钛合金因其低密度、高比强和抗蠕变性等优异性能，在航空航天等领域得到了广泛的应用。钛合金具有延展性低、变形抗力大和各向异性明显等特点，因此钛合金对热变形工艺参数十分敏感。本文介绍了物理模拟技术和数值模拟技术及其在钛合金热加工领域的应用。重点阐述了模拟技术在钛合金热变形机制、预测和控制缺陷产生和微观组织演化方面的应用现状，指出了目前钛合金热成形模拟中有待解决的问题及发展趋势。

 

钛的冶炼提取技术。钠还原法和镁还原法是生产海绵钛的主要方法，另外有美国的改进型克劳尔法、阿姆斯特朗法、SRI法等，还有导电体介入还原法、Hunter法、Armstrong法等。钛合金熔炼技术。发展了冷床炉熔炼技术，包括电子束冷床炉和等离子冷床炉技术。目前，冷床炉熔炼已达到商业化水平，可熔炼重达25吨的铸锭。能生产无偏析、无夹杂的优质钛及钛合金铸锭，满足航空转动部件对高性能钛材的需求；能生产扁锭、空心锭，简化板材和大管材的后续加工，并可大量回收残钛，但存在成本高、操作复杂等问题。电子束和等离子冷床熔炼工艺在美国、日本等工业发达国家得到了快速发展，电子束已成功应用于纯钛和TC4钛合金的熔炼，等离子束是熔炼复杂成分钛合金的最有效手段。俄罗斯发展了一种类似于冷床炉的熔炼技术，即“凝壳—自耗电极熔炼”。此外，冷坩埚熔炼技术近来也有较大发展，与离心浇铸工艺结合用于钛铸件精密铸造，目前正在制造第二代冷坩埚熔炼炉。第二代冷坩埚炉可大大提高熔化能力，缩短熔炼时间，实现完全悬浮熔炼，消除金属凝壳。我国已将研究感应凝壳熔炼技术列入重点研究项目，在钛合金的熔炼技术方面也取得了很大的发展。2008年，我国共生产钛锭3.4万吨，钛加工材2.4万吨；净出口海绵钛4450吨；净出口钛加工材4083吨，成为海绵钛和钛加工材的净出口国。

 

钛合金通常需要在β单相区或α+β两相区进行热加工来获得具有一定组织和性能的产品。而热加工参数的选择对钛合金的加工性能与显微组织都产生重要的影响。钛合金显微组织的多样性与钛合金多工序的生产过程以及各工序过程的多样性有着规律性的联系。这种复杂联系决定了传统方法很难对钛合金组织与性能进行预测和控制。随着近年计算机与数值模拟技术的发展，微观组织数值模拟方法成为获得主要工艺参数对热成形工件宏观和微观组织影响的定量关系的有力工具。采用数值模拟技术再现微观组织的演化过程，不仅可以加深理解组织变化机理，促进现有理论的发展，而且可以改善材料组织结构和优化材料的制备工艺，从而获得材料预期的力学能。近年来，国内在钛合金热加工领域的研究日渐增多，其中热模拟技术和数值模拟技术在钛合金热变形机制和组织演变规律方面的应用尤为突出。为了获得综合性能较好的钛合金，设计研制出一种加Nd新型600℃高温钛合金Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si-0.8Nd(wt%)，合金的特点是同时含有Mo和Nb两种β稳定元素和一种稀土元素Nd。高温钛合金的发展趋势则是加入稀土元素。我国在这方面做了很多研究，例如Ti55合金和Ti60合金均加入了稀土Nd，向Ti600合金中加入稀土Y及Ti633G合金中加入稀土Gd，在改善合金性能方面均取得了很好的效果。加入稀土元素改善合金热稳定性主要是通过稀土元素与合金基体中的氧作用，形成复杂化合物，净化合金基体，从而提高合金热强性和热稳定性。