Титан и его сплавы широко используются в аэрокосмической, военной и морской сферах благодаря их низкой плотности, высокой удельной прочности, биосовместимости и хорошей стабильности при средних и высоких температурах, а также хорошим механическим свойствам и превосходной коррозионной стойкости. Традиционная технология обработки ковкой из расплава имеет преимущества при изготовлении титановых профилей или изделий простой формы большого размера, но при изготовлении титановых изделий сложной структуры малых и средних размеров возникают такие проблемы, как низкий выход продукции, растрата ресурсов и высокие затраты на производство. Технология почти окончательного формования порошка может точно восполнить этот технический дефект, благодаря подготовке порошка, технология почти окончательного формования может быть серийным или индивидуальным производством изделий из титановых сплавов различных масштабов и структурных характеристик. Этот вид малых и средних продуктов в аэрокосмической, военной, медицинской и гражданской сферах потребления имеет больший потенциал применения и добавленную стоимость, это будущее продвижение титановой промышленности, низкоуглеродной, экологически чистой трансформации производства в важном направлении.
1, прессованное спекание
Соединенные Штаты в области прессования титанового порошка для спекания исследований изделий из титановых сплавов находятся на очень ранней стадии. Dynamet Technology занимается производством формованных изделий из титанового порошка, как показано на рисунке 1, некоторые из продуктов применялись в небольших масштабах. Первым продуктом из титана, полученным методом порошковой металлургии, произведенным компанией, была заготовка из сплава Ti-6Al-4V для купольной оболочки ракеты Rattlesnake компании Raytheon, а позже была произведена порошковая металлургия Ti-6Al{{ Изделия из сплава 4}}V-2Sn для применения в оболочке боевой части ракеты «Стингер». В результате своего значительного вклада в производство титановой продукции компания Dynamet Technology стала единственным поставщиком порошковой продукции из титановых сплавов для компании Boeing. Кроме того, американская ADMA Products с 1985 года производит титановые детали методом порошковой металлургии, а некоторые из ее продуктов используются в аэрокосмической области. Северо-Западный научно-исследовательский институт цветных металлов Китая в области исследований и разработок в области формирования титанового порошка имеет более чем 30-летний опыт, разработка пористых титановых изделий применяется в химической промышленности, пищевой и других областях, рисунок 1 ( б) показано в фильтрационной промышленности для применения порошковой прокатанной пористой титановой пластины.
2, горячее изостатическое прессование
Процесс горячего изостатического прессования (HIP) был изобретен Институтом Баттелла (Баттель) США в 1950-х годах. Эта технология представляет собой своего рода инертный газ в качестве среды для передачи давления при температуре 850-2000 градусов и {{2 }} МПа под синергическим эффектом давления газа, продукты высокотемпературной технологии прессования и спекания, представляют собой нынешнюю почти чистую форму структурных частей порошка титана и титанового сплава в целом. Уплотнение наиболее важных средств продукции с равномерным организация, отсутствие переплетения, отсутствие сегрегации и других характеристик.
Зарубежные разработки технологии горячего изостатического прессования порошков титановых сплавов начались в 1850-х годах, Российский институт легких металлов еще в 1970-е годы впервые в мире разработал сложную форму цельного порошка титанового сплава для турбины водородного насоса, а в РД{ {2}} Водородно-кислородный двигатель по применению в США в 1990-х годах, первый в области аэрокосмической промышленности для достижения коммерциализации применения и постепенного расширения в авиации и области вооружения, например, шатун двигателя PW F110, Томагавк Ротор компрессора двигателя крылатой ракеты F107, капот ракеты Sidewind, рабочее колесо двигателя крылатой ракеты F107, а также боевой корпус зенитной ракеты Stinger.
3, литье под давлением порошка
Технология литья под давлением металлического порошка (Metal Injection Molding, MIM) позволяет непосредственно получить окончательную форму деталей или близкую к ней, избегая механической обработки или сокращая ее, что значительно снижает стоимость подготовки. Поэтому технология порошкового литья под давлением является одним из наиболее эффективных технических средств массового производства деталей из титана и титановых сплавов. Продукты 3C (включая сотовые телефоны, носимые устройства, оправы для очков, детали сигналов 5G) в электронной связи являются наиболее важной областью применения технологии литья под давлением порошков, на которую приходится 84,2%. На данном этапе основные материалы на основе железа, а также легкая конструкция материала и стремление к высокому качеству являются основным направлением будущего развития продуктов 3C. Титановый сплав имеет низкую плотность (плотность только половины материалов на основе железа), высокую прочность, устойчивость к коррозии и другие характеристики, что соответствует будущему легких материалов и высококачественному дизайну. Согласно статистике, объем рынка китайской индустрии литья под давлением титана достиг 680 миллионов юаней в 2020 году, а в 2026 году ожидается, что размер рынка достигнет 2 миллиардов юаней с ежегодными темпами роста до 20,13% в соответствии со спросом. побочные затраты и прогнозы роста доходов со стороны предложения.
4. Аддитивное производство
Аддитивное производство (Additive Manufacturing, AM) — это точечная, линейная, поверхностная технология послойного накопительного формования, на нее не влияет сложность деталей, позволяет автоматически, быстро и точно выполнять проектирование и изготовление сложных деталей. По сравнению с традиционными производственными технологиями аддитивное производство имеет уникальные преимущества с точки зрения свободы проектирования, сложного формования деталей и использования материалов, что делает его весьма перспективной технологией производства титановых сплавов. По данным SmarTech Analytics, мировой рынок 3D-печати металлами в 2019 году достиг 3,3 миллиарда долларов, включая оборудование, материалы и услуги для 3D-печати, и, как ожидается, в 2024 году достигнет 11 миллиардов долларов, при этом титановые сплавы являются наиболее важным металлом для печати. Аэрокосмическая и военная оборона являются крупнейшим пользователем аддитивного производства из титана, который успешно используется для прямой формовки небольших прецизионных компонентов для космических двигателей, а также крупных и сложных компонентов для авиации, таких как системы космического запуска, крылья самолетов, цельные поверхности управления. люки, лопасти двигателей и другие ключевые компоненты летательного оборудования.
В качестве основного сырья для вышеуказанной порошковой металлургии вблизи процесса окончательного формования стоимость и качество продукции порошковой металлургии являются наиболее важными факторами, влияющими на цену и производительность продукции порошковой металлургии. Ltd. для традиционного процесса приготовления порошка титанового сплава является сложным, дорогим, с низким выходом узкого места в технологии тонкого порошка, после трех лет исследований и разработок нового способа создания процесса приготовления микротонкого порошка титана, самостоятельно завершить проектирование и разработку. оборудования на уровне производства порошка, чтобы получить размер частиц нового типа высококачественного титанового порошка, можно контролировать с помощью подготовки партии. Выход мелкодисперсного порошка увеличен с 35% до 80%, а стоимость снижена более чем на 40%, что может быть применено в высокотехнологичных областях производства, таких как литье порошков под давлением, аддитивное производство и горячее изостатическое прессование. порошка. Основные виды продукции включают чистый титан, TC4, TA15 и другие сорта высококачественных порошков на основе титана с контролируемым размером частиц, а также порошки гидрированных сплавов на основе титана, гидрированные дегидрированные порошки и заказные композиционные порошки на основе титана с металлической матрицей. .
