鈦及鈦合金是一種具有耐蝕性、比強度高、生物親和性好的金屬材料。由于航空、航天領域用鈦需求較多，因此鈦合金在這方面的應用廣為人知。它也可以應用于一般工業產品，近來以外科植入物用鈦為代表，鈦合金在醫療器械中的應用頗受矚目。雖然鈦合金可以加工成多種工業產品，但其需求卻不高。這是由于鈦合金的制造成本以及鈦合金產品的加工成本較高，導致最終產品價格較高的原因。因此，要增加鈦合金產品的需求，就要降低鈦合金的生產及加工成本，這是一項長期的任務。不過，這一任務的難度正在逐漸減小。

　　最近，隨著資源枯竭的呼聲越來越高，由于鈦在進行合金化時需要利用大量高價元素，因此，很多人都嘗試通過低成本的元素來進行替換，以及只采用低成本元素的辦法。這時，通常被看作是雜質元素的O、N、C、H、Si、Fe等也開始被應用于鈦合金當中。雖然因添加低成本元素引起的特殊現象也時有報道，希望這為以后鈦合金的高性能化打下基礎。

　　綜上所述，降低鈦合金產品的成本十分重要。在開發低成本鈦合金的同時，鈦合金低成本化加工技術的改良和開發工作也在進行。

　　鈦合金的低成本化當中，最重要的是從鈦礦到金屬鈦的還原工藝的低成本化，目前各種各樣的鈦的直接還原法、克羅爾法連續化還原法正在研究當中。

　　本文將對鈦合金的低成本化設計以及鈦合金的低成本化加工技術進行概述。

　　2.低成本元素的利用

　　在鈦及鈦合金當中，Fe一直被當作雜質元素來對待。但為降低成本，Fe元素也經常使用。如TImetaL62S（Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si合金）、TImetaL LCB（Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al合金）等早就被人們所熟悉。日本早期開發的具有代表性的低成本鈦合金有Ti-Fe-O-N系列合金。該合金是Super-TIX○R系列當中一個，Super-TIX○R800的抗拉強度和延伸率可以從ASTM Grade 4涵蓋至Ti-6Al-4V。另外，Super- TIX○R系列包括與Ti-6Al-4V強度和延展性相當、熱加工性能卻比Ti-6Al-4V優良的Ti-5Al-1Fe合金（Super-TIX○R51AF）；機械性能與β合金強度和延展性相當、為防止Fe凝固偏析而添加少量Mo的Ti-5Al-2Fe-3Mo合金（Super-TIX○R523AFM）；用于汽車消音器、耐熱且冷加工性能與純鈦相當的Ti-Cu合金（Super-TIX○R10CU）以及Ti-1Cu-0.5Nb合金（Super-TIX○R10CUNB）。

　　最近，鐵含量在1~2%的Ti-Fe合金正在研究開發當中。與JIS1類以及JIS2類相比，含Fe量在1.4%以上的該系列合金的強度、成形性都非常好，詳見圖1。Ti-Fe合金。Ti-Fe合金有望在板式換熱器中得到應用。板式換熱器用低成本鈦合金有Ti-（2-6）Cu-（0-3）Sn 、Ti-2Cu-2Sn擁有固溶材料和爐冷材料90%以上的冷加工性。

　　除

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　　4.生產工藝的低成本化技術

　　鈦合金產品的生產中，以切削加工、研磨加工代表的加工工藝成本頗高。因此，利用上述低成本合金，開發低成本化的加工技術非常重要。以Ti-6Al-4V合金為代表的鈦合金加工中，彎曲加工比較困難，為防止氧化，加熱時必須在惰性氣體以及真空環境中進行。同時，熱處理加工使顯微組織發生顯著變化，因此需要確立合理的熱處理加工工藝。目前我國雖然引進了大型鍛造設備，但設備的穩定運轉還尚需時日，大型零部件的生產需要的切削加工量也將增多。因此，減少鈦合金的切削加工量非常重要，而且確立組裝大型零部件的接合方法也十分必要。通常減少鈦合金切削加工有效的辦法是粉末冶金法、金屬粉末射出成型法（MIM）、激光成型法、電子束積層成型法（EBM）等近凈成形法，確立有效的激光焊接法、摩擦攪拌焊（FSW）等新型接合技術也非常必要。另外，降低彎曲加工困難的高效有效彎曲加工技術也有望得以確立。再就是在使用上述低成本鈦合金時，有必要通過控制顯微組織來改善特性，因此，有必要確立合適的熱處理技術。

　　與傳統合金相比，通過采用低溫加工低成本鈦合金的辦法可以降低鈦合金的加工成本。普遍使用的Ti-6Al-4V合金板中，將數張板重疊，鋼板包在外面進行熱加工（這種方法被稱為包套加工），這就導致了成本的居高不下。上文中提及的Ti-9可不通過包套軋制而利用冷加工進行薄板的生產，從而達到低成本化的目的。

　　彎曲加工如圖9所示，通過局部加熱成形法，控制回彈，彎曲加工可使成形變得容易.

　　低成本鈦合金擠壓材通過采用局部加熱的彎曲加工技術，鍛件則通過機械加工技術和焊接技術（如激光焊接）的組合有望實現飛機零部件的低成本化生產，如圖10。 綜上所述，在鈦合金的低成本化中，鈦合金粉末的近凈成形法備受矚目。MIM法適合小型零部件的生產，可有望實現各種合金的生產。如圖11所示，通過MIM法往Ti-6Al-4V合金中添加適量的Fe、Cr、Mo，然后得出其與抗張強度以及延展性的關系。通過添加這些元素，提高了Ti-6Al-4V的強度，在一定的條件下，可以得到超過1000MPa的抗張強度和超過10%的延展性。

　　近來，電子束層壓法備受矚目。圖13為通過電子束層壓法制成的擁有骨傳導功能的Ti-6Al-4V合金植入物外觀?？梢酝ㄟ^電子束層壓法直接生產如此形狀如此復雜的產品。

　　5結束語

　　關于鈦合金低成本化的課題可作如下考慮：

　　1.冶煉成本的降低

　?。?）開發Kroll冶煉法的連續化及新的冶煉法（直接還原法）

　?。?）提高直接還原法生產的O含量較高的鈦的純度

　?。?）提高連續化的Kroll法生產的高Fe含量的鈦的性能

　　2.加工工藝的低成本化

　　（1）塑性加工工藝的低成本化

　?。?）切削加工工藝的低成本化

　?。?）近凈成形加工的適用：減少材料的切削量以及加工量

　　3.低成本合金的設計與開發

　?。?）高成本合金元素的減少

　?。?）低成本置換型元素的利用

　?。?）低成本侵入型輕元素的利用

　?。?）可循環材料的利用

　　4.通過控制組織構成提高性能

　　5.開拓應用領域

　　鈦合金的低成本化必須解決以上問題，這一問題的解決需要很長時間。通過下功夫解決上述問題，鈦合金的低成本化終將會得以實現。