鈦合金具有低密度、高比強(qiáng)度、耐高溫、耐蝕、可焊等許多優(yōu)點(diǎn)，是航空、航天飛行器輕量化和提高綜合性能的最佳用材，鈦產(chǎn)品應(yīng)用更趨多元化，在石油、化工、艦船、生物醫(yī)學(xué)、體育休閑、汽車工業(yè)等諸多領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。
目前，一些先進(jìn)的航空大型渦輪發(fā)動機(jī)的重要部件，如RB199的中介機(jī)匣、CF6-80C的風(fēng)扇機(jī)匣都采用大型復(fù)雜薄壁鈦合金整體結(jié)構(gòu)精鑄件。在軍用飛機(jī)機(jī)身上，世界先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)如美國B-2轟炸機(jī)、法國幻影2000及俄羅斯Cy-27CK戰(zhàn)斗機(jī)的鈦用量都到達(dá)了20%以上，我國戰(zhàn)斗機(jī)的鈦用量也在不斷增大，如20世紀(jì)80年代開始服役的殲8系列的鈦用量為2%，新一代戰(zhàn)斗機(jī)的鈦用量為10%~30%。
鈦合金精密鑄造——鈦合金零件近凈成型的先進(jìn)方法
鑄造是金屬零件熱成型的一項(xiàng)重要工藝技術(shù)。鈦合金精密鑄造是鈦合金零件近凈成型的先進(jìn)方法，該方法保證了零件的結(jié)構(gòu)完整性，簡化了機(jī)加工量，減少或省去了零件組焊，提高了裝配效率，穩(wěn)定了質(zhì)量，同時降低了用鈦成本。由于鈦在高溫下具有極高的化學(xué)活性，液態(tài)金屬成形過程中質(zhì)量控制難度極大，鈦合金精密鑄件是集金屬材料學(xué)、化工陶瓷學(xué)、真空冶金學(xué)、高精度加工檢測技術(shù)、高分辨率無損檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造技術(shù)及數(shù)值模擬仿真技術(shù)等實(shí)現(xiàn)的高技術(shù)產(chǎn)品。目前世界上只有少數(shù)幾個國家掌握了該項(xiàng)技術(shù)。異型薄壁鈦合金精密鑄造技術(shù)代表了鈦合金精密鑄造技術(shù)的高難度、高水平。20世紀(jì)80年代中期，美國PCC、Howmet等公司開始研究大型薄壁整體鈦合金結(jié)構(gòu)件的精鑄技術(shù)，并相繼建立和擴(kuò)大了大型薄壁整體鈦合金結(jié)構(gòu)件精鑄的生產(chǎn)條件和規(guī)模，成功研制了F-100、CFM-56、CF6-80、F-119等發(fā)動機(jī)的大型薄壁整體鈦合金中介機(jī)匣、風(fēng)扇機(jī)匣、高壓壓氣機(jī)機(jī)匣等大型薄壁整體精鑄鈦合金件。
國內(nèi)鈦合金鑄件在航空領(lǐng)域上的應(yīng)用是從二十世紀(jì)八十年代中期開始的，經(jīng)過多年的發(fā)展和技術(shù)改造，國內(nèi)主要是北京航空材料研究院百慕高科、安吉精鑄、中船重工第七二五研究所、沈陽鑄造所等鈦合金鑄造水平較高，目前已有較完整的科研生產(chǎn)線。“九五”至“十一五”期間，突破了航空發(fā)動機(jī)及航天飛行器用大型復(fù)雜鈦合金構(gòu)件整體精鑄的關(guān)鍵技術(shù)，為型號研制提供了技術(shù)保障，隨著國內(nèi)航空航天鈦合金精密鑄件的應(yīng)用，促進(jìn)了國內(nèi)鈦合金精密鑄造技術(shù)水平的提高，鈦合金精密鑄件正在接近或達(dá)到國外質(zhì)量水平。
航材院百慕高科鑄造鈦合金技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展
北京百慕航材高科技股份有限公司是北京航空材料研究院鈦合金鑄造材料與工藝研究及工程化應(yīng)用專業(yè)化制造平臺，積累了近60年鈦合金精密鑄造技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，擁有大型復(fù)雜薄壁鈦合金精密鑄造的成套技術(shù)和一系列獨(dú)特的創(chuàng)新型技術(shù)：型殼制造技術(shù)化學(xué)穩(wěn)定性高、耐火度高、強(qiáng)度高、精度高，技術(shù)水平一直處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。先后完成了數(shù)十項(xiàng)重大科研課題任務(wù)，擁有專利技術(shù)10余項(xiàng)。是國內(nèi)航空、航天型號任務(wù)鈦合金鑄件研制的主力。公司鈦合金精密鑄件的生產(chǎn)能力已達(dá)到最大直徑1300mm，最大重量400Kg，鑄件最小壁厚2mm，尺寸精度控制在CT5-CT7，表面粗糙度達(dá)到3.2—6.5mm，小型鑄件最薄壁厚0.7mm。
經(jīng)歷了長期不懈的研究,航材院百慕高科形成了“鈦精鑄用氧化物面層耐火材料及其制備工藝”“鈦合金氧化物陶瓷型精鑄工藝面層涂料技術(shù)”“鈦合金薄壁件精鑄技術(shù)”“特種砂型鑄造技術(shù)”等6項(xiàng)主要自有技術(shù)。近年來完成了“大型薄壁鈦合金精密鑄件鑄造成型技術(shù)”“異型鈦合金精密鑄件尺寸精度控制及其檢測技術(shù)”“異型結(jié)構(gòu)鈦合金精密鑄件無損檢測技術(shù)”“鈦合金精密鑄件工程化生產(chǎn)的冶金質(zhì)量、理化性能穩(wěn)定性控制技術(shù)”等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的研究。
鈦合金鑄件鑄造成形計(jì)算機(jī)模擬仿真
未來的鈦合金精密成形技術(shù)將向數(shù)字化、信息化、自動化及綠色環(huán)保的方向發(fā)展。大力開展鈦合金鑄造數(shù)值化模擬仿真技術(shù)的研究開發(fā)，實(shí)現(xiàn)鈦合金鑄件研發(fā)制造全過程的數(shù)字化模擬仿真。并建設(shè)鈦合金鑄造專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鈦合金鑄件研制的數(shù)字化、信息化、自動化、工程化。通過計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬仿真替代多輪的迭代試制，縮短研發(fā)周期，減少材料消耗，降低研發(fā)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。
在鑄造鈦合金合金研制方面，所擁有的鈦合金材料體系覆蓋低強(qiáng)度、中強(qiáng)度、高強(qiáng)度，工作溫度分低溫(室溫以下)、中溫(400℃左右)、高溫(500℃以上)。從ZTC4國產(chǎn)化開始，開發(fā)出了ZTA7、ZTA15等鑄造鈦合金。近年來重點(diǎn)開展TiAl、Ti3Al等高溫鑄造鈦合金材料研究，同時進(jìn)行了中溫、高強(qiáng)鈦合金的工程化研究與應(yīng)用開發(fā)。有些即將進(jìn)入工程應(yīng)用。鈦鋁合金鑄件已研制出直徑500mm鑄件，開始進(jìn)入工程化研究階段。
百慕高科鑄鈦產(chǎn)業(yè)化發(fā)展
航材院百慕高科具有技術(shù)、規(guī)模、市場、人才、管理平臺、依托單位等綜合優(yōu)勢，擁有豐富的規(guī)模生產(chǎn)管理和國內(nèi)外市場開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。是國內(nèi)技術(shù)水平最高、最先進(jìn)、生產(chǎn)規(guī)模最大的鈦合金鑄件專業(yè)化研發(fā)與生產(chǎn)基地，是北京市企業(yè)技術(shù)中心。與航材院共建鑄造鈦合金技術(shù)中心，該中心同時也是北京市鈦合金精密成型工程技術(shù)研究中心。與法國ESI公司成立先進(jìn)數(shù)字精密成型技術(shù)國際聯(lián)合研究中心，與華中理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)聯(lián)合成立了航空輕質(zhì)合金精密鑄造聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、鑄型型芯技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。多年來堅(jiān)持服務(wù)國防的發(fā)展戰(zhàn)略，為國內(nèi)航空航天軍工產(chǎn)品配套研制生產(chǎn)了大量多品種鈦合金精密鑄件，在國內(nèi)軍工配套鈦合金鑄件市場占據(jù)主導(dǎo)地位。同時依托軍工技術(shù)，積極開發(fā)各種民用飛機(jī)、發(fā)動機(jī)構(gòu)件、食品化工、汽車、醫(yī)療、體育等民用市場。
航材院百慕高科已成為歐美外唯一民用航空鈦合金鑄件供應(yīng)商。從和法國SNECMA合作開始進(jìn)入國外宇航領(lǐng)域，現(xiàn)在已經(jīng)成為CFM56-7發(fā)動機(jī)支板的主要供應(yīng)商，占有60%市場份額，2014獲得優(yōu)秀供應(yīng)商稱號。并且進(jìn)入新一代LEAP發(fā)動機(jī)開發(fā)項(xiàng)目，成為LEAP-1A、1B、1C 40余個鈦合金鑄件的供應(yīng)商，其中LEAP-1C機(jī)匣及套件是唯一供貨商，未來十年C919飛機(jī)發(fā)動機(jī)機(jī)匣和套件將全部采用航材院百慕高科產(chǎn)品。GE、空客多個鈦合金鑄件已進(jìn)入批產(chǎn)，同時在開發(fā)新機(jī)型鈦合金鑄件。
