利泰金屬談鈦合金鍛造的分類及應用

鈦合金鍛造是在加壓設備及工（模）具的作用下，使坯料或鑄錠產生局部或全部的 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。金屬材料經過鍛造加工后，形狀、尺寸穩定性好，組織均勻，纖維組 織合理，具有最佳的綜合力學性能。機械裝備中的主承力結構或次承力結構件一 般都是由鍛件制成的，鍛件廣泛地應用于國民經濟和國防工業的各個領域。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、澆注和結晶 過程中，不可避免地會產生氣孔、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力的工作環境的零部件（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性能。此外，在零件設計 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 設備或模具使金屬毛坯產生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件，同時使 鍛件機械性能和內部組織符合一定的技術要求。

一、鍛造工藝分類

根據鈦鍛件的尺寸和形狀、采用的工裝模具結構和鍛造設備的不同，鍛造主要 可分為自由鍛、模鍛、輾環。

（1）自由鍛

自由鍛是指用簡單的通用性工具，或在鍛造設備的上、下砧之間直接對坯料 施加外力，使坯料產生變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量的鍛件的加工方 法。自由鍛以生產批量不大的鍛件為主，采用鍛錘、液壓機等鍛造設備對坯料進 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受壓變形而獲得鍛件，模鍛一 般用于生產重量不大、批量較大的零件。

（3）輾環

輾環，又稱為環形軋制，是借助輾環機使環件產生連續局部塑性變形，進而 實現壁厚減小、直徑擴大、截面輪廓成形的塑性加工工藝。輾壓擴孔時的應力應 變和變形流動情況與芯軸擴孔相同，其特點是：工具是旋轉的，變形是連續的， 輾壓擴孔時一般壓下量較小，故具有表面變形的特征。輾環是連續局部塑性成型工藝，是軋制技術和機械制造技術的交叉與結合， 與傳統的自由鍛工藝、模鍛工藝等相比，輾環可大幅度降低設備噸位和投資，具 有振動沖擊小、節能節材、生產效率高、生產成本低等顯著優點，屬于無縫環件 的先進加工技術，在航空、航天、船舶、電力、石化以及其他機械等諸多工業領 域日益得到廣泛應用。

二、鈦合金鍛造的應用領域

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

鍛件產品作為裝備制造業所必需的關鍵基礎部件，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的成套設備制造商，最終應用于國民經濟 和國防工業的各相關行業。下游行業對鍛件產品精度、性能、壽命、可靠性等各 項技術指標的要求主導了鍛造行業的技術走向，同時下游行業的景氣度也直接決 定了鍛造行業的需求狀況和市場容量。此外，在航空、航天、船舶、電力、石化 等高端裝備制造領域，國家政策導向和國家投入規模也對市場需求有著重大影 響，鍛造行業的市場發展前景與下游應用行業發展以及國家投入緊密相關。

1、航空

航空鍛件產品主要用于飛機機體結構及航空發動機部分結構。飛機機體結構方面，鍛件主要應用包括①大型飛機、戰斗機機身結構件；② 起落架系統結構件；③直升機結構件等。大型飛機、戰斗機機身結構件包括飛機機體的框、梁類結構件，具體有飛機 艙門部位的門框鍛件，機頭部位的風擋邊框鍛件，機翼與機身部位的連接件，機 翼部位的邊條、承力梁、框鍛件，發動機吊掛系統鍛件，機身承力框鍛件，轉向 舵部位的轉軸梁鍛件。主要涉及的材料有鈦合金、超高強度鋼、鋁合金等。起落架系統包括飛機的主起落架系統和前起落架系統。公司生產的起落架系 統結構件主要包括外筒、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。直升機結構件主要包括傳動箱系統鍛件、漿轂系統鍛件、機身結構件鍛件、 起落架鍛件和武器吊掛系統鍛件。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。

航空發動機方面，根據 GE 航空等航空發動機制造商的劃分方式，鍛件主要 應用在環形鍛件（ring）和機匣（casing）等結構。機匣是航空發動機的重要零部件之一，它是發動機的基座和主要承力部件， 其外形結構復雜，不同的發動機、發動機的不同部位，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，環形鍛件在航空發動機上的產品種類、數量較多。

2、航天

航天裝備包括宇航（運載火箭、衛星、飛船、空間站、空間飛行器）、導彈 等方向。宇航方面，鍛件產品可應用在運載火箭發動機機匣、安裝邊、支座、法蘭， 運載火箭整流罩、運載火箭外殼、衛星支架等。導彈方面，鍛件產品可應用在導彈發動機機匣、導彈外殼、環形連接件、裝 載環等。

3、其他領域

鍛件產品還廣泛應用于艦船、電力設備、石化設備、兵器工業、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。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。在電力設備行業，鍛件產品主要應用于火電用汽輪機和燃氣輪機、核電構件 以及風力發電機等設備。鍛件產品在石化設備行業主要用于各類石化設備配套用的法蘭、管板等。隨著我國國民經濟結構的調整、供給側改革的深化、國防建設的持續投入， 從長期來看，鍛件產品下游行業仍將保持持續發展。