河钢研制3D打印钛合金航空发动机零件

河钢高度重视国家战略性新兴产业发展。在增材制造领域,与西门子(中国)签署了增材制造战略合作协议,开启了增材制造实质性合作的新里程。在钒钛产业领域,先后成立了河钢承德钒钛新材料有限公司和河北省钒钛产业技术研究院,为高端制造业发展,推进钒钛产业高端化进程提供了国际化平台。

成功研制钛合金3D打印出航空发动机零部件,代表着河钢在高端钒钛新材料研发与应用以及增材制造技术上取得的新进展,也意味着河钢开启了钒钛高端材料制造新时代。

在这个3D打印的钛合金航空发动机零部件出生地——河钢钒钛技术研究所增材制造服务示范中心,科研团队研究增材制造与新材料技术,针对钛合金粉末产线进行产业链延伸,做终端高端材料,开拓航空航天、军工、汽车、医疗等钛产业链高端客户,并推进战略新兴产业协同。

开发出增材制造用的高端钛合金、含钒特种钢、钒铝合金等金属粉末,不仅可打印航空航天、医疗、汽车制造、模具设计制造、兵器、船舶、核工业等领域的金属部件或结构件,还可打印文化创意领域产品,如模型、道具、日用品等。

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。

第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金,由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好,而成为钛合金工业中的王牌合金,该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%。其他许多钛合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。

20世纪50～60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金,70年代开发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r(TiAl)基合金的出现,使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端(风扇和压气机)向发动机的热端(涡轮)方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。

另外,20世纪70年代以来,还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金,并在工程上获得日益广泛的应用。

世界上已研制出的钛合金有数百种,最著名的合金有20～30种,如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。

据相关统计数据,2012年我国化工行业用钛量达2.5万吨,比2011年有所减少。这是自2009年以来,我国化工用钛市场首次出现负增长。近些年来,化工行业一直是钛加工材最大的用户,其用量在钛材总用量的占比一直保持在50%以上,2011年占比高达55%。但随着经济陷入低迷期,化工行业不但新建项目明显减少,同时还将面临产业结构调整,部分产品新建产能受到控制,落后产能也将逐步淘汰的境地。受此影响,其对钛加工材用量的萎缩也变得顺理成章。在此之前,便有业内人士预测化工行业用钛量在2013~2015年间达到峰值。以当前市场表现看来,2012年整体经济的疲软有可能使得化工用钛的衰退期提前。