飛機(jī)工業(yè)在減少成本方面面臨著持續(xù)不斷的壓力，行業(yè)嘗試通過減少元件和材料費(fèi)用以節(jié)約生產(chǎn)成本，以及通過減輕機(jī)身重量和降低維修頻率以節(jié)約經(jīng)營(yíng)成本。重量和成本 這兩個(gè)因素，在設(shè)計(jì)過程中既相互關(guān)聯(lián)， 又相互矛盾。

為了解決高溫、重量、腐蝕等問題，鈦被選為航空歷史上長(zhǎng)期使用的金屬。鈦相對(duì)于鋁或鋼合金所具有的天然兼容性，使得鈦合金在航空技術(shù)上的應(yīng)用需求增加，但同樣也增加了成本，這導(dǎo)致機(jī)身產(chǎn)業(yè)方面對(duì)鈦合金性能和利用率需求方面的變革。

凱澤金屬結(jié)合航空用鈦絲棒管材料的特點(diǎn)，將航空鈦合金生產(chǎn)工藝最新技術(shù)及應(yīng)用，整理如下。

1、鈦合金部件的電子束自由成型加工新技術(shù)

美國(guó)宇航局一直在推動(dòng)和加快在沒有大規(guī)模切削造成巨大浪費(fèi)的前提下，加工制造工業(yè)金屬部件的國(guó)家生產(chǎn)加工能力，目前已經(jīng)開發(fā)出電子束自由成型加工新技術(shù)(Electron Beam FreeformFabrication Process)。

電子束自由成型技術(shù)是一種金屬添料加工技術(shù)，把添料加入簡(jiǎn)化的預(yù)成型模里，采用電子束，焊條料進(jìn)給機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來加工制造接近凈成型部件。

電子束自由成型加工技術(shù)可以在原材料、能源和切削液等資源方面有明顯節(jié)省，在從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)的時(shí)間上有明顯節(jié)省。美國(guó)宇航局的目標(biāo)是開發(fā)包括工藝操作、重新性工藝操作控制在內(nèi)的新技術(shù)。這一技術(shù)加工的材料用于航空工業(yè)硬件的確認(rèn)，開發(fā)航空工業(yè)結(jié)構(gòu)的一體化多功能性。

電子束自由成型加工技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用包括生產(chǎn)替代的時(shí)效部件和先進(jìn)飛機(jī)的新部件，預(yù)計(jì)在未來4～5年里使電子束自由成型加工技術(shù)在商業(yè)上得到應(yīng)用。

2、新型鈦合金Timetal 54M的加工技術(shù)和性能

美國(guó)Timet公司研究開發(fā)出一種新型α+β鈦合金，稱為Timetal 54M (Ti-5A1-4V-0.6Mo-0.4Fe)，它改進(jìn)了Ti-6A1-4V整個(gè)生產(chǎn)成本，但仍具有Ti-6A1-4V的相關(guān)性能。據(jù)介紹，Timet公司已經(jīng)通過電子束Zingle熔煉技術(shù)(electron—beam Zingle—melting)，生產(chǎn)了相當(dāng)數(shù)量的Timetal 54M 合金。目前正在評(píng)估此種鈦合金在航天工業(yè)和其它領(lǐng)域的應(yīng)用。

事先的研究已經(jīng)表明，Timetal  54M 合金改進(jìn)了采用硬質(zhì)合金鉆的鉆孔加工性能， 延長(zhǎng)了切削工具的使用壽命，或者適合于較快的切削速度。在最近一次試驗(yàn)里， 加工過一 種 β擠壓Timetal  54M 型材用于生產(chǎn)Ti-6Al-4V 飛機(jī)機(jī)體部件。和傳統(tǒng)Ti-6Al-4V 合 金 相 比，Timetal   54M 合 金更易于加工。

先進(jìn)的鈦焊接工藝技術(shù)開發(fā)

為生產(chǎn)接近凈成型結(jié)構(gòu)件，目前已經(jīng)研究開發(fā)出Ti-6Al-4V鈦合金的激光焊接工藝技術(shù)，并且確定了該技術(shù)的工藝參數(shù)來生產(chǎn)不同厚度的材料，和連接高質(zhì)量的焊接件。為加工制造鈦合金結(jié)構(gòu)件，對(duì)采用這一加工技術(shù)的焊接件的廣泛冶金檢查和初步機(jī)械性能評(píng)估已經(jīng)完畢，發(fā)現(xiàn)激光自動(dòng)焊接連接點(diǎn)的機(jī)械性能非常接近母材金屬的機(jī)械性能，這意能。也就是說，機(jī)械試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)變量非常低，這對(duì)于一個(gè)焊接結(jié)構(gòu)性能要求苛刻的部件的有效設(shè)計(jì)是非常重要的。除了激光焊接以外，還開發(fā)出各種厚度和結(jié)構(gòu)的Ti-6Al-4V鈦合金的摩擦攪拌焊工藝技術(shù)。摩擦攪拌焊工藝技術(shù)是一種固態(tài)的焊接工藝技術(shù)，能夠保持母材金屬低倍組織的整體性，所以這一技術(shù)對(duì)抗疲勞性能要求苛刻、對(duì)損害公差要求精度高的原始航空結(jié)構(gòu)件非常具有吸引力。初步機(jī)械試驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)顯示，摩擦攪拌焊的鈦合金對(duì)接接頭的抗疲勞性能可以和母材金屬的抗疲勞性能相比。

在開發(fā)鈦合金厚板摩擦攪拌焊的初步困難是，為生產(chǎn)無缺陷接頭對(duì)工具設(shè)計(jì)和工藝材數(shù)加以確認(rèn)，最終結(jié)合這些先進(jìn)焊接技術(shù)中的一種工藝技術(shù)，焊接熱成型接近凈成型部件，來生產(chǎn)航空質(zhì)量、尺寸、公差合乎要求的結(jié)構(gòu)件，并且使鈦合金材料利用率得到極大改善。

3、鈦合金熱拉伸成型工藝技術(shù)開發(fā)

美國(guó)Cyril Bath公司即將開發(fā)出熱拉伸成型工藝技術(shù)(HotStretch Forming Process)，并用于加工采用碳纖維機(jī)身表皮的新型飛機(jī)的鈦合金機(jī)身結(jié)構(gòu)件。許多機(jī)身結(jié)構(gòu)件要符合機(jī)身弧度的內(nèi)徑要求。通過把傳統(tǒng)拉伸成型技術(shù)和熱金屬成型技術(shù)結(jié)合在一起，Cyril Bath公司開發(fā)出熱拉伸成型技術(shù)，這一新技術(shù)可以使工程師設(shè)計(jì)在最后加工之前具有一個(gè)特定和精確半徑弧度的各種鈦合金結(jié)構(gòu)型材。

熱拉伸成型工藝技術(shù)成本有效、重現(xiàn)性好，可以立即滿足大批量生產(chǎn)來加快飛機(jī)制造的速度。該技術(shù)節(jié)省材料和加工時(shí)間，對(duì)節(jié)約飛機(jī)制造成本影響巨大。另外，這一新技術(shù)加工質(zhì)量穩(wěn)定，可以保證交貨時(shí)間和安裝制造進(jìn)度，還具有控制殘留應(yīng)力并使其最少的優(yōu)勢(shì)。

4、鈦合金等離子轉(zhuǎn)移電弧快速添料加工新技術(shù)

等離子轉(zhuǎn)移電弧快速添料加工新技術(shù)作為添料加工的高能源焊炬，和傳統(tǒng)的高能電束相比具有多種優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)將被討論，并有實(shí)例來證明。

目前正在試驗(yàn)用于Spirit AeroSystems的Ti一6A1-4V坯料，來評(píng)價(jià)等離子轉(zhuǎn)移電弧快速添料加工技術(shù)加工飛機(jī)部件的性能。除了金屬結(jié)構(gòu)的低成本加工之外，這一技術(shù)用來形成非常堅(jiān)硬的表面層，其在功能上可以和陶瓷合金相比，這些硬表面層具有優(yōu)異的抗磨和抗腐蝕性能。各種級(jí)別的復(fù)合材料也用來加工結(jié)構(gòu)部件，在結(jié)構(gòu)和涂層應(yīng)用方面，復(fù)合材    料分級(jí)會(huì)使涂層附著力特別強(qiáng)，已經(jīng)采用海綿鈦和預(yù)合金化Al-V粉末加工成冷軋的“準(zhǔn)”線材。采用高強(qiáng)度鈦泡沫來生產(chǎn)近凈成型部件，都是采用等離子轉(zhuǎn)移電弧快速添料加工新技術(shù)的產(chǎn)品。

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