大型復雜鈦合金薄壁件精鑄成形技術研究進展

趙瑞斌

(北京百慕航材高科技股份有限公司，北京　100095)

大型復雜鈦合金薄壁件精鑄成形技術研究進展

趙瑞斌

(北京百慕航材高科技股份有限公司，北京100095)

大型復雜薄壁鈦合金精密鑄造技術是當今世界軍用與民用航空領域的尖端技術。介紹了熔模精密鑄造技術的工藝流程、技術特點以及國內外研究現(xiàn)狀。結合國際最流行的計算機數(shù)值模擬以及3D打印等新型技術，指出我國該項技術的研究趨勢與發(fā)展方向是:①加強熔模鑄造工藝的理論研究; ②深化鈦合金設計研究，探索性能更高的適合于大型復雜薄壁件鑄造成形的鈦合金；③深入研究純凈化技術，以及夾雜和鑄造缺陷與性能之間的定量關系；④建立型殼模型庫；⑤研發(fā)機器自動涂浸漿料與撒砂工藝；⑥加強全過程的質量管理與控制；⑦高度關注3D打印技術在鈦合金制造領域的發(fā)展及其在鈦合金熔模鑄造領域的應用。

鈦合金；大型薄壁件；精鑄技術；熔模鑄造

0　引　言

鈦合金以其比強度高、耐腐蝕性好等特點在航空航天領域得到了廣泛應用。在世界先進的戰(zhàn)斗機上，如美國B-2 轟炸機、法國幻影 2000 及俄 Cy-27CK 戰(zhàn)斗機等用鈦量都到達了20%以上。我國戰(zhàn)斗機的用鈦量也在不斷增大，如20世紀80 年代開始服役的殲八系列，用鈦量為 2%，新一代戰(zhàn)斗機的用鈦量為15%，而更新一代的高性能新型戰(zhàn)斗機的用鈦量將達到 25%～30%。民用飛機上，鈦的用量也在不斷增大，一架 A320、A330 和 A340的用鈦量分別為 12 t、18 t 和 25 t，而 A380客機因采用了全鈦掛架，用鈦量達到 46 t[1]。

目前，國外大型先進的航空渦輪發(fā)動機的重要部件，如 RB199 的中介機匣、CF6-80C 的風扇機匣等都采用了大型復雜薄壁鈦合金整體精鑄件。

由于該精鑄件在減重和提高飛機的性能方面有著重要的作用，因此在軍機與民機上均具有十分光明的應用前景。該精鑄件的制造屬于國防尖端制造技術領域，制造難度大，各國保密性強。本文對國內外大型復雜鈦合金薄壁件精鑄技術的研究進展進行了評述，以期對提升我國大型復雜薄壁鈦合金精鑄件制造水平有所裨益。

1　大型復雜薄壁鈦合金鑄造工藝

自從 1954 年美國礦山局采用機加工的高密度石墨型工藝成功鑄造出第一個鈦鑄件以來，國內外針對鈦合金鑄造工藝的研究開發(fā)已有六十多年的歷史，先后發(fā)展了砂型(搗實)鑄造和殼型鑄造，以實現(xiàn)復雜鈦合金鑄件的生產(chǎn)。但是，對于形狀十分復雜、壁厚小于 4 mm 的鈦鑄件用砂型鑄造或者殼型鑄造生產(chǎn)非常困難，甚至不可能。而航空航天及化工等行業(yè)中又不乏大型、形狀復雜、壁厚小于 4 mm 的零部件，為滿足這種特殊的需求，國內外開始著力研究發(fā)展鈦合金熔模精密鑄造工藝。

熔模鑄造是一種采用可熔性一次模料制得型殼的澆注鑄件的方法，也叫做失蠟鑄造。采用該方法生產(chǎn)的鑄件表面粗糙度低、尺寸精確，因此，亦稱為熔模精密鑄造。鈦合金熔模精密鑄造是為了滿足航空航天技術對于復雜薄壁件的需要而發(fā)展起來的一種先進的近凈成形工藝。目前，航空航天工業(yè)使用的鈦合金鑄造結構件 98%以上都是采用熔模精密鑄造方法生產(chǎn)。

鈦合金熔模精密鑄造工藝流程如圖1所示。在熔模組(即蠟模組)表面上反復涂覆一層由耐火粉與有機或無機粘結劑組成的漿料，然后撒一層耐火砂料，重復多次直至形成一定厚度的型殼，然后經(jīng)過型殼干燥、脫蠟、焙燒后澆注鈦合金，對脫殼后的鈦鑄件進行一定的清理、檢驗以及必要的熱處理[2]。

圖1　鈦合金熔模精密鑄造工藝流程Fig.1　The process of titanium alloy precision casting

由于熔融態(tài)下的鈦合金極其活潑，能夠與絕大多數(shù)耐火材料和氣體元素反應，因此鈦合金熔模精密鑄造與其他合金鑄造相比，技術難度更大，硬件要求更高，必須滿足以下條件：①鈦是一種化學活性大的元素，因此與鈦熔體接觸的型殼面層材料必須具有高的化學惰性，在與熔融鈦合金接觸時不發(fā)生物理、化學反應；②鈦合金的熔點很高，達到 1 668 ℃，因此所選的型殼材料必須具有高的耐火度和抗熱沖擊性能，確保型殼澆注時在熔融鈦的高溫、高壓沖擊力作用下不軟塌、不碎裂；③為了防止型殼中吸附的氣體以及有機物、水分等在澆注時揮發(fā)而對鈦鑄件的表面質量產(chǎn)生影響，并且為了進一步提高型殼的強度，澆注前型殼必須進行專門的焙燒熱處理；④鈦的化學活性高，易與空氣中的 C、H、O、N 等發(fā)生反應，因此鈦合金的澆注需要在真空或惰性氣體保護下進行；⑤鑄型與鈦合金熔融體之間的界面反應要盡量小，冷卻凝固過程必須在真空下或惰性氣體保護氣氛下；⑥鈦合金鑄件的高溫熱處理、焊接等工藝必須在真空或惰性氣體中進行。

2　國外研究現(xiàn)狀

2.1研制水平

美國Howmet公司及PCC公司能澆鑄出730～770 kg的鈦合金工件。PCC公司可生產(chǎn)出直徑達2 m的大型鈦合金鑄件，鑄造尺寸公差可達±0.13 mm，最小壁厚達1.0～2.0 mm。美國采用離心澆注、熱等靜壓和BSTOA熱處理等綜合技術，獲得了高性能的Ti-6Al-4V合金大型復雜薄壁精鑄件，其靜力及疲勞性能達到了與鍛件相同的高水平。但大型復雜薄壁鈦合金鑄件的精密鑄造技術一直被西方少數(shù)發(fā)達國家壟斷，所以具體技術細節(jié)只能依靠我國自己研究、摸索、開發(fā)。

2.2殼型材料研究

美國 PCC公司是世界上最早用氧化物陶瓷熔模鑄型生產(chǎn)鈦合金鑄件的企業(yè)，所用的面層耐火材料為氧化釷(ThO2)。氧化釷耐火度高、強度好，對液鈦穩(wěn)定性好，但由于它具有放射性，目前已基本被淘汰。當前，研究較多的氧化物陶瓷材料為ZrO2、Al2O3、Gd2O3、La2O3、Nb2O3、Y2O3、CaO。

2.3計算機模擬和仿真軟件開發(fā)

近年來，鑄造過程的充型和凝固計算機模擬取得了長足進步，出現(xiàn)了許多用于分析鑄造過程充型和凝固行為的商業(yè)軟件，如Magma soft、ProCast、AnycastingTM等。Magma soft是德國Magma開發(fā)的一款鑄造仿真軟件，可對鑄型的充填、凝固、機械性能、殘余應力及扭曲變形等進行模擬，為全面優(yōu)化鑄造工藝提供了可靠保證。ProCast是法國ESI公司開發(fā)的鑄造過程的模擬軟件，已有20多年的歷史，提供了很多模塊和工程工具，滿足了鑄造工業(yè)最富挑戰(zhàn)的需求?；趶姶蟮挠邢拊治?，它能夠預測鑄件嚴重的畸變和殘余應力，并能用于半固態(tài)成形、吹芯工藝、離心鑄造、消失模鑄造、連續(xù)鑄造等特殊工藝。AnyCastingTM是韓國AnyCasting公司自主研發(fā)的新一代基于Windows操作平臺的高級鑄造模擬軟件系統(tǒng)，是專門針對各種鑄造工藝過程開發(fā)的仿真系統(tǒng)，可以進行鑄造的充型、熱傳導、凝固過程和應力場的模擬分析。AnyCastingTM軟件于1990年開始商業(yè)化，可應用于鈦合金熔模精密鑄造。

2.4熔煉技術的進步

隨著科技的發(fā)展及生產(chǎn)的需要，研究人員相繼研究開發(fā)了鈦合金熔煉的新方法、新裝備。其中，主要設備有真空自耗凝殼爐、電子束凝殼爐、等離子弧凝殼爐、真空感應爐等，并已獲得一定程度的應用。從耗電量、熔化速度、成本等技術、經(jīng)濟指標對比來看，真空自耗凝殼熔煉仍是目前最經(jīng)濟適用的熔煉方法。這種凝殼爐是在真空自耗電弧爐基礎上發(fā)展起來的，它是一種將熔煉與離心澆注連成一體的鑄造異形件的爐型，其最大特點是在水冷坩堝與金屬熔體之間存在一層鈦合金固體薄殼，即凝殼，這層鈦材質的凝殼作為坩堝的內襯，用于形成熔池儲存鈦液，避免了坩堝對鈦合金液的污染。澆注后，留在坩堝內的凝殼可作為坩堝內襯繼續(xù)使用[3]。

3　國內研究現(xiàn)狀

我國從20世紀60年代初開始研究和發(fā)展鈦合金鑄造技術，最早開展這項研究工作的是北京航空材料研究院。隨后寶雞有色金屬加工廠、沈陽鑄造研究所、洛陽船舶材料研究所等相繼開展了這方面的研究。50多年來,我國在鑄造鈦合金、鈦合金熔煉與設備及工藝、鈦合金鑄造工藝、鑄件的性能與應用等方面作了大量的研究工作，取得了很大進展。我國已經(jīng)研究和推廣應用了ZTC4、ZTA7和ZTA15等航空航天工業(yè)用鑄造鈦合金，目前ZTC4、ZTA15在國內武器裝備上的應用已占鑄造鈦合金用量的80%以上。但國內總體缺乏系統(tǒng)性研究，基礎數(shù)據(jù)不足，尚未建立標準規(guī)范，技術成熟度低，工程化應用水平低，與歐美發(fā)達國家相比還存在一定差距。

3.1鑄型

鈦合金熔模鑄造開始采用氧化物陶瓷鑄型、石墨鑄型、難熔金屬鑄型等，由于采用其他鑄型(石墨鑄型、難熔金屬鑄型)存在工藝技術復雜，面層耐火材料成本較高等問題，已經(jīng)很少應用。目前主要采用陶瓷型熔模鑄造鈦合金。該方法所用面層耐火材料主要是氧化鋯等金屬氧化物。粘接劑主要是醋酸鋯、釔溶膠、硅溶膠等。背層耐火材料、粘接劑與高溫合金熔模鑄造類似。鑄型的高溫焙燒是關鍵工藝，只有通過高溫焙燒后，鑄型面層才具備高化學惰性和高強度。

陶瓷型熔模鑄造技術適合于批量精密成形鈦合金產(chǎn)品。鑄件最小壁厚能達到1 mm左右，最大尺寸1 000 mm左右，金相組織介于機加工石墨型鑄造和砂型鑄造之間，表面化學反應層薄，粗糙度在3.2～6.3 μm之間，尺寸精度高，可達CT7級左右。主要用于航空航天、汽車、船舶、兵器等。

需要解決的主要問題是：如何減少工序，縮短制造周期；如何降低成本；如何提高控形及控性的水平，進一步減少機加量；如何提高航空航天用鑄件的可靠性和使用壽命。

3.2澆注技術

目前，國內鈦合金鑄造的澆注成形工藝主要有重力澆注(靜止?jié)沧?和離心澆注兩種。

重力澆注工藝依靠澆注系統(tǒng)高度形成的靜壓頭作用，利用金屬液在重力作用下形成的流動速度，充填鑄型，冷卻凝固成形。由于金屬液充型作用力只是重力，因此，鑄型在鑄造爐內的安裝和拆卸簡單，金屬液的充型更平穩(wěn)，能夠實現(xiàn)順序凝固，對鑄型沖擊小，鑄型強度不需要太高；但是由于金屬液速度不可能太快，充型能力不好，對于大型復雜薄壁件成形困難。必須采用鑄型預熱、提高靜壓頭、多開設澆口、提高金屬液過熱度等方法，來提高重力澆注的充型性。適合于較大壁厚的大中型環(huán)形和框架結構件鑄造成形，應用廣泛。

離心澆注工藝在澆注系統(tǒng)高度形成的重力靜壓頭作用之外，主要利用將鑄型固定在鑄造爐內的離心盤上，使離心盤轉動帶動鑄型轉動，金屬液在離心力作用下高速流動，快速充填鑄型，冷卻凝固成形。由于金屬液充型作用力是離心力和重力的耦合，因此，金屬液的充型速度遠快于重力澆注，充型快速，充型能力好，適合于大型復雜薄壁件成形；但是由于金屬液充型速度太快，充型不平穩(wěn)，不易實現(xiàn)順序凝固，對鑄型沖擊大，鑄型強度要求高，鑄型容易產(chǎn)生跑火故障，且鑄型在鑄造爐內的安裝和拆卸復雜。適合于小型件的一爐多件的成形，也適合于大中型環(huán)形或對稱型薄壁結構件鑄造成形，應用也很廣泛。

3.3真空自耗電弧凝殼鑄造技術

真空自耗電弧凝殼鑄造技術是在真空或惰性氣體保護下，以鈦合金鑄錠為負極，以水冷銅坩堝為正極，通過起弧產(chǎn)生的熱量，熔化鈦合金鑄錠，使金屬液進入坩堝中。圖2為真空自耗電弧凝殼鑄造設備示意圖及設備實物圖。

圖2　真空電弧自耗電極凝殼鑄造設備示意圖及實物圖Fig.2　Consumable electrode vacuum arc skull casting map and the physical map of equipment

在電弧的作用下，合金熔體產(chǎn)生攪拌效應，熔體的成分更均勻、溫度差別減小。合金熔化完成后，坩堝翻轉，將金屬液倒入坩堝下方的鑄型中，采用重力澆注或者離心澆注實現(xiàn)鑄件成形。目前該技術在國內廣泛應用，技術最成熟，適合于大中小型鈦合金鑄件成形。

（1）PM2.5檢測 PM2.5檢測使用DSL-03激光數(shù)字式PM2.5傳感器，內置激光器和光電接收組件，運用光的散射原理，激光在顆粒物上產(chǎn)生散射光，由光電接收器件轉變?yōu)殡娦盘?，再通過特定算法計算出PM2.5質量濃度、PM10質量濃度、PM0.3～PM2.5粒子個數(shù)、PM2.5～PM10粒子個數(shù)。通過檢測可判斷該區(qū)域是否適合出行活動以及發(fā)出相應預警。該傳感器具有體積小巧、安裝方便、檢測速度快、檢測數(shù)值穩(wěn)定準確、抗干擾能力強等優(yōu)點。

3.4熱等靜壓技術

鈦合金鑄件之所以能夠在航空航天飛行器上廣泛應用，得益于熱等靜壓技術的發(fā)展。由于鑄造是一個液態(tài)金屬充型、冷卻凝固成形的過程，在液態(tài)金屬冷卻過程中，液相向固相轉變產(chǎn)生收縮，會導致鑄件內部特有的冶金缺陷，如縮松、縮孔、氣孔等，這些缺陷的存在降低了鑄件使用的可靠性和壽命，導致一開始航空航天設計人員不敢大量使用鈦合金鑄件，制約了飛行器性能的改善和發(fā)展。隨著20世紀80年代熱等靜壓技術的引入，鈦合金鑄件內部的縮松、縮孔、氣孔等封閉性缺陷大大減少，可靠性和使用壽命得以提高，越來越多的飛行器上開始采用鈦合金鑄件。

熱等靜壓處理是將鑄件置入耐高溫高壓的容器中，通過抽真空，充入惰性氣體，加熱升溫升壓到一定溫度和壓力，保持一定時間。在各向等壓的高溫、高壓氣體作用下，鑄件內部的封閉性孔洞缺陷被壓實閉合。目前熱等靜壓已經(jīng)是航空航天飛行器用鈦合金鑄件必須經(jīng)歷的一道工序。圖3為我國生產(chǎn)的大型熱等靜壓設備。

圖3　國產(chǎn)大型熱等靜壓設備Fig.3　Domestic large-scale hot isostatic pressing equipment

鈦合金鑄件熱等靜壓過程中需要注意的問題是：①要嚴格控制溫度、壓力以及保持時間，確保缺陷消除；②關注鑄件的組織長大和相變問題，防止組織變化導致性能下降；③關注鑄件變形的控制。

3.5計算機數(shù)值模擬技術

目前，我國的鈦合金鑄造也已經(jīng)引入了鑄造過程的數(shù)值模擬技術，實現(xiàn)了鑄件結構三維設計和鑄件模具的三維設計。在此基礎上，對鈦合金鑄造的液態(tài)充型和凝固過程進行數(shù)值模擬，可以預測鑄件的縮孔、縮松、氣孔等缺陷分布位置，進而優(yōu)化澆注系統(tǒng)設計；同時，利用應力模擬數(shù)值技術，可以預測鑄件變形位置，優(yōu)化鑄件防變形工藝。未來，鈦合金鑄造成形技術將引入對其制造全流程進行模擬仿真，從而實現(xiàn)從合金制備到鑄件成形的全過程的組織、性能、成形的模擬仿真，最終使鈦合金鑄造從經(jīng)驗預測、多次物理實驗迭代、長周期、不準確的設計制造，躍升到模擬計算預測、少量物理實驗驗證、短周期、準確設計制造。

計算機數(shù)值模擬技術已在熔模鑄造工藝研究和優(yōu)化中得到普遍應用。清華大學除了開發(fā)出通用的模擬軟件外，還特別針對航空發(fā)動機和重型燃氣輪機葉片、高溫合金機匣、TiAl 合金渦輪葉片等高端鑄件進行模擬計算，輔助工藝優(yōu)化。哈爾濱工業(yè)大學結合鈦合金熔模鑄造工藝研究，實現(xiàn)了鈦合金充型和凝固過程的計算機模擬。華中科技大學開發(fā)的華鑄CAE系統(tǒng)也成功應用于熔模鑄造過程模擬中。北京航空航天大學的韓昌仁等[4]建立了模料的粘度模型和模料充型的控制模型，模擬了蠟模的充型過程。圖4 是計算機模擬鈦合金熔體在鑄型中的充型過程。

圖4　計算機模擬鈦合金熔體在鑄型中的充型過程Fig.4　Computer simulation of filling process of titanium alloy melt in the mold

3.6檢測技術

大型復雜鈦合金鑄件往往結構復雜，空間尺寸多，有的零件有上千個尺寸要求，傳統(tǒng)的劃線檢驗很難檢測。在大型復雜鈦合金鑄件尺寸檢驗上，國外常采用三坐標測量機，它是一種集光、機和電為一體的精密光學儀器。通過觸頭與鑄件的接觸，可獲得鑄件上各點的坐標位置，根據(jù)這些點的坐標值，經(jīng)過計算得到被測物體的幾何尺寸。三坐標測量的優(yōu)點是精度高，可以測量復雜空間尺寸，但缺點是速度慢、成本高。近年來，關節(jié)臂三維掃描技術開始應用于鈦合金鑄件尺寸測量，極大地促進了大型復雜鑄件的尺寸檢測能力提升，通過關節(jié)臂三維掃描，逆向形成鑄件實體三維模型，通過與設計三維模型進行最佳擬合比對，了解鑄件的尺寸。與三坐標相比，關節(jié)臂掃描速度快，整體復制能力強，結果更直觀，缺點是較深的內腔結構無法掃描。所以現(xiàn)在通常的方法是多種測量技術結合檢測。

目前，鈦合金鑄件的射線探傷檢測主要分為常規(guī)射線檢測技術和數(shù)字射線檢測技術。常規(guī)射線檢測技術主要是指采用膠片完成的射線檢測技術，其對鈦合金鑄件尤其是大型復雜鈦合金鑄件檢測技術主要是正確劃分透照區(qū)域、正確確定射線檢測技術級別、正確確定透照電壓、選取適宜的膠片等，同時考慮到大型薄壁復雜整體精鑄件的結構特點，必須考慮多壁透照、雙(多)膠片檢測技術、適當?shù)纳⑸渚€防護措施以及采取專用的檢測工裝。數(shù)字射線檢測技術從20世紀80年代中后期開始逐漸進入工業(yè)應用領域，分為三個部分：直接射線照相檢測技術、間接數(shù)字化射線檢測技術、后數(shù)字化射線檢測技術。

鈦合金鑄件的滲透探傷通常采用中高靈敏度的熒光滲透劑，這種方法對零件表面預處理要求高，否則容易產(chǎn)生偽顯示或缺陷漏檢。隨著鈦合金鑄件向大型化、結構復雜化發(fā)展，對滲透探傷的配套設備也提出了更高的要求，如檢測設備的大型化、靜電噴涂設備及熒光內窺鏡的應用等。

4　發(fā)展趨勢

目前隨著先進的微觀組織控制技術、熔體溫度處理技術、定向凝固技術、細晶鑄造技術、熱處理技術、計算機模擬技術的不斷涌現(xiàn)及持續(xù)發(fā)展，推動著大型復雜薄壁鈦合金熔模鑄件制造工藝的改進，使其朝著過程可控，事先設計規(guī)劃、模擬試驗、產(chǎn)生方案，事中控制修正、減少廢品率的方向發(fā)展進步。具體有下列幾個研究方向。

(1)加強熔模鑄造工藝的理論研究。熔模鑄造工藝從蠟模的制備、型殼的制作和焙燒到熔煉澆注鑄件是個環(huán)環(huán)相扣的“精密鏈條”，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會導致鑄造失敗。而熔模鑄造的每一個環(huán)節(jié)本身都是個復雜的加工過程。 因此，深入研究并掌握工藝現(xiàn)象發(fā)生的本質原因，是對工藝結果進行掌控的重要基礎[4]。

(2)深化鈦合金設計方面研究,探索性能更高的適用于制造大型復雜薄壁鑄造件的鈦合金[5]。

(3)深入研究純凈化技術，以及夾雜和鑄造缺陷與性能之間的定量關系。

(4)建立型殼模型庫。積極開展電子信息技術與鈦合金鑄造技術相結合的創(chuàng)新。通過進一步研究型殼材料的制備工藝，完善材料組分、制備方法，通過計算模擬掌握規(guī)律，建立型殼模型庫。在澆冒階段積極吸收國外成熟軟件技術并結合國內生產(chǎn)的實際經(jīng)驗建立信息庫，首先選擇幾種有針對性的類型，建立起比較成熟的澆冒模型，并通過反復試驗確定成品率高的解決方案，再在實際工作中不斷加以修正，適應千差萬別的客戶需求。

(5)研發(fā)機器自動涂浸漿料與撒砂工藝。目前，由于大量使用人工操作，產(chǎn)品質量無法保證，因此研究設備自動化是一個發(fā)展方向，也是提高成品率與經(jīng)濟效益的必然選擇。

(6)加強全過程的質量管理與控制。實現(xiàn)全過程質量可控，不斷采用檢測設備對澆冒前后的工序進行檢測，保證包括蠟模、型殼、澆冒、去殼等全過程質量的標準化，不把帶有瑕疵的產(chǎn)品流到下一道工序，減少后續(xù)修補工作量并減少不必要的浪費，提高產(chǎn)品的成品率，增強國產(chǎn)產(chǎn)品的市場競爭力，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟與社會效益。

(7)高度關注3D打印技術在鈦合金制造領域的發(fā)展及其在鈦合金熔模鑄造領域的應用。增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術，也稱“快速原形制造(Rapid Prototyping)”、“三維打印(3D Printing )”技術，始于20世紀90年代，目前已經(jīng)可以制作復雜的三維結構，但往往限于非金屬材料成形，直接制造金屬零件尚有困難，而在熔模鑄造的蠟模制造中，設計和制造模具的時間和成本投入較大，兩者的結合成為業(yè)界的一個熱點?？焖僭渭夹g可用來首先獲得一個零件的高分子材料模形，再利用翻制硅橡膠模等手段，制作壓制蠟模的模具，也有直接制造蠟模等技術路線[4]。目前，中國航天科工集團公司已經(jīng)大量開展了噴粉激光熔覆成形(LSF)、激光熔覆連接組合制造、鋪粉電子束成形(EMB)、選擇性激光燒結(SLS)、熔融沉積成形(FDM)等 3D 打印技術的研究和應用工作。其中，LSF 達到了國內先進水平，涉及的主要材料包括鈦合金、高溫合金、鋁合金、硬質合金以及碳纖維復合材料、聚醚醚酮、尼龍等非金屬材料[6]。當前，3D 打印雖然在制造少量產(chǎn)品時優(yōu)勢明顯，但由于設備成本較高，制造的產(chǎn)品強度與性能還有待進一步提升等原因，限制了這一技術的大規(guī)模應用。然而3D打印技術在鈦合金的制造領域卻發(fā)展迅猛，隨著技術更加成熟、工藝設備價格下降，該項技術的應用前景將不可估量。

[1]石衛(wèi)民,王青江,劉建榮，等.Ti60高溫鈦合金環(huán)材組織與性能的研究[J].鈦工業(yè)進展,2010,27(1):32-35.

[2]李婷.鈦合金熔模鑄造用氧化物陶瓷型殼的制備工藝研究[D].南京： 南京航空航天大學,2013.

[3]李毅.大型復雜薄壁Ti-6Al-4V合金熔模精密鑄造工藝研究[J].鈦工業(yè)進展,2012,29(3):22-25.

[4]呂志剛.我國熔模精鑄的歷史回顧與發(fā)展展望[J].鑄造，2012(4)：347-356.

[5]戚運蓮,曾立英,侯智敏.硼對TC4/B鈦合金鑄造組織與性能的影響[J].鈦工業(yè)進展,2012,29(6):15-18.

[6]劉思燕,胡志堅,魏翔飛.3D打印:如何推動航天制造轉型升級——中國航天科工集團公司 3D 打印技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢調查[N].中國航天報，2014-01-02(3).

Research Progress of Precision Casting of Large Complex Thin-walled Titanium Alloy

Zhao Ruibin

(Beijing Baimtec Material Co.,Ltd.，Beijing 100095,China)

Large complex thin-walled titanium alloy precision casting is the most advanced technologies in the world of military and civil aviation field.This paper introduces its process flow,technical features and the domestic and international research frontier achievements.Combined with the most popular international computer numerical simulation and 3D print and other new technology,summarizes the research trend and development direction of this technology in China:theory research strengthen of the investment casting process,research of titanium alloy design and exploration of large thin wall complex higher performance of casting titanium alloy,construction of model library,development of automatic coating machine slurry and sanding process,better quality management and control of the whole process, more emphasis on application of 3D printing technology in the fields of the manufacture and investment casting process of titanium alloy.

titanium alloy;large thin-walled component；precision casting technology；investment casting

2015-01-12

趙瑞斌(1974—),男，工程師。