定义与范围

钛加工件是指通过各种机械加工方法，将钛或钛合金原材料加工成具有特定形状、尺寸和性能要求的零部件。这些加工方法包括切削加工（如车削、铣削、钻削等）、锻造、冲压、焊接、表面处理等多种工艺。钛加工件涵盖了众多类型的产品，从简单的钛螺栓、钛轴等到复杂的航空航天结构件、医疗器械部件等。

生产工艺

切削加工

车削：是最常见的钛加工方法之一。在车床上，通过旋转的工件（钛坯料）和直线运动的刀具进行切削，以获得圆柱面、圆锥面、螺纹等形状。由于钛的弹性模量小、导热性差，加工时容易产生振动和较高的切削温度。因此，在车削钛时，需要选择合适的刀具材料（如硬质合金刀具）和切削参数（如较低的切削速度、适当的进给量和切削深度）。例如，切削速度可能比加工普通钢材时降低 30% - 50%。

铣削：利用铣刀在旋转的同时进行轴向或径向进给，对钛材料进行切削。铣削可以加工出平面、沟槽、齿轮等复杂形状。在铣削钛时，同样要注意刀具的选择和切削参数的优化。高速钢铣刀和硬质合金铣刀常用于钛的铣削，并且为了减少刀具磨损，通常采用顺铣方式，同时适当降低切削速度和增加每齿进给量。

钻削：用于在钛材料上加工孔。由于钛的硬度较高且弹性大，钻孔时容易出现钻头折断、孔径扩大等问题。为了提高钻孔质量，需要使用锋利的钻头（如含钴高速钢钻头或硬质合金钻头），并采用合适的冷却润滑方式（如使用专用的钛加工切削液），同时控制好钻削速度和进给量。

锻造工艺

钛锻造是将钛坯料加热到合适的温度范围（一般在 700 - 1000℃左右）后，通过锻造设备（如锻造锤、液压机等）施加压力，使其发生塑性变形，成为所需形状的加工件。锻造过程可以改善钛材的内部组织结构，提高其力学性能，使加工件更加致密均匀。例如，在航空航天领域的一些钛合金结构件锻造中，采用多道次锻造工艺，逐步细化晶粒，提高零件的强度和韧性。

冲压工艺

适用于生产形状相对简单、尺寸较大的钛加工件，如钛板制成的外壳、防护罩等。通过模具将钛板在冲压机的作用下冲压成所需的形状。冲压过程需要精确控制冲压速度、压力和模具的设计，以确保加工件的质量，避免出现裂纹等缺陷。在冲压钛板时，还需要考虑钛的延展性和回弹特性，对模具进行相应的补偿设计。

焊接工艺

当需要将多个钛加工件组合成一个复杂的部件或者连接钛管等材料时，焊接是重要的环节。钛加工件的焊接通常采用钨极氩弧焊（TIG）等方法。在焊接过程中，要严格控制焊接环境，如保持焊接区域的高纯度氩气保护，防止空气中的氧气、氮气等杂质进入焊接熔池，影响焊接质量。焊接后的加工件还需要进行无损检测，如超声检测、射线检测等，以确保焊接部位的质量和加工件整体的性能。

表面处理工艺

酸洗：用于去除钛加工件表面的氧化皮、油污等杂质，使表面清洁。酸洗溶液通常采用氢氟酸和硝酸的混合液，酸洗过程需要严格控制溶液浓度、温度和酸洗时间，避免过度酸洗导致钛材料表面腐蚀。

阳极氧化：通过电解的方式在钛加工件表面形成一层氧化膜，这层氧化膜可以提高钛的耐腐蚀性、耐磨性和表面硬度，同时还可以通过控制氧化工艺参数，使表面呈现出不同的颜色，用于装饰目的。例如，在一些高档手表的钛表壳加工中，阳极氧化可以赋予表壳独特的色泽。

电镀：在钛加工件表面镀上一层其他金属（如镍、铬等），以改善其表面性能。电镀可以提高钛的耐磨性、耐腐蚀性和装饰性。不过，由于钛的表面特性，电镀前需要进行特殊的预处理，以确保镀层与钛基体的良好结合。

性能特点

优异的耐腐蚀性

钛加工件在空气中或氧化性介质中能迅速形成一层致密、稳定的氧化膜（TiO₂），这层氧化膜能够阻止腐蚀介质进一步与钛基体接触，起到自我保护的作用。它对大多数有机酸、无机酸、碱和海水等都有良好的耐腐蚀性。在化工设备、海洋工程等领域，钛加工件可以长期稳定地工作，减少维护和更换的频率。例如，在化工管道系统中的钛阀门加工件，能够抵抗各种腐蚀性介质的侵蚀。

高强度和良好的韧性

钛加工件具有较高的强度，其抗拉强度根据不同的钛材牌号和加工工艺可以达到 300 - 1000MPa 以上。同时，它还具备良好的韧性，能够承受一定程度的冲击和变形而不破裂。这种强度和韧性的组合使得钛加工件在承受外力作用时表现良好，例如在航空航天领域的钛合金机翼加工件，能够满足飞行过程中的强度和韧性要求。

良好的生物相容性

钛加工件具有出色的生物相容性，人体对钛的排异反应极小。在医疗领域，钛加工件可用于制造人工关节、牙科种植体、医疗器械外壳等，能够与人体组织紧密结合，并且在长期使用过程中不会引起严重的炎症等不良反应。

耐高温和低温性能

钛的熔点较高（1668℃左右），在一定温度范围内钛加工件能够保持良好的性能。在高温环境下，虽然其强度会随着温度升高有所下降，但在相对较高的温度（如 300 - 400℃）下，仍然能够保持一定的结构完整性和强度，可用于一些中温环境下的热交换系统等。在低温环境下，钛加工件也表现出良好的性能，如在液态天然气（LNG）输送等低温管道系统中的钛管件加工件，能够避免冷脆现象，保证管道的安全运行。

重量轻

钛的密度约为 4.51g/cm³，相比其他常用金属加工件（如铁加工件、铜加工件），钛加工件重量较轻。在航空航天、汽车等领域应用时，能有效减轻整个系统的重量，从而提高能源效率或车辆的操控性能。例如，在飞机的钛合金起落架加工件，其重量轻有助于减轻飞机自重，减少燃油消耗。

应用领域

航空航天领域

用于制造飞机和航天器的机身结构件、机翼、发动机部件、起落架、航空航天器械的构造件等。例如，在飞机发动机中，钛加工件可以作为叶片、盘等部件，能够承受发动机工作时产生的高温和压力，同时其轻量化的特点有助于减轻飞机重量，提高飞行性能。在航天器的生命保障系统中，钛加工件也用于输送氧气、水等重要物质，凭借其耐腐蚀性和生物相容性确保系统的安全可靠。

医疗领域

是制造人工关节、牙科种植体、骨钉、骨接合器、手术器械、植入式医疗器械的外壳等的重要材料。在人工关节的制作中，钛加工件的生物相容性和良好的力学性能能够使关节与人体组织良好结合，并且能够承受人体的运动负荷。在牙科种植体中，钛加工件可以与牙槽骨紧密结合，恢复牙齿的功能。

化工工业领域

大量应用于化工生产中的腐蚀性介质输送管道、热交换器管道、反应釜、泵体等部件。例如，在硝酸、硫酸等强酸的生产和输送过程中，钛加工件可以有效防止酸液的腐蚀，保证化工设备的长期稳定运行。在化工装置的热交换器中，钛加工件的高导热性和耐腐蚀性能够提高热交换效率，并且减少因腐蚀导致的设备维修和更换频率。

汽车工业领域

随着汽车轻量化的发展，钛加工件在汽车的零部件、排气系统、悬挂系统等部分有一定的应用。在汽车发动机的零部件中，钛加工件可以减轻部件重量，提高发动机的效率；在排气系统中，钛加工件的耐腐蚀性可以抵抗高温尾气的侵蚀；在悬挂系统中，钛加工件能够提供良好的强度和韧性，同时减轻悬挂系统的重量，提升汽车的行驶舒适性和操控性。

电子工业领域

用于制造电子设备的外壳、散热片、电磁屏蔽罩等部件。钛加工件的良好导电性和抗电磁干扰能力可以作为电子设备的电磁屏蔽材料，保护内部电路免受外界电磁信号的干扰。在散热片的制作中，钛加工件的良好导热性可以有效地将电子设备产生的热量散发出去。

海洋工程领域

用于制造船舶的螺旋桨、海水阀门、海洋平台的结构部件等。在船舶螺旋桨中，钛加工件能够抵抗海水的腐蚀和空泡腐蚀，提高螺旋桨的使用寿命；在海水阀门中，钛加工件可以在海水环境中有效控制流体的通断，并且具有良好的密封性；在海洋平台结构部件中，钛加工件能够承受海洋环境的复杂载荷，保证平台的安全性。

建筑领域

在一些高档建筑的外立面、屋顶结构、装饰部件等方面有应用。例如，钛加工件可以作为建筑幕墙的材料，其金属光泽和耐腐蚀性能够为建筑增添美观，同时长期抵抗风雨等自然环境的侵蚀。在建筑屋顶结构中，钛加工件的轻质化和高强度特点可以发挥作用，减轻屋顶的重量，同时保证结构的稳定性。

体育用品领域

用于制造高尔夫球杆、网球拍、自行车车架等体育用品。在高尔夫球杆的制作中，钛加工件的低密度和高强度可以使球杆更轻便，击球时更有力量；在网球拍中，钛加工件能够提供良好的弹性和强度，提升击球的性能；在自行车车架中，钛加工件的轻量化和良好的机械性能可以打造出高性能的自行车，提高骑行的效率和舒适性。

常见的钛加工件牌号及其特点和应用：

工业纯钛

TA0：杂质含量低，强度相对较低，但具有良好的韧性、耐腐蚀性和焊接性，适用于对强度要求不高，但对耐腐蚀性有较高要求的场合，如化工、食品等行业中的一些耐腐蚀零部件.

TA1：强度比 TA0 略高，塑性和韧性良好，易于加工成型，冲压、焊接、可加工性能良好，在大气、海水、湿氯气及氧化性、中性、弱还原性介质中具有良好的耐蚀性，常用于制作飞机的骨架及蒙皮、发动机附件、船舶用耐海水腐蚀管道、阀门、泵等部件.

TA2：强度适中，综合性能较好，是工业上常用的纯钛牌号，其耐蚀性能和综合力学性能适中，可用于制作各种要求一定强度和耐腐蚀性的结构件、容器、管道等.

TA3：杂质含量相对较高，强度也较高，适用于对强度要求较高，而对塑性要求相对较低的场合，如一些承受较大载荷的结构件、机械零件等.

α 型钛合金

TA4：Ti-3Al 合金，室温强度一般低于 β 型和 α+β 型钛合金，但在高温下的强度和稳定性却是三类钛合金中最高的，且组织稳定，抗氧化性和焊接性能好，耐蚀性和可切削加工性能也较好，主要用于高温环境下的结构件，如航空发动机的高温部件等.

TA7：Ti-5Al-2.5Sn 合金，具有中等强度和足够的塑性，焊接性能良好，可在 500℃以下使用，常用于航空航天领域的结构件、发动机部件以及一些要求较高耐腐蚀性和中等强度的化工设备部件等.

β 型钛合金

TB2：Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al 合金，具有较高的强度和良好的韧性，可通过热处理进行强化，主要用于航空航天领域的高强度结构件、紧固件等，但由于其含有较多的合金元素，加工难度相对较大.

TB3：Ti-3.5Al-10Mo-8V-1Fe 合金，强度高，可热处理强化，具有较好的综合性能，适用于制造承受高载荷的航空航天零部件、武器装备部件等.

α+β 型钛合金

TC1：Ti-2Al-1.5Mn 合金，具有良好的综合力学性能和加工性能，强度适中，塑性和韧性较好，可用于制作航空航天领域的一些结构件、机械零件以及化工设备中的耐腐蚀零部件等.

TC2：Ti-4Al-1.5Mn 合金，强度比 TC1 略高，其他性能与之相近，可用于制造要求较高强度和良好耐腐蚀性的结构件、容器、管道等.

TC4：Ti-6Al-4V 合金，是应用最广泛的钛合金之一，具有良好的综合力学性能、耐腐蚀性和可加工性，可通过热处理进行强化，广泛应用于航空航天、船舶、汽车、医疗等领域，如制造飞机发动机的压气机叶片、盘、轴等部件，以及人体植入物等.

TC6：Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si 合金，具有较高的强度和良好的耐热性，可用于制造航空发动机的高温部件、结构件以及一些要求较高强度和耐热性的机械零件等.

TC10：Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Cu-0.5Fe 合金，强度高，韧性好，可通过热处理进行强化，常用于制造航空航天领域的重要结构件、承力件等.

TC11：Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si 合金，具有良好的综合性能，尤其是高温性能和抗蠕变性能优异，是制造航空发动机压气机盘、叶片等高温部件的常用材料之一.

TC12：Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Zr-2Sn-1Nb 合金，强度高，耐腐蚀性好，可用于制造航空航天领域的高强度、耐腐蚀结构件以及一些特殊要求的零部件等.