航天用鈦合金及其精密成形技術(shù)研究進(jìn)展

陸子川 張緒虎 微 石 紀(jì) 瑋 溫 濤

（航天材料及工藝研究所，北京 100076）

文 摘 對(duì)航天領(lǐng)域用鈦合金材料及其精密成形技術(shù)（精密鑄造、精密鍛造、超塑成形、旋壓成形、粉末冶金成形）的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了較系統(tǒng)的概述。最后基于我國(guó)航天工業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，對(duì)鈦合金材料及其精密成形技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望與總結(jié)。

0 引言

航天飛行器往往在大應(yīng)力、超高/低溫、強(qiáng)腐蝕等極端條件下工作，對(duì)材料及構(gòu)件提出了較為苛刻的服役需求，而輕質(zhì)并適應(yīng)這些服役環(huán)境需求是航天產(chǎn)品選擇材料及其成形技術(shù)的主要標(biāo)準(zhǔn)［1-3］。鈦合金具有比強(qiáng)度比模量高、抗腐蝕性能好、高/低溫性能優(yōu)異等特點(diǎn)，集航天材料所需特質(zhì)于一體，成為了航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的關(guān)鍵材料之一［1-6］。從工藝技術(shù)角度出發(fā)，航天領(lǐng)域主流的鈦合金精密成形技術(shù)可分為精密鑄造、精密鍛造、旋壓成形、超塑成形和粉末冶金成形［3，6］。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鈦合金及其精密成形技術(shù)在航空領(lǐng)域的研究進(jìn)展已有大量總結(jié)性報(bào)道［5-9］，但是航天領(lǐng)域的相關(guān)概述較少。為此，本文從航天領(lǐng)域鈦合金相關(guān)構(gòu)件的研制角度出發(fā)，對(duì)國(guó)內(nèi)外航天用鈦合金及其精密成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分類(lèi)與總結(jié)，最后結(jié)合我國(guó)航天工業(yè)的實(shí)際需求，對(duì)其未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 航天鈦合金精密成形技術(shù)研究進(jìn)展

1.1 鈦合金精密鑄造技術(shù)

鈦合金精密鑄造技術(shù)具有成形精度高、生產(chǎn)周期短、尺寸靈活性好等特點(diǎn)，可以很好地適應(yīng)高精度、復(fù)雜鈦合金薄壁構(gòu)件的研制［10-13］。其中，石墨型鑄造和熔模精密鑄造在航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，主要用于葉輪類(lèi)、艙體類(lèi)、機(jī)匣類(lèi)產(chǎn)品的研制［12-14］。

目前，國(guó)外在中溫中強(qiáng)鈦合金精密鑄造技術(shù)方面已十分成熟，主要合金牌號(hào)為T(mén)i-6-4 和BT20。在高溫高強(qiáng)鈦合金精密鑄造方面主要涉及β-21S、BT35、Ti1100、IMI834 等牌號(hào)，但是其鑄造工藝目前仍存在鑄件性能低、焊接困難、鑄件開(kāi)裂傾向高等缺點(diǎn)。我國(guó)在鑄造鈦合金材料研發(fā)方面多為仿制國(guó)外鑄造鈦合金牌號(hào)，其發(fā)展也基本呈現(xiàn)出中溫中強(qiáng)到高溫高強(qiáng)的趨勢(shì)，航天領(lǐng)域主流鑄造鈦合金牌號(hào)為ZTC4 和ZTA15，主要用作彈翼類(lèi)、舵面類(lèi)、艙段類(lèi)產(chǎn)品的研制。此外，我國(guó)也相繼開(kāi)發(fā)了諸如ZTi55、ZTi600、ZTi65、ZTA35 等新型鑄造高溫鈦合金，室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)1.1 GPa，高溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)625 MPa，使用溫度為550～700 ℃［15］。但是這幾類(lèi)新研發(fā)的鑄造高溫鈦合金存在合金成分復(fù)雜、鑄件開(kāi)裂傾向高、焊接困難等問(wèn)題，相應(yīng)的鑄造工藝還不夠成熟，目前僅為工程研制階段［15-16］。

航天領(lǐng)域大型、復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)以及鈦合金鑄件高性能化的發(fā)展需求，快速推動(dòng)了磁懸浮熔煉、3D打印、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬、熱等靜壓致密化等新技術(shù)新工藝在精密鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展［17-20］。目前，3D 打印技術(shù)已可實(shí)現(xiàn)1 800 mm×1 000 mm×700 mm 整體鑄造型殼或型芯的制作，其精度可控制在0.3 mm 以?xún)?nèi)，代表性廠商主要有德國(guó)ExOne、Voxeljet 公司、美國(guó)SolidScape、3DSystem 公司［21］。此外，數(shù)值模擬技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于鑄造的充型、凝固、縮松及縮孔預(yù)測(cè)、應(yīng)力分布預(yù)測(cè)等過(guò)程，可有效指導(dǎo)鑄造工藝、提高鑄件精度和質(zhì)量，目前主流的數(shù)值模擬軟件廠商有美國(guó)Procast、日本Soldia、德國(guó)Magma Soft、中國(guó)華鑄CAE 等。在性能改進(jìn)方面，熱等靜壓致密化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于鑄件后處理過(guò)程中，可使缺陷發(fā)生冶金閉合、消除縮松及縮孔、改善成分偏析，有效提升鑄件的顯微組織及力學(xué)性能，但仍需要關(guān)注并解決鑄件在熱等靜壓過(guò)程中組織粗化、相變導(dǎo)致的性能下降以及變形控制的問(wèn)題［12-13］。目前，隨著多種工藝技術(shù)的進(jìn)步，鈦合金精密鑄造技術(shù)呈現(xiàn)出了技術(shù)種類(lèi)多元化、交叉化、普適化的發(fā)展趨勢(shì)，已可生產(chǎn)出直徑2 m 量級(jí)的大型鈦合金鑄件，鑄造公差可達(dá)±0.13 mm，最小壁厚可控制在1.0 mm［13］。

1.2 鈦合金精密鍛造技術(shù)

鈦合金精密鍛造技術(shù)是常規(guī)的近凈成形工藝，目前主要通過(guò)改進(jìn)鍛造工藝來(lái)提高構(gòu)件的使用性能［22］。其中，精密模鍛和等溫超塑性鍛造在航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，主要用于氣瓶類(lèi)、貯箱類(lèi)產(chǎn)品的研制。

國(guó)外精密鍛造工藝所涉及的鈦合金牌號(hào)主要有Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn ELI、OT4-1、BT5-1、LT700等［23-24］。例如，美國(guó)采用精密鍛造工藝成功研制了Ti-6Al-4V 和Ti-5Al-2.5Sn ELI 鈦合金壓力容器類(lèi)構(gòu)件，在大力神Ⅲ過(guò)渡級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)得到了應(yīng)用。俄羅斯采用精密鍛造生產(chǎn)的OT4-1、BT5-1燃料貯箱已成功應(yīng)用到進(jìn)步號(hào)探測(cè)器上，日本采用精密鍛造工藝生產(chǎn)的LT700鍛件已成功運(yùn)用到H2A、H2B火箭壓力容器等低溫結(jié)構(gòu)零部件中［23］。

我國(guó)航天領(lǐng)域鈦合金精密鍛造技術(shù)主要涉及TC4ELI、TA7ELI、TC4、TC11等牌號(hào)，目前多用于壓力容器類(lèi)、輕質(zhì)高強(qiáng)承力結(jié)構(gòu)件的研制［25-26］。其中，鈦合金氣瓶類(lèi)構(gòu)件的精密鍛造技術(shù)在我國(guó)航天領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用，主要朝著大尺寸、大變形量、高成形精度、高成形性的方向發(fā)展，目前已迅速接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平［27］。例如，我國(guó)采用精密模鍛技術(shù)已成功研制出容積為20 L 的TA7ELI 鈦合金低溫氣瓶，目前已在XX-3A，XX-5 運(yùn)載火箭增壓輸送系統(tǒng)中得到大量應(yīng)用［圖1（a）］［24］。近期，航天材料及工藝研究所首次采用TA7ELI 鈦合金寬厚板結(jié)合等溫超塑性鍛造技術(shù)成功研制出體積為130 L 的TA7ELI鈦合金低溫冷氦氣瓶［圖1（b）］，解決了TA7ELI熱加工性能差、易成分偏析、制造成本高等短板，其在20 K條件下低溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)1.45 GPa，延伸率≥10%，壁厚尺寸精度可達(dá)±0.2 mm，且具有變形速率低、成形過(guò)程易控制、質(zhì)量可靠性高、成形精度高等優(yōu)勢(shì)。

圖1 精密鍛造技術(shù)生產(chǎn)的鈦合金氣瓶類(lèi)產(chǎn)品Fig.1 Titanium alloy cylinders developed by precision forging technology

1.3 鈦合金超塑成形技術(shù)

超塑成形技術(shù)由于具有成形精度高、近無(wú)回彈、無(wú)殘余應(yīng)力等優(yōu)勢(shì)，目前已成為了推動(dòng)航天鈦合金構(gòu)件設(shè)計(jì)概念發(fā)展的開(kāi)創(chuàng)性近凈成形工藝之一，特別適用于復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件的研制［28-32］。

國(guó)外在超塑成形鈦合金材料領(lǐng)域已經(jīng)歷了由常規(guī)鈦合金（Ti-6Al-4V、IMI550、BT6）到金屬間化合物、鈦基復(fù)合材料的研發(fā)歷程，目前已形成了多種超塑專(zhuān)用鈦合金（超細(xì)晶Ti-6-4、SP700、BT23）［29-30］。我國(guó)對(duì)超塑性鈦合金材料的早期研究主要以仿制國(guó)外牌號(hào)為主，目前已實(shí)現(xiàn)了TC4 鈦合金超塑用細(xì)晶板材的工業(yè)化生產(chǎn)，平均晶粒尺寸可控制在5 μm 左右，板幅尺寸可達(dá)（0.8～3.0）mm×（1 300～1 500 mm）×L，縱橫向力學(xué)性能差異可控制在50 MPa 以?xún)?nèi)［29］。近期，我國(guó)已成功研制出超塑用高強(qiáng)細(xì)晶SP700 鈦合金板材，其晶粒尺寸可達(dá)1～2 μm 量級(jí)，板材規(guī)格可達(dá)（0.6～3.0）mm×1 000 mm×（2 000～3 000）mm。該合金在770～800 ℃即可體現(xiàn)出優(yōu)異的超塑性，延伸率高達(dá)2 000%，較細(xì)晶TC4板材而言其超塑成形溫度可降低約140 ℃，在航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景［29，33］。此外，在其他先進(jìn)超塑鈦合金材料研制方面，我國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了諸如SPTi55、BTi-62421S、BTi-6431S 等高溫鈦合金超塑板，并在金屬間化合物（TiAl、Ti3Al、Ti2AlNb）等先進(jìn)超塑鈦合金材料研發(fā)領(lǐng)域已著手開(kāi)展了大量工作，目前已突破了國(guó)外對(duì)我國(guó)高質(zhì)量超塑用鈦合金板材的技術(shù)封鎖與限制［29-30，34］。

在鈦合金超塑成形工藝技術(shù)方面，國(guó)外目前已具備單層構(gòu)件、多層構(gòu)件、桁架及正弦波等異型構(gòu)件的批量化生產(chǎn)能力，使超塑成形技術(shù)的研究熱點(diǎn)逐漸由材料研發(fā)轉(zhuǎn)向?qū)嶋H工程應(yīng)用［24，35-36］。例如，美國(guó)利用超塑成形技術(shù)成功研制了150 mm直徑的Ti-6Al-4V鈦合金推進(jìn)劑貯箱，可實(shí)現(xiàn)降低成本60%，結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕30%的目標(biāo)。日本ISAS和MHI公司采用板材預(yù)焊接+吹脹的方式成功研制出Ti-6Al-4V鈦合金超塑成形N2H4燃料貯箱（圖2），已在衛(wèi)星上得到大量應(yīng)用［36］。

圖2 日本采用超塑成形技術(shù)研制的鈦合金燃料貯箱Fig.2 Titanium alloy fuel tanks developed by superplastic forming technology

我國(guó)目前在鈦合金超塑成形領(lǐng)域已突破單層脹形控壁厚技術(shù)、SPF/DB 空心構(gòu)件成形技術(shù)以及大型三層/四層空腔翼板成形技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，在我國(guó)航天領(lǐng)域主要應(yīng)用于研制衛(wèi)星、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭用大型單層構(gòu)件（壓力容器、蒙皮）、多層結(jié)構(gòu)（艙段、舵翼）以及大型空心結(jié)構(gòu)翼面類(lèi)產(chǎn)品［24］。

圖3 鈦合金超塑成形技術(shù)在我國(guó)航天領(lǐng)域的典型應(yīng)用Fig.3 Typical applications of titanium alloy superplastic forming technology of aerospace industry in china

例如，航天材料及工藝研究所采用超塑成形正反脹技術(shù)成功研制出TC4 鈦合金環(huán)形氣瓶［圖3（a）］，其半環(huán)毛坯壁厚在環(huán)向和徑向控制誤差分別為±0.2 mm 和±0.3 mm，基本達(dá)到了凈成形水平［37］。除半環(huán)產(chǎn)品外，航天材料及工藝研究所亦開(kāi)展了諸如衛(wèi)星用大規(guī)格TC4 鈦合金表面張力貯箱（直徑覆蓋0.6～1.0 m 量級(jí)，且基本已具備凈成形能力）、TA15 鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)噴管（外形及壁厚尺寸精度可達(dá)±0.2 mm，并實(shí)現(xiàn)了2 m 量級(jí)變壁厚異型構(gòu)件的制造能力），以及TC4 鈦合金波紋板等構(gòu)件的研制［圖3（b）～3（d）］［24，37］。

1.4 鈦合金精密旋壓技術(shù)

旋壓成形技術(shù)結(jié)合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環(huán)軋等工藝優(yōu)勢(shì)并可實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削加工，能夠滿(mǎn)足航天器用鈦合金空心回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)件的多品種小批量、輕質(zhì)精密、高可靠的服役需求，在航天領(lǐng)域特別適用于殼體類(lèi)、壓力容器類(lèi)、封頭、噴管延伸段等產(chǎn)品的研制，是鈦合金回轉(zhuǎn)型薄壁構(gòu)件的首選工藝［38-43］。

目前，國(guó)外鈦合金旋壓技術(shù)已突破了大型薄壁構(gòu)件精密化、無(wú)模低成本快速旋壓、軋-旋/擠-旋/鍛-旋連續(xù)復(fù)合成形等先進(jìn)技術(shù)，使鈦合金精密旋壓技術(shù)在航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［44］。例如，德國(guó)MT 宇航公司采用強(qiáng)力旋壓工藝制備出Φ1.905 m 的高強(qiáng)Ti-15V-3Cr 鈦合金推進(jìn)系統(tǒng)貯箱［圖4（a）］，在“阿爾法”通信衛(wèi)星得到了應(yīng)用［24］。美國(guó)采用無(wú)模旋壓技術(shù)成功研制了直徑1.2 m 量級(jí)的Ti-6Al-4V 鈦合金封頭，實(shí)現(xiàn)了單道次90%的冷旋壓變形量，成功應(yīng)用于“阿波羅”號(hào)宇宙飛船服務(wù)艙貯箱封頭的制造［圖4（b）］。我國(guó)在鈦合金旋壓技術(shù)領(lǐng)域所涉及鈦合金牌號(hào)有TA1、TA2、TA15、TC3、TC4、TB2 等，典型航天構(gòu)件包括波紋管、氣瓶、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、噴管、蒙皮、筒形件等［38，40，45］。例如，哈爾濱工業(yè)大學(xué)利用有限元模擬技術(shù)結(jié)合普旋成形工藝成功研制出0.8 mm 壁厚的TC4 鈦合金月球車(chē)輪圈［圖4（c）］［46］。航天材料及工藝研究所通過(guò)開(kāi)展大尺寸薄壁TC4 鈦合金筒形件強(qiáng)力旋壓缺陷形成機(jī)理研究，并結(jié)合有限元數(shù)值模擬技術(shù)，成功研制出Φ670 mm 的TC4 衛(wèi)星用貯箱筒段［圖4（d）］，其壁厚尺寸精度為0～0.2 mm，輪廓尺寸精度為0～0.5 mm［42-43］。西安航天動(dòng)力機(jī)械廠采用正旋拉旋+反旋拉旋的工藝方案成功研制出直徑Φ500 mm的TC4鈦合金薄壁環(huán)形內(nèi)膽［47］。

鈦合金精密旋壓技術(shù)雖然已經(jīng)在我國(guó)航天領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用，但是受溫度場(chǎng)均勻性、回彈效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)、料模尺寸匹配性等關(guān)鍵技術(shù)的局限，我國(guó)航天鈦合金旋壓制品目前基本采用高溫有模成形工藝，且快速精密旋壓技術(shù)處于起步階段，連續(xù)復(fù)合成形技術(shù)仍處于工程試驗(yàn)研究階段，尤其是大直徑、薄壁整體鈦合金旋壓成形件仍未實(shí)現(xiàn)批量性應(yīng)用，需著重開(kāi)展鈦合金材料可旋性、旋壓尺寸精度控制、控形/控性及熱處理、旋壓模擬仿真等技術(shù)研究［44-45，48］。

圖4 鈦合金精密旋壓技術(shù)在國(guó)內(nèi)外航天領(lǐng)域的應(yīng)用Fig.4 Applications of titanium alloy spinning forming technology in the aerospace industry

1.5 鈦合金熱等靜壓粉末冶金技術(shù)

熱等靜壓（HIP）粉末冶金技術(shù)具有致密度高、無(wú)織構(gòu)和偏析、內(nèi)應(yīng)力小、材料利用率高、可近凈成形等優(yōu)勢(shì)，其成形的構(gòu)件可兼具鑄件的復(fù)雜型面特點(diǎn)以及鍛件優(yōu)異的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)，特別適合航天工業(yè)對(duì)大型、復(fù)雜、薄壁、高可靠性結(jié)構(gòu)件的研制需求［49-54］。

隨著鈦合金熔煉技術(shù)、致密化變形精度控制技術(shù)、先進(jìn)制粉技術(shù)、有限元分析技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的突破，國(guó)外目前已實(shí)現(xiàn)了鈦合金HIP粉末冶金技術(shù)在航天領(lǐng)域的大規(guī)模工程化應(yīng)用。法國(guó)Senecma公司研制的低溫粉末鈦合金葉輪在-253 ℃條件下工作轉(zhuǎn)速達(dá)550 m/s，并可大幅縮短加工周期［圖5（a）～（b）］。美國(guó)P&W Rocketdyne和Synertech PM 公司采用等離子旋轉(zhuǎn)電極法（PREP）制粉并借助計(jì)算機(jī)模擬等先進(jìn)技術(shù)，成功研制出火箭發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金殼體、閥體等構(gòu)件，已在航天領(lǐng)域得到應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)了大批量市場(chǎng)化供貨［圖5（c）］［51］。英國(guó)伯明翰大學(xué)研制的鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣成功實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜型面構(gòu)件的一體化近凈成形，并已達(dá)到了工程化應(yīng)用水平，其采用60 kg粉末可生產(chǎn)出56 kg的最終樣件，成形精度高達(dá)近90%，僅需少許機(jī)加工即可實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的研制［圖5（d）］。

隨著多年的技術(shù)發(fā)展，我國(guó)目前已具備航天領(lǐng)域所需的中高強(qiáng)鈦合金、低溫/高溫鈦合金、超高強(qiáng)鈦合金以及金屬間化合物等材料和構(gòu)件的HIP 粉末冶金一體成形能力，所涉及的產(chǎn)品主要有舵翼類(lèi)、艙體類(lèi)、異形曲面類(lèi)以及機(jī)匣類(lèi)等構(gòu)件，可以很好地滿(mǎn)足航天領(lǐng)域的任務(wù)需求［50，53，55-57］。作為國(guó)內(nèi)最先研究鈦合金HIP 粉末冶金成形工藝的單位，航天材料及工藝研究所在型號(hào)需求的牽引下，目前已突破了高品質(zhì)鈦合金粉末研制技術(shù)、粉末冶金構(gòu)件變形控制技術(shù)、大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制備技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了鈦合金HIP 粉末冶金關(guān)鍵產(chǎn)品的研制和工程化批量生產(chǎn)［51，53-55］。

圖5 鈦合金HIP粉末冶金技術(shù)在國(guó)外航天領(lǐng)域的應(yīng)用Fig.5 Applications of titanium alloy powder metallurgy technology of aerospace industry in the foreign countries

例如，航天材料及工藝研究所研制的TA15鈦合金舵翼件已具備內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)凈成形能力［圖6（a）］，其力學(xué)性能與鍛件持平，材料利用率可達(dá)70%以上，并且可實(shí)現(xiàn)減重15%以上的目標(biāo)，滿(mǎn)足了飛行器對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)、高耐溫結(jié)構(gòu)件的需求。此外，通過(guò)合理的包套設(shè)計(jì)結(jié)合有限元分析，成功研制出高性能TA7 ELI鈦合金氫泵葉輪［圖6（b）］，其在液氫條件下抗拉強(qiáng)度可達(dá)1.46 GPa，延伸率≥12%，尺寸精度＜0.2 mm，目前已通過(guò)全面考核，有效地支撐了我國(guó)航天型號(hào)的發(fā)展［55］。近期，航天材料及工藝研究所成功研制了TA15鈦合金中介機(jī)匣［圖6（c）］，尺寸精度可控制在±0.3 mm以?xún)?nèi)，材料利用率≥70%，可實(shí)現(xiàn)整體成形，其加工周期可由6個(gè)月縮短至1個(gè)月，大幅提高了生產(chǎn)效率且性能超過(guò)鍛件水平。此外還研制了Ti3Al發(fā)動(dòng)機(jī)延伸段［圖6（d）］以及TA15發(fā)動(dòng)機(jī)噴管［圖6（e）］。

圖6 鈦合金HIP粉末冶金技術(shù)在我國(guó)航天領(lǐng)域的應(yīng)用Fig.6 Applications of titanium alloy powder metallurgy technology of aerospace industry in china

隨著航天型號(hào)的發(fā)展，我國(guó)目前鈦合金HIP粉末冶金技術(shù)不僅可以研制出復(fù)雜程度高的產(chǎn)品，并且已實(shí)現(xiàn)了工程化應(yīng)用。但是與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，我國(guó)在耐600 ℃以上高溫鈦合金粉末冶金技術(shù)的凈成形能力方面仍有差距，目前僅處于工程試驗(yàn)階段；在有限元模擬分析方面缺乏相關(guān)理論模型，大多數(shù)計(jì)算機(jī)模擬局限于粉末成形初期和變形量的分析；在批量生產(chǎn)過(guò)程中芯模快速去除技術(shù)缺乏、流程長(zhǎng)，且可重復(fù)使用率低、生產(chǎn)成本高，在短流程低成本控制方面仍有欠缺［24，51］。

2 鈦合金精密成形技術(shù)在航天領(lǐng)域中的發(fā)展方向

針對(duì)我國(guó)未來(lái)航天領(lǐng)域的科研項(xiàng)目需求，急需提高飛行器運(yùn)載效率、降低飛行器結(jié)構(gòu)系數(shù)、提高飛行器的總體技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)進(jìn)一步推動(dòng)以鈦合金為代表的新材料、新工藝的應(yīng)用發(fā)展。因此，在大型、復(fù)雜、薄壁航天器結(jié)構(gòu)件的研制中，采用鈦合金精密成形技術(shù)是未來(lái)制造不可或缺的關(guān)鍵性選擇。

（1）在低溫環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域，需著重關(guān)注諸如CT20、TC4ELI、TA7ELI 鈦合金精密鍛造、超塑成形、粉末冶金成形技術(shù)的發(fā)展，以滿(mǎn)足管路類(lèi)、氣瓶類(lèi)、葉輪類(lèi)結(jié)構(gòu)件的使用需求。

（2）在高溫環(huán)境應(yīng)用方面，需重點(diǎn)關(guān)注TA15、TC11、Ti60、Ti600、Ti65 鈦合金精密鑄造、超塑成形、精密旋壓、粉末冶金成形技術(shù)的發(fā)展及工程化應(yīng)用推廣，以滿(mǎn)足舵翼類(lèi)、復(fù)雜進(jìn)氣道類(lèi)、噴管類(lèi)、防/隔熱結(jié)構(gòu)件類(lèi)的使用需求。

（3）此外，對(duì)耐600 ℃以上的高溫、復(fù)雜熱結(jié)構(gòu)件的研制，需著重推進(jìn)Ti-Al 系金屬間化合和鈦基復(fù)合材料超塑成形、精密旋壓、粉末冶金成形技術(shù)的工程化應(yīng)用推廣工作。

3 結(jié)語(yǔ)

材料和制造技術(shù)是航天領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)，為推動(dòng)鈦合金及其精密成形技術(shù)在我國(guó)航天領(lǐng)域的應(yīng)用并縮短與國(guó)外先進(jìn)水平的差距，需重點(diǎn)關(guān)注、加強(qiáng)新型鈦合金材料（高/低溫、高強(qiáng)韌鈦合金及金屬間化合物）的工程化研制與大型、輕質(zhì)、薄壁、復(fù)雜鈦合金構(gòu)件精密成形技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，提高我國(guó)鈦合金構(gòu)件成形工藝成熟度、精密度以及產(chǎn)品合格率，控制并降低研制成本，縮短生產(chǎn)周期，未來(lái)我國(guó)先進(jìn)鈦合金材料的研發(fā)以及精密成形技術(shù)的進(jìn)步必將迎來(lái)飛躍式發(fā)展。