钛合金以其高比强度、优异的耐腐蚀性和生物相容性，在航空航天、生物医疗及化工等领域应用广泛。但其成型加工面临高温活性高、变形抗力大、导热性差等挑战，导致成本高昂。本文系统介绍钛合金的主要成型工艺及其适用场景。

1. 铸造

铸造是将熔化的钛合金浇入型腔，冷却后获得零件的方法。

• 原理与特点：主要在真空或惰性气体（如氩气）保护下进行，以防止钛液与空气发生反应。该方法适合生产形状复杂的零件，材料利用率较高。

• 局限性：铸件内部易出现缩孔、疏松等缺陷，力学性能通常低于锻件。

• 典型工艺与应用：真空熔模精密铸造（失蜡法）是主流工艺，常用于制造航空发动机机匣、叶片以及人工关节等医疗植入物。

2. 塑性成型/压力加工

这是最常用的钛合金成型方法，通常在高温下进行以降低变形抗力。

• 锻造：

  • 自由锻：用于钛锭开坯，制备饼坯、棒坯等半成品。

  • 模锻：在模具型腔内成型，可获得流线完整、力学性能高的零件，是飞机起落架、发动机盘件等关键承力件的主要制造方法。等温锻造（模具与坯料同温）适用于形状更复杂的精密锻件。

• 轧制：用于生产板、带、箔、棒、管等型材，钛板是制造蒙皮、热交换器的基础。

• 挤压与拉伸：挤压用于生产管材和异型材；拉伸则用于提高丝材和薄壁管的尺寸精度。

3. 粉末冶金

通过压制钛合金粉末并烧结致密化来制造零件。

• 原理与特点：属于近净成型技术，材料利用率可超过95%，并能制备传统熔铸法难以实现的复合材料，组织均匀。

• 局限性：金属粉末成本高，制品中可能残留孔隙。

• 典型工艺与应用：包括传统压制-烧结、金属注射成型（适用于小型复杂零件）和热等静压。增材制造在广义上也属于粉末冶金技术范畴。

4. 增材制造（3D打印）

基于三维模型数据，逐层堆积材料制造实体零件。

• 原理与特点：该技术提供了极高的设计自由度，能够制造出传统方法无法加工的内部流道、点阵结构等复杂几何形状，材料利用率高，无需模具。

• 局限性：设备与材料成本高，构件尺寸受限，表面通常需要后处理，力学性能可能存在各向异性。

• 典型技术与应用：激光选区熔化（SLM）和电子束选区熔化（EBM）是主流技术，直接制造致密度超过99%的零件，已用于航空发动机燃油喷嘴和具有多孔结构的骨科植入物。

5. 特种成型工艺

• 超塑成型：利用钛合金在特定温度（约900°C）和低速变形下可表现出极高延伸率（超过500%）的特性，通过气压使其贴合模具成型复杂曲面件。缺点是生产效率低。

• 超塑成型/扩散连接组合工艺：在超塑成型的同时，对多层板材进行扩散连接，可制造带空腔的整体轻量化结构，是航空航天领域的先进技术。

• 旋压：适用于制造回转体薄壁零件，如喷管和封头，具有工具成本低、产品性能好的优点。

总结与工艺选择

钛合金成型工艺的选择取决于对零件性能、形状复杂度、生产批量及成本的全方位权衡。

现代制造中，常采用组合工艺。例如，通过锻造获得高性能毛坯，再结合机械加工与增材制造进行局部特征加工，以实现综合效益。

参考文献

1. Leyens, C., & Peters, M. (Eds.). (2003). Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and Applications. Wiley-VCH.

2. 中国机械工程学会. (2018). 《增材制造技术系列丛书》. 机械工业出版社.

3. Boyer, R., et al. (2015). Materials Properties Handbook: Titanium Alloys (2nd ed.). ASM International.

4. 张喜燕, 等. (2009). 《钛合金及应用》. 化学工业出版社.

5. 王华明. (2015). 高性能金属构件增材制造技术. 航空制造技术.
   （注：以上为示例性参考文献，实际写作中请根据具体引用的学术或行业资料准确列出。）

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