飛機工業(yè)在減少成本方面面臨著持續(xù)不斷的壓力，行業(yè)嘗試通過減少元件和材料費用以節(jié)約生產(chǎn)成本，以及通過減輕機身重量和降低維修頻率以節(jié)約經(jīng)營成本。重量和成本 這兩個因素，在設(shè)計過程中既相互關(guān)聯(lián)， 又相互矛盾。

為了解決高溫、重量、腐蝕等問題，鈦被選為航空歷史上長期使用的金屬。鈦相對于鋁或鋼合金所具有的天然兼容性，使得鈦合金在航空技術(shù)上的應(yīng)用需求增加，但同樣也增加了成本，這導(dǎo)致機身產(chǎn)業(yè)方面對鈦合金性能和利用率需求方面的變革。

凱澤金屬結(jié)合航空用鈦絲棒管材料的特點，將航空鈦合金生產(chǎn)工藝最新技術(shù)及應(yīng)用，整理如下。

1、鈦合金部件的電子束自由成型加工新技術(shù)

美國宇航局一直在推動和加快在沒有大規(guī)模切削造成巨大浪費的前提下，加工制造工業(yè)金屬部件的國家生產(chǎn)加工能力，目前已經(jīng)開發(fā)出電子束自由成型加工新技術(shù)(Electron Beam FreeformFabrication Process)。

電子束自由成型技術(shù)是一種金屬添料加工技術(shù)，把添料加入簡化的預(yù)成型模里，采用電子束，焊條料進給機構(gòu)和計算機控制系統(tǒng)來加工制造接近凈成型部件。

電子束自由成型加工技術(shù)可以在原材料、能源和切削液等資源方面有明顯節(jié)省，在從設(shè)計到投產(chǎn)的時間上有明顯節(jié)省。美國宇航局的目標是開發(fā)包括工藝操作、重新性工藝操作控制在內(nèi)的新技術(shù)。這一技術(shù)加工的材料用于航空工業(yè)硬件的確認，開發(fā)航空工業(yè)結(jié)構(gòu)的一體化多功能性。

電子束自由成型加工技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用包括生產(chǎn)替代的時效部件和先進飛機的新部件，預(yù)計在未來4～5年里使電子束自由成型加工技術(shù)在商業(yè)上得到應(yīng)用。

2、新型鈦合金Timetal 54M的加工技術(shù)和性能

美國Timet公司研究開發(fā)出一種新型α+β鈦合金，稱為Timetal 54M (Ti-5A1-4V-0.6Mo-0.4Fe)，它改進了Ti-6A1-4V整個生產(chǎn)成本，但仍具有Ti-6A1-4V的相關(guān)性能。據(jù)介紹，Timet公司已經(jīng)通過電子束Zingle熔煉技術(shù)(electron—beam Zingle—melting)，生產(chǎn)了相當數(shù)量的Timetal 54M 合金。目前正在評估此種鈦合金在航天工業(yè)和其它領(lǐng)域的應(yīng)用。

事先的研究已經(jīng)表明，Timetal  54M 合金改進了采用硬質(zhì)合金鉆的鉆孔加工性能， 延長了切削工具的使用壽命，或者適合于較快的切削速度。在最近一次試驗里， 加工過一 種 β擠壓Timetal  54M 型材用于生產(chǎn)Ti-6Al-4V 飛機機體部件。和傳統(tǒng)Ti-6Al-4V 合 金 相 比，Timetal   54M 合 金更易于加工。

先進的鈦焊接工藝技術(shù)開發(fā)

為生產(chǎn)接近凈成型結(jié)構(gòu)件，目前已經(jīng)研究開發(fā)出Ti-6Al-4V鈦合金的激光焊接工藝技術(shù)，并且確定了該技術(shù)的工藝參數(shù)來生產(chǎn)不同厚度的材料，和連接高質(zhì)量的焊接件。為加工制造鈦合金結(jié)構(gòu)件，對采用這一加工技術(shù)的焊接件的廣泛冶金檢查和初步機械性能評估已經(jīng)完畢，發(fā)現(xiàn)激光自動焊接連接點的機械性能非常接近母材金屬的機械性能，這意能。也就是說，機械試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計變量非常低，這對于一個焊接結(jié)構(gòu)性能要求苛刻的部件的有效設(shè)計是非常重要的。除了激光焊接以外，還開發(fā)出各種厚度和結(jié)構(gòu)的Ti-6Al-4V鈦合金的摩擦攪拌焊工藝技術(shù)。摩擦攪拌焊工藝技術(shù)是一種固態(tài)的焊接工藝技術(shù)，能夠保持母材金屬低倍組織的整體性，所以這一技術(shù)對抗疲勞性能要求苛刻、對損害公差要求精度高的原始航空結(jié)構(gòu)件非常具有吸引力。初步機械試驗數(shù)據(jù)已經(jīng)顯示，摩擦攪拌焊的鈦合金對接接頭的抗疲勞性能可以和母材金屬的抗疲勞性能相比。

在開發(fā)鈦合金厚板摩擦攪拌焊的初步困難是，為生產(chǎn)無缺陷接頭對工具設(shè)計和工藝材數(shù)加以確認，最終結(jié)合這些先進焊接技術(shù)中的一種工藝技術(shù)，焊接熱成型接近凈成型部件，來生產(chǎn)航空質(zhì)量、尺寸、公差合乎要求的結(jié)構(gòu)件，并且使鈦合金材料利用率得到極大改善。

3、鈦合金熱拉伸成型工藝技術(shù)開發(fā)

美國Cyril Bath公司即將開發(fā)出熱拉伸成型工藝技術(shù)(HotStretch Forming Process)，并用于加工采用碳纖維機身表皮的新型飛機的鈦合金機身結(jié)構(gòu)件。許多機身結(jié)構(gòu)件要符合機身弧度的內(nèi)徑要求。通過把傳統(tǒng)拉伸成型技術(shù)和熱金屬成型技術(shù)結(jié)合在一起，Cyril Bath公司開發(fā)出熱拉伸成型技術(shù)，這一新技術(shù)可以使工程師設(shè)計在最后加工之前具有一個特定和精確半徑弧度的各種鈦合金結(jié)構(gòu)型材。

熱拉伸成型工藝技術(shù)成本有效、重現(xiàn)性好，可以立即滿足大批量生產(chǎn)來加快飛機制造的速度。該技術(shù)節(jié)省材料和加工時間，對節(jié)約飛機制造成本影響巨大。另外，這一新技術(shù)加工質(zhì)量穩(wěn)定，可以保證交貨時間和安裝制造進度，還具有控制殘留應(yīng)力并使其最少的優(yōu)勢。

4、鈦合金等離子轉(zhuǎn)移電弧快速添料加工新技術(shù)

等離子轉(zhuǎn)移電弧快速添料加工新技術(shù)作為添料加工的高能源焊炬，和傳統(tǒng)的高能電束相比具有多種優(yōu)勢。這些優(yōu)勢將被討論，并有實例來證明。

目前正在試驗用于Spirit AeroSystems的Ti一6A1-4V坯料，來評價等離子轉(zhuǎn)移電弧快速添料加工技術(shù)加工飛機部件的性能。除了金屬結(jié)構(gòu)的低成本加工之外，這一技術(shù)用來形成非常堅硬的表面層，其在功能上可以和陶瓷合金相比，這些硬表面層具有優(yōu)異的抗磨和抗腐蝕性能。各種級別的復(fù)合材料也用來加工結(jié)構(gòu)部件，在結(jié)構(gòu)和涂層應(yīng)用方面，復(fù)合材    料分級會使涂層附著力特別強，已經(jīng)采用海綿鈦和預(yù)合金化Al-V粉末加工成冷軋的“準”線材。采用高強度鈦泡沫來生產(chǎn)近凈成型部件，都是采用等離子轉(zhuǎn)移電弧快速添料加工新技術(shù)的產(chǎn)品。

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