钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐侵蚀、生 物相容性佳等众多优异性能，，，，，，在航空航天、石油化工、 生物医药、国防军工等领域获得普遍应用[1-2]。。。。。。。经由长 期的手艺引进、自主研发与应用推广，，，，，，我国钛工业现 已进入高速生耐久，，，，，，产量稳步攀升，，，，，，成为天下钛工业 大国[3]。。。。。。。近年来，，，，，，钛及钛合金的需求量一连增添，，，，，，使 用情形更为多样，，，，，，成形工艺愈发重大，，，，，，对证料性能指 标的要求一直提升。。。。。。。

塑性加工是借助外力使质料爆发塑性变形，，，，，，进而 获得所需形状、组织结构及性能的一种加工手艺。。。。。。。常 用的塑性加工手艺有铸造、轧制、挤压、拉伸、旋压 等[1]。。。。。。。然而，，，，，，钛及钛合金塑性变形时强度和硬度升高，，，，，， 塑性和韧性降低，，，，，，且加工历程中易泛起外貌裂纹、氧 化、粗糙度超标等问题，，，，，，会影响构件的力学性能、耐 侵蚀性及后续装配精度。。。。。。。为此，，，，，，这些年来新兴的超塑 性成形手艺获得了普遍应用，，，，，，极大改善了钛合金难以 成形的问题。。。。。。。

现阶段，，，，，，塑性加工手艺包括古板塑性加工手艺及 新型塑性加工手艺，，，，，，选择合适的塑性加工要领关于提 升钛及钛合金产品质量具有主要意义。。。。。。。为此，，，，，，梳理了钛及钛合金主要塑性加工手艺（铸造、轧制、挤压等） 的研究希望与应用现状，，，，，，同时对塑性加工手艺的生长 趋势举行了展望。。。。。。。

1、古板塑性加工手艺

1.1铸造

铸造是常见的金属零部件加工方法，，，，，，其通过施加 压力使质料爆发塑性变形，，，，，，进而获得所需形状与组织 结构的构件[4]。。。。。。。由于钛合金的晶体结构特征，，，，，，其产品 对铸造工艺参数（如温度、变形量）极为敏感，，，，，，因此 必需严酷控制铸造工艺。。。。。。。在铸造历程中，，，，，，钛及钛合金 晶粒爆发重组变得越发致密，，，，，，内部杂质和气泡得以消 除，，，，，，内应力在一定水平上获得释放，，，，，，进而质料的匀称 度、纯净度和机械性能等得以改善，，，，，，外貌质量提高[5]。。。。。。。 但其弱点也较为显着：生产效率较低，，，，，，工艺控制难度 较大，，，，，，且难以加工重大形状的零件。。。。。。。凭证铸造温度的 差别，，，，，，铸造工艺可分为冷锻、热锻[6-8]；；；；；；；；凭证加工方法 的差别，，，，，，可分为自由锻、模锻[9-11]和胎模锻[12]。。。。。。。

通常情形下，，，，，，室温下的铸造为冷锻，，，，，，高于金属再 结晶温度的铸造为热锻[13]。。。。。。。一样平常而言，，，，，，冷锻精度高，，，，，， 用于制造高强度、高细密的零部件；；；；；；；；热锻可改善金属 的塑性和变形能力，，，，，，适用于制造大型和重大形状的工 件[7]。。。。。。。马利华等[14]对TB17钛合金举行冷锻发明，，，，，，合 金抗拉强度随着变形量的增大而提高，，，，，，当变形量为60%时，，，，，，变形组织中泛起剪切带结构。。。。。。。韩兴言[15]对Ti-9Al合金举行冷锻发明，，，，，，当变形量为20%时，，，，，，基体 中的小角度晶界比例约为固溶处置惩罚后的3倍，，，，，，且随着 变形量增大，，，，，，合金仍能坚持一定塑性。。。。。。。张起等[16]对Ti-662合金坯料的热锻工艺举行了研究，，，，，，发明通过优化 铸造工艺可获得匀称的双态组织，，，，，，从而提高棒材的组织 匀称性和拉伸性能，，，，，，降低超声波检测杂波水平。。。。。。。由此可见，，，，，，差别的铸造工艺对钛及钛合金的组织匀称性、力学 性能等有着差别的影响[17-18]。。。。。。。但无论接纳何种铸造工 艺，，，，，，应综合思量质料的性能和零部件的制造本钱等。。。。。。。

自由锻是一种生产高性能锻件的主要方法，，，，，，可按 照零部件的形状尺寸或机械性能需求铸造金属。。。。。。。自由 锻工艺历程一样平常包括下料、加热、铸造、打磨或机加 工。。。。。。。按铸造方法，，，，，，自由锻分为机械铸造和手工铸造，，，，，， 其中机械铸造占主导，，，，，，又可分为水压机自由锻（用于 大型锻件）和锤锻自由锻（用于小型锻件）[19]。。。。。。。经由 多年生长，，，，，，我国钛及钛合金自由铸造手艺水平一直提 高，，，，，，已能较好知足工程机械、能源电力、航天航空等 行业的产品需求，，，，，，但部分锻件仍需依赖操作者履历，，，，，， 怎样实现高效稳固生产仍是行业生长中亟待解决的 问题。。。。。。。为此，，，，，，研究职员开发了盘算机辅助工艺设计 （computer aided process planning，，，，，，CAPP系统）[20]，，，，，， 该工艺是一种基于盘算机手艺实现产品工艺自动化 编程的智能系统。。。。。。。张闯[21]对自由锻CAPP系统举行了 优化升级，，，，，，其一样平常流程如图1所示。。。。。。。该系统关于差别 类型的锻件均能天生准确合理的铸造工艺卡片，，，，，，且生 成时间缩短了50%以上，，，，，，工艺准确率高，，，，，，生产效率得 到极大提高。。。。。。。张朝朝等[22]开发出一种航空航天环形锻 件CAPP系统，，，，，，该系统具有优异的工艺设计能力，，，，，，可 显著提高工艺设计效率和产品一致性。。。。。。。？？？？？杉，，，，，CAPP系统有助于提升工艺质量、解放人力、推动智能铸造 的生长。。。。。。。模锻和自由锻的工序大致相同，，，，，，但工况差别，，，，，， 多接纳等温模锻。。。。。。。等温模锻成形的钛合金锻件具有低 倍组织匀称、流线漫衍合理、质料消耗少等优点。。。。。。。采 用多曲面分模方法对重大模锻件举行模具设计[23]，，，，，，可 有用提升锻件性能及质料使用率。。。。。。。别的，，，，，，为了降低成 本，，，，，，还泛起了热模锻成形手艺[24]，，，，，，该手艺相比等温模 锻生产效率更高。。。。。。。

.2轧制

轧制工艺因本钱低、操作利便而备受青睐。。。。。。。金属 质料在轧制历程中会爆发强烈变形，，，，，，通过调解工艺参数即可改变质料的微观组织和力学性能[25]。。。。。。。凭证加工 温度的差别，，，，，，轧制可分为热轧和冷轧。。。。。。。热轧为高温轧 制，，，，，，可消除坯料中的缺陷，，，，，，且工件变形较大，，，，，，其中大 变形区组织会爆发动态回复和再结晶。。。。。。。冷轧通常无法 使质料组织爆发回复和再结晶，，，，，，但可提高质料的强度和 外貌质量，，，，，，一样平常作为板材、带材制备的后端工序。。。。。。。别的，，，，，， 凭证需要，，，，，，可在轧制历程中配合退火工艺来控制变形，，，，，， 或直接对弯曲变形举行矫正。。。。。。。李勃勃等[26]接纳电子束 冷床炉熔炼的一次扁锭，，，，，，通过热轧团结退火工艺，，，，，，在β相变点周围或高于β相变点的高温区热轧，，，，，，有用破碎了 铸坯粗大组织，，，，，，使得铸坯热轧塑性变形能力得以改善，，，，，， 实现了中强高韧钛合金板材的制备。。。。。。。韩盈等[27]围绕TA1钛带冷轧后外貌形貌的演变纪律开展探讨，，，，，，发明 减小冷轧后续道次压下率、改善润滑条件和降低事情辊 外貌粗糙度，，，，，，能够有用改善鳞片状形貌，，，，，，进而提升TA1钛带的外貌质量。。。。。。。

近年来，，，，，，我国轧制手艺生长迅速，，，，，，已成为板材、 棒材、管材等钛及钛合金加工材的主要成形手段。。。。。。。相 比铸造，，，，，，轧制效率高，，，，，，获得的产品精度也较高，，，，，，生产 本钱大幅降低，，，，，，因此常用于钛合金低本钱制备[28]。。。。。。。板 材按厚度分为厚板（＞4.76 mm）和薄板（≤4.76 mm），，，，，， 前者经热轧至制品尺寸，，，，，，后者可选择热轧后冷轧，，，，，，或 接纳效率更高的包套叠轧、热轧叠轧或卷带式生产方 式[29-30]。。。。。。。棒材则主要接纳大变形量加工手艺制备，，，，，，如 研究职员针对Ti-8LC和Ti-12LC合金，，，，，，接纳道次变形 量约为70%的步进轧制制备的棒材晶粒比通俗轧制和 旋锻的棒材更细小。。。。。。，，，，，强度也稍高[31]。。。。。。。陕西天成航空材 料股份有限公司接纳“以轧代锻”的全连轧工艺[28]，，，，，， 通过大变形量、控温、控速、自动化控制、高精度轧 制，，，，，，实现了高性能钛合金棒材的工业化生产。。。。。。。该手艺 有用阻止了古板铸造工艺打磨次数多、无形消耗大、 本钱高等问题。。。。。。。海内管材制备多接纳室温轧制，，，，，，道次 变形量小。。。。。。，，，，，轧制历程中通常需要举行真空退火以镌汰 剩余应力。。。。。。。随着管材加工手艺生长，，，，，，泛起了钛合金无 缝管材短流程化加工手艺[32]，，，，，，即在古板生产线基础上 增添用于加热钛管坯的加热炉，，，，，，实现控温轧制。。。。。。。综上 可知，，，，，，通过优化轧制工艺参数，，，，，，刷新加工装备，，，，，，可实 现钛及钛合金型材的高精度、高性能制备。。。。。。。

1.3挤压

挤压成形通过施加三向压应力，，，，，，可实现较大的塑 性变形，，，，，，提高产品的综合性能[33]，，，，，，具有应用规模广、 生产效率高、工艺流程简朴等优势，，，，，，是制备钛合金管材、棒材的常用要领。。。。。。。凭证金属流动偏向与凸模运动 偏向的关系，，，，，，挤压成形可分为正向挤压（直接挤压）、 反向挤压（间接挤压）、复合挤压和径向挤压[34]。。。。。。。由 于钛及钛合金回弹严重，，，，，，其挤压变形历程较其他合金 更为重大，，，，，，故挤压温度与工艺尤为主要。。。。。。。图2为钛及 钛合金热挤压成形工艺流程图[35]。。。。。。。

相比铸造、轧制等方法，，，，，，挤压更易实现低塑性金 属变形和异种金属毗连，，，，，，且无需本钱较高的整套孔型 设计制造，，，，，，加工效率高、生产无邪[36]。。。。。。。但由于钛合金 理化性能特殊，，，，，，挤压历程中会泛起温度升高、变形阻 力增大、粘模等问题。。。。。。。选择合适的润滑方法和润滑剂 可有用降低挤压力、延伸模具寿命、提高产品质量，，，，，， 已成为钛合金挤压生产的要害手艺之一[33]。。。。。。。铜包套及 玻璃润滑剂均可以起到缓解管坯挤压时粘结的作用，，，，，， 其中，，，，，，以SiO2、B2O3为主要因素的硅酸盐玻璃润滑剂 润滑防护效果好，，，，，，应用极为普遍。。。。。。。研究批注[37]，，，，，，钛合 金挤压时有用润滑黏度为103~105Pa·s，，，，，，但已有的玻璃 润滑剂很难包管差别温度下黏度均在此规模内。。。。。。。为 此，，，，，，金峰等[38]研发了以磷酸盐玻璃、SiO2和NaCl为 主要因素的新型玻璃润滑剂，，，，，，并通过实验获得了差别 组成比润滑剂的黏度-温度曲线。。。。。。。

别的，，，，，，挤压模具、挤压工艺等因素均会影响钛合 金型材的质量，，，，，，要害参数有挤压比（λ）、坯料加热温 度、挤压速率等[39]。。。。。。。其中，，，，，，挤压比与合金种类、挤压 要领、产品性能、挤压性能力等因素相关。。。。。。。玻璃润滑 剂能够在加热历程中有用；；；；；；；；づ髁希，，，，，并在挤压时施展润滑作用。。。。。。。别的，，，，，，挤压速率不但影响工件性能和外貌 质量，，，，，，还影响挤压力，，，，，，速度过快会导致金属流动不均，，，，，， 相宜的挤压速率一样平常在200 mm/s以下。。。。。。。常见钛及钛合 金棒材挤压参数如表1所示[40]。。。。。。。

表 1 常见钛及钛合金棒材挤压参数 [40]

早期，，，，，，我国钛及钛合金生产所使用的挤压机以31.5 MN、45 MN等为主，，，，，，吨位较小且多为外洋引进，，，，，， 无法知足大尺寸高品质钛合金管材、棒材的加工需求[35]。。。。。。。2009年，，，，，，宝钢特钢有限公司引进了6000T挤压机[40]。。。。。。。2016年，，，，，，清华大学和青海中钛青锻装备制造有限公司 团结开发了680 MN多功效挤压/模锻机，，，，，，集模锻与挤 压功效于一体，，，，，，可制备大口径厚壁无缝钢管，，，，，，也可制 备钛管材[41]。。。。。。。2022年，，，，，，中国重型机械研究院和宝鸡钛 业股份有限公司相助开发了63 MN正向双动钛合金 专用挤压机[42]，，，，，，可挤制最大外径325 mm，，，，，，最大截面 积5000 mm2的钛合金无缝管材。。。。。。。据报道，，，，，，该装备为目 前海内最大的钛及钛合金挤压机。。。。。。。海内主流挤压机产 品规格如表2所示[35]。。。。。。。钛及钛合金挤压机的生长履历 了由外洋引进到自主研发的历程，，，，，，标记着我国钛材挤 压手艺一直迈上新台阶，，，，，，也为钛及钛合金装备制造业 的生长涤讪了坚实基础。。。。。。。但我国在高品质、大规格钛 及钛合金挤压型材的自主生产方面，，，，，，仍有较大的提升 空间。。。。。。。

表 2 海内主流钛及钛合金挤压机产品规格 [35]

2、新型塑性加工手艺

钛及钛合金具有热变形抗力大、成形历程组织演 变重大等特点，，，，，，通例塑性加工工艺如铸造、轧制和挤 压等难以实现重大形状的成形。。。。。。。超塑性成形（super plastic forming, SPF）手艺可有用解决这一问题，，，，，，是一 种高效的零部件制造手艺[43]，，，，，，适用于在特定内在和外 在条件下具有超塑性的质料[44]，，，，，，好比钛合金。。。。。。。接纳SPF工艺制造零部件，，，，，，不但可以降低制造本钱，，，，，，还能显著提 高成形效率，，，，，，已成为钛合金加工的主要方法，，，，，，且被普遍 应用于航空航天领域。。。。。。。SPF主要方法有超塑性拉伸成 形、超塑性模锻成形、超塑性挤压成形以及超塑性气胀 成形等[45]，，，，，，具有大变形、无缩颈、小应力和易成形等 优点[46]。。。。。。。研究发明[47]，，，，，，晶粒尺寸、微观结构等是影响 钛合金超塑性的主要因素。。。。。。。细化晶粒？？？？？上宰鸥纳浦柿 的强度和韧性，，，，，，于是强烈塑性变形手艺（severe plastic deformation, SPD）应运而生，，，，，，即通过引入大应变而产 生更大的塑性变形，，，，，，从而制备出超细晶质料[48]。。。。。。。SPD可改善质料的强度和韧性，，，，，，实现综合性能的提高，，，，，，主 要要领有高压扭转、搅拌摩擦焊接、等通道转角挤压、 累积叠轧和多向铸造等[49]。。。。。。。别的，，，，，，为知足差别服役环 境对证料的苛刻要求，，，，，，研究职员将超塑性成形与铸造、 轧制、挤压、拉拔等古板塑性加工手艺相团结，，，，，，开发 出多种复合变形手艺，，，，，，并举行了大宗研究[35,48]。。。。。。。近年 来，，，，，，SPF的研究规模一直扩展，，，，，，但研究纵深不敷，，，，，，许 多事情仅停留在理论研究和试验阶段，，，，，，应进一步探索 钛及钛合金超塑性成形的内在机理和加工纪律，，，，，，刷新 加工要领和工艺装备，，，，，，提高构件质量和生产效率，，，，，，扩 大超塑性成形钛合金的应用规模。。。。。。。

扩散毗连（diffusion bonding，，，，，，DB）又称为扩散焊，，，，，， 是在一定温度和压力下使质料外貌接触，，，，，，经由长时间 原子扩散以抵达细密团结的一种固态焊接手艺[50]，，，，，，可实现无剩余应力的大面积毗连。。。。。。。当质料的超塑性温度 与其扩散毗连温度相近时，，，，，，可在一次加热加压中完成 超塑性成形和扩散毗连，，，，，，制成局部或整体增强的结构 件或更重大的整体结构件，，，，，，并由此生长为超塑性成形 和扩散毗连复合（SPF/DB）工艺[51]。。。。。。。SPF/DB手艺在 航空领域获得普遍的研究与应用[52]，，，，，，其优点有：① 一 次加热即可将多个零件成形为整体结构件，，，，，，降低本钱；；；；；；；； ② 质料变形量大且无开裂，，，，，，无剩余应力，，，，，，成形精度高；；；；；；；； ③ 结构件整体性能好，，，，，，抗疲劳和抗侵蚀性增强。。。。。。。为精 确剖析SPF/DB工艺历程，，，，，，研究职员[52-53]接纳有限元 数值模拟的要领对钛合金的SPF/DB历程举行数值模 拟。。。。。。。门向南等[54]对TC4钛合金举行了SPF/DB工艺试 验，，，，，，使用有限元模拟获得的压力曲线作为现实成形压 力的加载依据，，，，，，获得了SPF/DB工艺的最佳温度、压 力实时间等参数。。。。。。。张鹏等[55]研究证实，，，，，，SPF/DB工艺 制备的钛合金构件能够知足空空导弹航行速率、无邪 过载和减轻结构重量的高标准要求，，，，，，验证了SPF/DB手艺在先进空空导弹上应用的可行性。。。。。。。综上可知，，，，，，我 国虽然在SPF/DB方面的研发事情起步较晚，，，，，，但通过 对SPF/DB手艺的一直研究，，，，，，已取得了一定效果和较 大希望[52]。。。。。。。

目今航空航天、汽车和高新手艺工业对零件加工 的要求是轻量化、强韧化、细密化、高效化、绿色化。。。。。。。 大都细密塑性成形需专用模具，，，，，，能耗较大，，，，，，增量成形 手艺则能战胜古板细密成形模具专用性强、能耗高的 误差，，，，，，因而备受关注。。。。。。。权成等[56]基于ABAQUS/Explicit建设了管端增量成形的仿真模子，，，，，，通过数值模拟的方 法验证了长锥管增量成形扩口刷新工艺的可行性和成 形件的可靠性，，，，，，极大地缩短了生产周期，，，，，，并节约了成 本。。。。。。。侯晓莉等[57]通过研究实现了变角度增量翻边成形 手艺在T2紫铜管材方面的应用，，，，，，并使制件的破碎得 到有用展望和控制。。。。。。。这种无模（或柔模）无约束、局 部加载的增量成形手艺，，，，，，团结盘算机辅助设计和制造 （CAD/CAM）、数控与金属塑性成形手艺，，，，，，可控制金 属的流动，，，，，，加工重大形状零件，，，，，，节约本钱。。。。。。。但现在关于 钛合金增量成形的相关研究报道较少，，，，，，现有工艺保存 易发天生形缺陷、成形稳固性较差且装备重大腾贵等 弱点。。。。。。。岂非等[58]比照了三重轻质合金板材热增量成形 的可加工性，，，，，，发明Ti6Al4V合金在室温下壁面倾斜角 的可加工极限为20°，，，，，，热增量成形后最大可达45°，，，，，，但 拉伸斜角增添时外貌质量变差，，，，，，且板材两侧会泛起差 异。。。。。。。该研究为钛合金的增量成形工艺研究涤讪了基础。。。。。。。

3、结语

钛及钛合金塑性加工要领较多，，，，，，各有优弱点，，，，，，应 凭证详细要求选择适用的工艺，，，，，，通常的原则有：工艺 可靠，，，，，，操作简朴；；；；；；；；知足产品的性能需求；；；；；；；；工艺本钱低。。。。。。。 随着钛及钛合金应用领域的一直扩展，，，，，，高效、高品质、 低本钱的新手艺新工艺（超塑性成形、超塑性成形和 扩散毗连复合工艺、复合增量成形手艺等）也在一直 开发与研究。。。。。。。随着人们对钛及钛合金加工新手艺、新 工艺的深入研究，，，，，，产品质量与竞争力将一直提升。。。。。。。

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（注，，，，，，原文问题：我国钛及钛合金塑性加工手艺研究希望与应用现状）

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