利泰金属谈钛合金锻造的分类及应用

钛合金锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的 塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状的零件（或毛坯）并改善其组织和性能的 加工方法。金属材料经过锻造加工后，形状、尺寸稳定性好，组织均匀，纤维组 织合理，具有最佳的综合力学性能。机械装备中的主承力结构或次承力结构件一 般都是由锻件制成的，锻件广泛地应用于国民经济和国防工业的各个领域。锻造的主要原材料为金属棒料、铸锭等。这些原材料在其冶炼、浇注和结晶 过程中，不可避免地会产生气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，因而，铸造工艺很难 制造出能胜任需要承受冲击或交变应力的工作环境的零部件（例如传动主轴、齿 圈、连杆、轨道轮等）。但是，金属棒料或铸锭在经过锻造加工后，其组织、性 能均能得到有效的改善和提高。同时，由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大 晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高锻件的力学性能。此外，在零件设计 时，若正确选用零件的受力方向与纤维组织方向，还可以提高锻件的抗冲击性能。因此，锻造实质是利用金属的塑性变形使金属毛坯改变形状和性能而成为合 格锻件的加工过程，其根本目的是利用外加载荷（冲击载荷或静载荷）通过锻压 设备或模具使金属毛坯产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件，同时使 锻件机械性能和内部组织符合一定的技术要求。

一、锻造工艺分类

根据钛锻件的尺寸和形状、采用的工装模具结构和锻造设备的不同，锻造主要 可分为自由锻、模锻、辗环。

（1）自由锻

自由锻是指用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧之间直接对坯料 施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方 法。自由锻以生产批量不大的锻件为主，采用锻锤、液压机等锻造设备对坯料进 行成形加工，以获得合格锻件。

（2）模锻

模锻是指金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件，模锻一 般用于生产重量不大、批量较大的零件。

（3）辗环

辗环，又称为环形轧制，是借助辗环机使环件产生连续局部塑性变形，进而 实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。辗压扩孔时的应力应 变和变形流动情况与芯轴扩孔相同，其特点是：工具是旋转的，变形是连续的， 辗压扩孔时一般压下量较小，故具有表面变形的特征。辗环是连续局部塑性成型工艺，是轧制技术和机械制造技术的交叉与结合， 与传统的自由锻工艺、模锻工艺等相比，辗环可大幅度降低设备吨位和投资，具 有振动冲击小、节能节材、生产效率高、生产成本低等显著优点，属于无缝环件 的先进加工技术，在航空、航天、船舶、电力、石化以及其他机械等诸多工业领 域日益得到广泛应用。

二、钛合金锻造的应用领域

锻造行业上游主要为各类金属材料冶炼企业，如碳钢、不锈钢、合金钢、高 温合金、钛合金、铝合金等，上游原材料的供应能力和技术水平直接影响锻造行 业的发展水平。原材料成本占锻造企业主营业务成本的比重较高，因此原材料价 格的波动对产品价格具有较大的影响。

锻件产品作为装备制造业所必需的关键基础部件，其下游主要为航空、航天、 船舶、电力、石化以及其他机械等行业的成套设备制造商，最终应用于国民经济 和国防工业的各相关行业。下游行业对锻件产品精度、性能、寿命、可靠性等各 项技术指标的要求主导了锻造行业的技术走向，同时下游行业的景气度也直接决 定了锻造行业的需求状况和市场容量。此外，在航空、航天、船舶、电力、石化 等高端装备制造领域，国家政策导向和国家投入规模也对市场需求有着重大影 响，锻造行业的市场发展前景与下游应用行业发展以及国家投入紧密相关。

1、航空

航空锻件产品主要用于飞机机体结构及航空发动机部分结构。飞机机体结构方面，锻件主要应用包括①大型飞机、战斗机机身结构件；② 起落架系统结构件；③直升机结构件等。大型飞机、战斗机机身结构件包括飞机机体的框、梁类结构件，具体有飞机 舱门部位的门框锻件，机头部位的风挡边框锻件，机翼与机身部位的连接件，机 翼部位的边条、承力梁、框锻件，发动机吊挂系统锻件，机身承力框锻件，转向 舵部位的转轴梁锻件。主要涉及的材料有钛合金、超高强度钢、铝合金等。起落架系统包括飞机的主起落架系统和前起落架系统。公司生产的起落架系 统结构件主要包括外筒、活塞杆锻件，扭力臂、斜支撑、支架、后支架等锻件。主要涉及的材料为超高强度钢、钛合金和铝合金等。直升机结构件主要包括传动箱系统锻件、浆毂系统锻件、机身结构件锻件、 起落架锻件和武器吊挂系统锻件。主要有传动箱传动卡盘锻件、浆毂中央件、浆 毂连接件、浆毂轴、传动卡盘、吊挂架、起落架外筒和活塞杆锻件等。主要涉及 的材料有钛合金、超高强度钢和铝合金等。

航空发动机方面，根据 GE 航空等航空发动机制造商的划分方式，锻件主要 应用在环形锻件（ring）和机匣（casing）等结构。机匣是航空发动机的重要零部件之一，它是发动机的基座和主要承力部件， 其外形结构复杂，不同的发动机、发动机的不同部位，其机匣形状各不相同，机 匣的功能决定了机匣的形状，基本特征为圆筒形或圆锥形的壳体和支板组成的部 件。相比机匣，环形锻件在航空发动机上的产品种类、数量较多。

2、航天

航天装备包括宇航（运载火箭、卫星、飞船、空间站、空间飞行器）、导弹 等方向。宇航方面，锻件产品可应用在运载火箭发动机机匣、安装边、支座、法兰， 运载火箭整流罩、运载火箭外壳、卫星支架等。导弹方面，锻件产品可应用在导弹发动机机匣、导弹外壳、环形连接件、装 载环等。

3、其他领域

锻件产品还广泛应用于舰船、电力设备、石化设备、兵器工业、工程机械、 冶金机械、造纸机械、高铁装备以及其他通用机械等多个行业。如船舶锻件主要可分为动力锻件、轴系锻件、锚系锻件和舵系锻件。动力锻 件主要包括燃气轮机机匣、叶轮、法兰等，船用柴油机机体、机座、法兰等；轴 系锻件有推力轴、中间轴、艉轴等；舵系锻件主要有舵杆、舵柱、舵销等；锚系 锻件主要有锚绞机用部件等。在电力设备行业，锻件产品主要应用于火电用汽轮机和燃气轮机、核电构件 以及风力发电机等设备。锻件产品在石化设备行业主要用于各类石化设备配套用的法兰、管板等。随着我国国民经济结构的调整、供给侧改革的深化、国防建设的持续投入， 从长期来看，锻件产品下游行业仍将保持持续发展。