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概述
調(diào)研大綱

全球鈦合金行業(yè)呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長的發(fā)展態(tài)勢,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛且不斷拓展,未來,隨著技術(shù)創(chuàng)新和市場拓展的推動,鈦合金行業(yè)將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。

1、行業(yè)及市場環(huán)境發(fā)展趨勢

根據(jù)研精畢智咨詢公司研究報告,鈦合金行業(yè)發(fā)展相對緩慢,近五年增速僅為3.61%。

圖:各個地區(qū)增速情況

各個地區(qū)增速情況

2、產(chǎn)品及技術(shù)發(fā)展趨勢

由于鈦合金的強(qiáng)度較高,無磁,中溫性較好,具有良好的焊接性,耐腐蝕性等特點(diǎn),當(dāng)前已被廣泛地應(yīng)用在航空領(lǐng)域,武器裝備,艦艇以及一些輕型的火炮等方面。

在鈦中加入一些合金元素,根據(jù)所形成的鈦合金的特性,通常把鈦合金分為以下幾種:

 (1)α相鈦合金。這種鈦合金是一種密排六方晶格結(jié)構(gòu)的合金,有很強(qiáng)的韌性和高強(qiáng)度,在高溫下具有很強(qiáng)的抗氧化的能力。其缺點(diǎn)是成型性較差,只能在高溫環(huán)境下應(yīng)用。

 (2)β相鈦合金。這種鈦合金是體心立方結(jié)構(gòu)的合金,具有較好的成型性,但會在受到污染的情況下容易損壞,所以應(yīng)用的方面不多,需要達(dá)到一定的時效后才能提高它的強(qiáng)度。

 (3)α+β相合金。這種鈦合金具有良好的室溫強(qiáng)度,易成型,但其熱強(qiáng)性不太理想。經(jīng)熱處理強(qiáng)化后,適用在具有較高強(qiáng)度要求的部件當(dāng)中,不僅用量大,且用途也較為廣泛。

由于鈦合金在高溫與低溫的環(huán)境下其性能都較好,所以適用的工作范圍很廣。具有較小的密度和高強(qiáng)度,所以它的比強(qiáng)度值較高。同時在海水,大氣或者是酸、堿度的條件下具有良好的抗蝕性,使得鈦合金在眾多的金屬材料成為被最優(yōu)選的耐蝕材料。而它的熱導(dǎo)率會較低,一般適用在各種的隔熱構(gòu)件當(dāng)中。

由于鈦合金含有多種合金元素,其中含有一些高激活能元素,其在合金內(nèi)呈相對穩(wěn)定的狀態(tài),所以鈦合金在塑性變形方面具有很大能量,也具有一定的加工性。但是鈦合金的導(dǎo)熱性較差,在切削加工時,切削熱量會聚集于刀具上,不像鋁的切削加工,其切削熱被切屑帶走。因而使得鈦合金材料熱負(fù)荷較大,而損壞刀具。因此常見的通過提升單位時間范圍內(nèi)的切除量來提高生產(chǎn)效率的方法,并不適用于鈦合金材料的加工。所以應(yīng)該針對不同鈦合金材料,應(yīng)選擇合適的加工方法。

 (一)鈦合金具有很高的強(qiáng)度,韌性大,其硬度也大,所以在切削加工時硬化問題比較嚴(yán)重,需要配合退火處理。尤其當(dāng)工件表面有劃傷或存在切口時,由于它們對變形速度非常敏感,在切削加工過程中極易產(chǎn)生擦傷或裂紋,所以加工時必須控制加工速度,以低速進(jìn)行。

 (二)一般情況下鈦合金熱穩(wěn)定性較好,耐高溫,與鋁合金相比,鈦合金的強(qiáng)度會高出很多。在切削加工時,鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)是非常低的,相當(dāng)于鐵和鋁材料的一小部分,它的熱量都集中在切削刀刃上。當(dāng)溫度超出一定的標(biāo)準(zhǔn)時,就會產(chǎn)生高化學(xué)活性,與空氣中的氧和氫發(fā)生反應(yīng),從而降低了它的塑性,在與刀面和切屑相接觸時就會加劇對刀具的磨損。

 (三)切削加工,由于鈦合金與刀具之間存在一定的磨擦,隨著摩擦速度的增大,溫度就會越高,功率也就越大,刀具磨損加快,并且易黏結(jié),從而大大縮短了刀具的使用壽命。所以切削加工刀具的合理選用也是很關(guān)鍵的,通常選用一些硬質(zhì)合金材料如鎢鈷類硬質(zhì)合金的刀具。這樣可以有效預(yù)防加工過程中不良應(yīng)力的產(chǎn)生,保證構(gòu)件的加工精度。

鈦合金在切削加工過程中所表現(xiàn)出的這些特性使得其切削加工變得十分困難,導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低,生產(chǎn)成本增大。因此,在鈦合金切削加工工藝中,需要不斷改進(jìn)加工方案,調(diào)整合理的加工工藝參數(shù),以提高鈦合金加工質(zhì)量。

鈦合金的焊接加工

近些年來,除一些傳統(tǒng)的鈦合金加工技術(shù)以外,也不斷出現(xiàn)了一些新的加工方法,如低溫切削、激光,超聲波以及電磁切削等。特別是隨著焊接技術(shù)的發(fā)展,使得鈦合金的加工應(yīng)用范圍更加廣泛。而因鈦合金物理化學(xué)特性,對其焊接時焊縫容易被氧化、氮化而發(fā)生污染現(xiàn)象,且接頭脆化敏感,因此對它進(jìn)行焊接加工具有很大的挑戰(zhàn)性。

 (一)鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊是鈦合金焊接中最普遍的一種方法,在氬氣的保護(hù)下,以鎢極充當(dāng)電極,焊縫金屬得到良好的保護(hù),但這種焊接方法,焊接生產(chǎn)效率低,焊后結(jié)構(gòu)變形較大,焊接接頭組織晶粒粗大,保護(hù)不良的情況下會嚴(yán)重影響到焊縫質(zhì)量。僅適用于薄板焊接或打底焊。

 (二)激光焊接是一種高能密度的焊接方法,采用該方法對鈦合金進(jìn)行焊接,不僅可以減少傳統(tǒng)加工工藝的缺陷,還可以有效地細(xì)化焊縫的組織晶粒,提高焊縫性能。然而,這種焊接方法的功率較小,被焊工件表面所吸收的激光束是非常低的,存在一些閾值的問題。僅適用于特殊材料或者對加工結(jié)構(gòu)有特殊要求的場合,且限于微小型精密零件的加工,所以較傳統(tǒng)加工工藝更加有難度。

 (三)攪拌摩擦焊,是眾多的新型塑性連接工藝當(dāng)中較好的一種工藝方法。采用攪拌摩擦焊時因焊接加熱溫度低,其焊縫區(qū)域的缺陷最少,并且接頭組織性能良好,可以實(shí)現(xiàn)鈦合金的有效焊接。然而,這種方法對攪拌頭及其材質(zhì)的要求高,且沒有良好的適應(yīng)性,工藝不成熟,所以只能應(yīng)用在簡單構(gòu)件的焊接加工中。

 (四)電子束焊,焊接能量大,穿透性強(qiáng),焊縫深寬比大,隔絕了大氣的污染,焊接接頭性能良好,可實(shí)現(xiàn)鈦合金厚板的焊接。但是這種方法要求在真空的條件下進(jìn)行,受到所加工的零件大小和形狀的限制,不能批量化生產(chǎn),而且對設(shè)備的要求也是很高的,生產(chǎn)成本高,從而也就限制了它的應(yīng)用范圍。

 (五)激光-電弧復(fù)合焊,對于鈦合金來說是一種良好的焊接工藝,結(jié)合了激光焊和電弧焊的優(yōu)點(diǎn),能量密度集中,電弧穩(wěn)定,焊縫性能良好。但是它的焊接工藝參數(shù)較多,不能有效地進(jìn)行控制,操作過程也較為復(fù)雜,所以目前只是處于研究階段。

3、產(chǎn)品價格走勢

圖:產(chǎn)品價格走勢 2019-2024年

產(chǎn)品價格走勢 2019-2024年

4、未來市場消費(fèi)形態(tài)

消費(fèi)者通常是快速變化,獲得或使用新奇產(chǎn)品,更好的體驗(yàn),更好的方便和更快; 尋找和滿足消費(fèi)者的需求,超越期望,更好的服務(wù)。 世界變化很快,特別是在移動互聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)電子領(lǐng)域,現(xiàn)在移動互聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)電子正在改變傳統(tǒng)領(lǐng)域,更高效,更便宜和更強(qiáng)大。

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