開(kāi)發(fā)Kroll冶煉法的連續(xù)化及新的冶煉法（直接還原法）

　　（2）提高直接還原法生產(chǎn)的O含量較高的鈦的純度

　　（3）提高連續(xù)化的Kroll法生產(chǎn)的高Fe含量的鈦的性能

　　2.加工工藝的低成本化

　　（1）塑性加工工藝的低成本化

　　（2）切削加工工藝的低成本化

　　（3）近凈成形加工的適用：減少材料的切削量以及加工量

　　3.低成本合金的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

　　（1）高成本合金元素的減少

　　（2）低成本置換型元素的利用

　　（3）低成本侵入型輕元素的利用

　　（4）可循環(huán)材料的利用

　　4.通過(guò)控制組織構(gòu)成提高性能

　　5.開(kāi)拓應(yīng)用領(lǐng)域

　　鈦合金的低成本化必須解決以上問(wèn)題，這一問(wèn)題的解決需要很長(zhǎng)時(shí)間。通過(guò)下功夫解決上述問(wèn)題，鈦合金的低成本化終將會(huì)得以實(shí)現(xiàn)。