鈦的冶煉過(guò)程復(fù)雜，鈦及鈦合金加工材生產(chǎn)也比鋼、銅、鋁和鎂合金生產(chǎn)困難得多，用鈦材生產(chǎn)加工零件材料的利用率比較低（低于50%），因此成品零部件成本高。

利用鑄造生產(chǎn)方法可制造出接近零件形狀的鑄件，機(jī)械加工量小，金屬利用率大，生產(chǎn)成本低。鈦及鈦合金鑄造有一定難度，如鑄造性能和充填補(bǔ)縮能力比其他常用金屬差。隨著鈦合金鑄造工藝，特別是熔模精密鑄造工藝的成熟與發(fā)展，以及熱等靜壓的應(yīng)用，鈦及鈦合金鑄件的品質(zhì)已接近或達(dá)到了變形鈦合金之間的水平，在飛機(jī)機(jī)身和發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了應(yīng)用，如波音757飛機(jī)上用鈦鑄件約45個(gè)；在波音767飛機(jī)上應(yīng)用達(dá)60個(gè)。美國(guó)自1994年至1999年用鈦及鈦合金鑄件平均1455t/a。

鑄造鈦及鈦合金

1）化學(xué)成分

鑄造鈦及鈦合金金牌號(hào)及化學(xué)成分見(jiàn)下表。

2）力學(xué)性能

鑄造鈦及鈦合金力學(xué)性能見(jiàn)下表。

鈦及鈦合金鑄件生產(chǎn)

1）熔煉鑄造設(shè)備

目前，工業(yè)生產(chǎn)中，鈦及鈦合金熔煉鑄造設(shè)備主要是真空自耗電極電弧凝殼爐，可以說(shuō)絕大部分鈦及鈦合金鑄件，都是用它來(lái)生產(chǎn)的。生產(chǎn)電極是用真空自耗電極電弧熔煉爐（自耗爐）。它們的熔煉原理、操作程序和熔煉工藝相似，只是在主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和組件的配置上有區(qū)別。其他熔煉鑄造方法，如真空非自耗電極電弧熔煉鑄造、電子束凝殼熔煉鑄造、真空等離子弧和真空等例子是熔煉鑄造以及真空感應(yīng)水冷銅坩堝凝殼爐熔煉鑄造等設(shè)備很少應(yīng)用。應(yīng)知道，所有的鈦及鈦合金熔煉鑄造都要采用真空或墮性氣體保護(hù)。

2）鑄造性能

鑄造性能主要是指流動(dòng)性和充填性。影響這兩個(gè)性能的因素有合金元素的種類和添加量；液態(tài)合金的溫度；鑄型材料和鑄型工作面的粗糙度；鑄型設(shè)計(jì)合理程度以及充型和凝固時(shí)的壓力。也就是說(shuō)，加入增加流動(dòng)性的合金元素；適當(dāng)提高澆注溫度；選用熱導(dǎo)率和熱容量較小的鑄型材料（如熔模剛玉陶瓷性），減小鑄型工作面的粗糙度從而減小液體金屬充型阻力；有條時(shí)增加充型和凝固時(shí)的壓力等，都是提高流動(dòng)性和充填性有利方法。

3）澆注

目前鈦及鈦合金鑄件成型，基本上采用靜止?jié)沧ⅲㄖ亓沧ⅲ┖碗x心澆注兩種方法。除此之外還有壓力鑄造、真空加壓鑄造、真空吸鑄和磁力鑄造，應(yīng)用較少。

（1）靜止?jié)沧? 鈦合金靜止?jié)沧⑹且环N應(yīng)用最早、最簡(jiǎn)單易行和最經(jīng)濟(jì)的方法。像其他合金澆注一樣，靠澆口杯和直澆道中的金屬重力為壓頭，在重力的作用下使液體鈦合金平穩(wěn)地充填到鑄型的各個(gè)部位，并建立鑄件的順序凝固的冷卻條件，從而得到合格的鑄件。

（2）離心澆注 重力澆注的缺點(diǎn)是，鑄件致密度不高。如果利用離心力的方法，液體鈦合金受到離心力的作用，使?jié)踩氲囊后w鈦合金首先充填鑄型較遠(yuǎn)的部位，在離心力作用下凝固，液體不斷補(bǔ)充，逐漸凝固，最后能獲得充填飽滿、組織致密的鑄件。

離心澆注重要的條件是在澆入鑄型中的液體鈦合金中建立起碼所需的壓力，保持液流的連續(xù)性，并在最短時(shí)間內(nèi)到達(dá)鑄件型腔內(nèi)，而且還要使液體鈦合金的比消耗最低。經(jīng)驗(yàn)指出，液體鈦合金在鑄型型腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)線速度不低于0.8m/s，液體鈦合金中的壓力應(yīng)大于MPa時(shí)，就能獲得良好的鑄件。離心澆注就能滿足這個(gè)條件。

4）鑄造

（1）硬型鑄造 有金屬型和石墨型，適合單位生產(chǎn)或小批量生產(chǎn)，零件壁厚不能太薄，需大于4mm的大、中型鑄件，否則容易產(chǎn)生澆不滿的缺陷。

（2）砂型鑄造 鈦合金鑄造用的型砂，與鋁、銅和鋼鐵鑄造用的型砂不同，需 耐高溫，一般采用石墨砂和特種耐火砂，加碳質(zhì)黏結(jié)和水玻璃，制造砂型可搗實(shí)或壓實(shí)，烘干，砂型鑄造與硬型鑄造累死，適合單件生產(chǎn)或小批量生產(chǎn)，零件壁厚大于4mm的形狀比較復(fù)雜的大、中、小型鑄件。

（3）熔模精密鑄造 熔模精密鑄造發(fā)展很快，主要為適應(yīng)航空、航天技術(shù)發(fā)展的需要。目前航空、航天工業(yè)中用的鈦合金鑄造結(jié)構(gòu)件，98%以上是用熔模精密鑄造生產(chǎn)的。鑄型有：熔模石墨型殼、鎢面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼等。利用這種方法可生產(chǎn)壁厚小于3mm，品質(zhì)要求高的各種鈦合金鑄件。

5）鑄件清理與精修

鑄件冷卻到200℃以下即可清砂、脫殼、切割澆注系統(tǒng)。最好在550~650℃先進(jìn)性一次消除鑄造應(yīng)力退火（1~2h）。然后進(jìn)行打磨、噴丸、酸洗。原則上，鈦在熔鑄過(guò)程中將從造型材料或熔煉爐氣氛的殘留氣體中吸收一些雜質(zhì)組分。這些組分?jǐn)U散到鑄件表面并形成很薄的“α”層，這個(gè)薄層應(yīng)除去。

6）補(bǔ)焊

這是對(duì)鈦合金鑄件缺陷進(jìn)行修復(fù)的工作。除對(duì)鈦合金鑄件不準(zhǔn)許補(bǔ)焊的部位外，對(duì)冷隔、流痕、裂紋、氣孔、縮孔及夾雜等均勻許用補(bǔ)焊方法進(jìn)行修補(bǔ)。

7）熱等靜壓處理

鑄造鈦合金零件中，由于各種原因，存在氣孔、縮松、縮孔等不致密部位。將逐漸置于惰性氣體中，壓力達(dá)100MPa，溫度900℃左右（如Ti-6Al-4V），材料會(huì)發(fā)生蠕變，鑄件內(nèi)部封閉的氣孔、縮松被壓實(shí)閉合，使合金組織致密，鑄件性能得到改善，可靠性大為提高。

8）鑄件熱處理

鈦合金的熱處理是通過(guò)加熱、保溫和冷卻的方法，來(lái)改變合金的相組成和組織結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到改善性能的一種工藝。鈦合金熱處理工藝參數(shù)的確定的重要依據(jù)是β相的轉(zhuǎn)變溫度。