航空业对钛合金的需求源于其高强度、低密度、耐腐蚀等优异性能，但钛的加工难度极大（如导热性差、切削力高、易氧化）。以下是航空钛加工领域的六大核心技术，直接影响飞行器的结构性能和制造成本：

一、精密成形技术（Forging & Casting）

1. 等温模锻（Isothermal Forging）

   • 技术：在可控温度下（β相区，~980°C）对钛合金坯料施加压力，避免因温度梯度导致的变形不均。
   • 应用：用于制造航空发动机压气机叶片、机翼主梁等大型复杂件（如GE LEAP发动机钛合金叶片）。
   • 优势：减少后续机加工量，材料利用率超90%。

2. 精密砂型铸造（Investment Casting）

   • 技术：通过陶瓷型壳包裹钛合金熔液（真空浇注），成型复杂空心部件（如燃油喷嘴）。
   • 挑战：型壳材料需耐高温（~1600°C），需避免钛液氧化。
   • 案例：普惠公司JT35发动机涡轮叶片的铸造。

二、高效切削加工（Turning & Milling）

1. 低温高速切削（LHS - Low Temperature Superfinishing）

   • 技术：使用切削液（如液氮冷却）将加工温度降至-50°C以下，抑制钛的塑性变形和氧化。
   • 参数：转速>10,000 rpm，进给量<0.01 mm/r。
   • 应用：加工航空座椅导轨、起落架衬套等高精度部件。

2. 激光辅助加工（LAM）

   • 技术：激光束预热钛合金表面（降低切削力），配合高速铣削去除余量。
   • 优势：减少刀具磨损，加工效率提升30%。
   • 案例：空客A350机身蒙皮激光切割。

三、热处理与表面强化

1. β相区热处理（Beta Annealing）

   • 技术：将钛合金加热至β相转变温度（如Ti-6Al-4V的980°C）并保温，随后快冷至室温，获得均匀细小晶粒。
   • 目的：提升材料强度（抗拉强度>1100 MPa）和疲劳寿命。

2. 激光熔覆（Laser Cladding）

   • 技术：在钛合金表面喷涂高硬度涂层（如TiB2-TiC增强涂层），再经激光熔化固化。
   • 应用：发动机叶片根部耐磨性强化，减少燃气冲刷导致的失效。

四、焊接与连接技术

1. 电子束焊接（EBW）

   • 技术：高能电子束（能量密度>10⁶ W/cm²）在真空环境下熔化钛合金接头，避免氧化。
   • 应用：焊接钛合金机翼结构件（如波音787翼盒）。
   • 挑战：需严格控制热输入以防止热应力裂纹。

2. 摩擦搅拌焊接（FSW）

   • 技术：旋转工具头摩擦软化材料，通过轴向压力实现固态焊接。
   • 优势：无熔化层，接头强度接近母材。
   • 案例：空客A400M货机钛合金货舱地板焊接。

五、表面处理与防护

1. 阳极氧化（Anodizing）

   • 技术：在电解液中电解钛合金，生成多孔氧化膜（厚度5~20 μm），提升耐腐蚀性。
   • 应用：直升机旋翼桨叶的表面防护。

2. 微弧氧化（MAO）

   • 技术：高压微弧放电在钛表面生成陶瓷膜（如SiO₂/TiO₂复合层），耐温达800°C。
   • 用途：航空发动机热端部件的隔热防护。

六、数字化制造与增材技术

1. 粉末冶金（Powder Metallurgy）

   • 技术：钛合金粉末（3D打印原料）经热等静压（HIP）致密化，制造近净成形部件。
   • 优势：减少机加工量，复杂结构件（如燃油喷嘴）的材料利用率达95%。
   • 案例：GE LEAP发动机燃料喷嘴的3D打印。

2. 数值模拟与工艺优化

   • 技术：基于有限元分析（FEA）模拟钛合金加工过程中的应力分布，优化切削参数和热处理工艺。
   • 应用：预测钛合金叶片在加工中的变形，减少试错成本。

七、技术挑战与未来趋势

1. 挑战

   • 成本高昂：钛合金价格是钢的5~10倍，加工废料回收率仅约50%。
   • 工艺瓶颈：大尺寸钛部件（如机翼梁）的变形控制尚未完全解决。

2. 未来方向

   • 绿色制造：开发水基切削液、闭环回收技术（如粉末再生系统）。
   • 智能加工：结合AI实时监测加工状态，自适应调整参数（如振动抑制）。