鈦及鈦合金是由海綿鈦或海綿鈦加合金元素熔煉鑄成鈦錠，再經(jīng)鍛造、軋制擠壓等塑性加工方法將鑄錠加工成材（板帶材、管材、棒材、絲材、型材和鍛件等）通過加工不僅將金屬鈦制備成所需形狀，而且改善了組織，提高了性能。

目前，世界上鈦合金的主要生產(chǎn)企業(yè)有俄羅斯的VSMPO公司、美國的Timet公司和RTI公司以及國內(nèi)的寶鈦集團(tuán)。中國鈦工業(yè)起步于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過50余年的發(fā)展，形成了較為完整且具有本國特色的鈦工業(yè)體系。多年來通過持續(xù)的生產(chǎn)線改造和工藝技術(shù)水平的不斷改進(jìn)完善，使中國的鈦加工技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平差距越來越小。特別是近十年來，通過進(jìn)一步加強(qiáng)鈦加工裝備的技術(shù)改造、加工工藝技術(shù)創(chuàng)新、新產(chǎn)品研究開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化示范工程實施等手段，中國的鈦加工技術(shù)水平獲得了長足進(jìn)步，部分產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

一、鈦及鈦合金加工的主要特點

（一）鈦及鈦合金的化學(xué)活性高

鈦及鈦合金在高溫下易與氧、氮和其他含氧氣體發(fā)生劇烈反應(yīng)。當(dāng)在空氣中加熱時，坯料表面形成氧化皮，當(dāng)溫度高于900℃時，氧化皮開始起鱗。除此之外，氧和氮向金屬深處擴(kuò)散，形成表面吸氣層，使其硬度升高、塑性降低。在溫度高達(dá)1200℃、長時保溫（5h以上）時，即大型鑄錠特有加熱條件下，表面吸氣層厚度可達(dá)幾毫米。中間坯料上若存在較厚吸氣層，在交形時會導(dǎo)致表面開裂，破壞表面質(zhì)量。表面存在吸氣層的成品板材、型材、管材、絲材等成品加工材在斷裂試驗和工藝性能試驗時，通常表現(xiàn)出塑性較低。

為消除吸氣層對后續(xù)壓力加工和最終使用性能的影響，應(yīng)對中間坯料、成品進(jìn)行物理或化學(xué)方法的表面處理。

使用防護(hù)涂層作保護(hù)在加熱、變形及冷卻時可較為有效地防止金屬吸氣。在保護(hù)氣氛中對坯料進(jìn)行加熱也是防止吸氣較為有效的方法。另外，感應(yīng)加熱法和接觸加熱法是較合理的加熱方法，可大大縮短金屬在劇烈氧化溫度段的停留時間。

鈦及鈦合金加熱和堿酸洗時易吸氫的特性給某些類型鈦合金材的加工造成困難，氫含量易超出指標(biāo)規(guī)定。為降低成品、半成品被氫污染的可能性，最好采用中性氣氛爐、感應(yīng)加熱爐、接觸加熱爐和電阻爐。只有加熱橫斷面相當(dāng)大的坯料時，才使用火焰加熱，同時要保持爐內(nèi)為微氧化氣氛。

堿酸洗是鈦合金增氫、特別是兩相鈦合金增氫的重要因素之一。必須恰當(dāng)選擇堿酸洗制度，以便盡量減少金屬吸氫。堿酸洗后氫在物料中的分布特點是表層的氫含量較高。當(dāng)成品或半成品的氫含量有嚴(yán)格要求（≤0.003%）時，可采用真空退火方法除氫。

（二）鈦及鈦合金的導(dǎo)熱性差

鈦及鈦合金的熱導(dǎo)率通常只有鋁及鋁合金熱導(dǎo)率的1/15，鋼的1/5。較低的熱導(dǎo)率導(dǎo)致鈦在加熱時會沿鑄錠和坯料斷面產(chǎn)生較大溫差，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，嚴(yán)重時會形成裂紋。這就必須限制其加熱速度，特別是鑄錠和大尺寸坯料的加熱速度。

鈦及鈦合金坯料熱加工過程中，隨著坯料的冷卻，也可能產(chǎn)生較大溫差。坯料尖銳棱角、薄細(xì)斷面處很快變涼，從而給保證均勻變形和后續(xù)進(jìn)一步變形造成困難，導(dǎo)致金屬開裂。

鈦合金的這一特點從根本上限制了中間坯料和成品斷面的可加工形狀、坯料的變形方法、變形喂料速度以及變形設(shè)備的選擇范圍。

鈦合金的導(dǎo)熱性差還影響到熱變形過程本身。變形熱效應(yīng)易使最強(qiáng)烈的變形區(qū)金屬過熱，使組織和性能劣化。當(dāng)坯料鍛造（鐓粗）、棒材型軋、型材擠壓的工藝制度不當(dāng)時，特別易產(chǎn)生這種現(xiàn)象。只有合理選擇金屬變形加熱溫度、變形率、變形速度等，才可避免不良組織區(qū)。

（三）具有α相、β相間的多晶轉(zhuǎn)變

除具有穩(wěn)定β相的合金外，純鈦及大多數(shù)鈦合金在加熱到一定溫度時會過渡到單相β相狀態(tài)。大多數(shù)工業(yè)鈦合金的完全α+β→β相變溫度處于850~1020℃，與合金化成分和雜質(zhì)含量相關(guān)。

加熱到β區(qū)溫度，可顯著提高塑性并降低變形抗力。然而β區(qū)變形不利于獲得良好使用性能的組織。在α+β相區(qū)變形時才可能獲得較佳的組織，但金屬的塑性，特別是鑄態(tài)的塑性在兩相區(qū)溫度范圍內(nèi)卻低得多，變形抗力也急劇增加。在實際生產(chǎn)中，如果分兩個階段進(jìn)行變形，即鑄錠先在β相區(qū)變形、然后再在a+B相區(qū)變形，就可解決這一問題。這兩個階段的變形率應(yīng)根據(jù)加工所需的金屬總變形率來選擇。β區(qū)最小變形率取決于是否需要保證細(xì)晶的宏觀組織，而a+β的最小變形率決定了能否獲得較佳的顯微組織。根據(jù)加工產(chǎn)品類型的不同，可采用不同的變形溫度和變形率來實現(xiàn)。

（四）鈦合金的冷變形能力有限

盡管鈦與其他六方晶體金屬（如鎂、鋅、鎘）相比具有較大的冷變形能力，但多數(shù)鈦合金的冷加工變形都比較困難。

中合金化和高合金化兩相鈦合金很難進(jìn)行冷狀態(tài)加工變形，主要由于其變形抗力高、變形時加工硬化、具有開裂和斷裂傾向的緣故。

變形時稍加預(yù)熱（至200~300℃）能顯著降低變形抗力，提高塑性。溫度進(jìn)一步提高到550~700℃，不會導(dǎo)致劇烈氧化和金屬組織惡化，而能從根本上改善加工塑性。

（五）鈦及鈦合金壓力加工時，具有易黏結(jié)變形工模具的傾向

鈦及鈦合金在壓力加工時的這種傾向易使加工材表面質(zhì)量惡化，因此對變形工模具和壓力加工時的工藝潤滑提出了更苛刻的要求，

（六）鈦及鈦合金的屈強(qiáng)比高、彈性模量低

鈦及鈦合金這一特性使其加工材在冷狀態(tài)下矯直時，彈性回彈大，那些強(qiáng)度高的鈦合金材冷態(tài)下矯直顯得十分困難。

基于鈦及鈦合金上述加工特性，在制定生產(chǎn)工藝時應(yīng)予以充分考慮，以利于鈦及鈦合金加工材的生產(chǎn)。