钛的冶炼过程复杂，钛及钛合金加工材生产也比钢、铜、铝和镁合金生产困难得多，用钛材生产加工零件材料的利用率比较低（低于50%），因此成品零部件成本高。

利用铸造生产方法可制造出接近零件形状的铸件，机械加工量小，金属利用率大，生产成本低。钛及钛合金铸造有一定难度，如铸造性能和充填补缩能力比其他常用金属差。随着钛合金铸造工艺，特别是熔模精密铸造工艺的成熟与发展，以及热等静压的应用，钛及钛合金铸件的品质已接近或达到了变形钛合金之间的水平，在飞机机身和发动机上得到了应用，如波音757飞机上用钛铸件约45个；在波音767飞机上应用达60个。美国自1994年至1999年用钛及钛合金铸件平均1455t/a。

铸造钛及钛合金

1）化学成分

铸造钛及钛合金金牌号及化学成分见下表。

2）力学性能

铸造钛及钛合金力学性能见下表。

钛及钛合金铸件生产

1）熔炼铸造设备

目前，工业生产中，钛及钛合金熔炼铸造设备主要是真空自耗电极电弧凝壳炉，可以说绝大部分钛及钛合金铸件，都是用它来生产的。生产电极是用真空自耗电极电弧熔炼炉（自耗炉）。它们的熔炼原理、操作程序和熔炼工艺相似，只是在主要构件的结构和组件的配置上有区别。其他熔炼铸造方法，如真空非自耗电极电弧熔炼铸造、电子束凝壳熔炼铸造、真空等离子弧和真空等例子是熔炼铸造以及真空感应水冷铜坩埚凝壳炉熔炼铸造等设备很少应用。应知道，所有的钛及钛合金熔炼铸造都要采用真空或堕性气体保护。

2）铸造性能

铸造性能主要是指流动性和充填性。影响这两个性能的因素有合金元素的种类和添加量；液态合金的温度；铸型材料和铸型工作面的粗糙度；铸型设计合理程度以及充型和凝固时的压力。也就是说，加入增加流动性的合金元素；适当提高浇注温度；选用热导率和热容量较小的铸型材料（如熔模刚玉陶瓷性），减小铸型工作面的粗糙度从而减小液体金属充型阻力；有条时增加充型和凝固时的压力等，都是提高流动性和充填性有利方法。

3）浇注

目前钛及钛合金铸件成型，基本上采用静止浇注（重力浇注）和离心浇注两种方法。除此之外还有压力铸造、真空加压铸造、真空吸铸和磁力铸造，应用较少。

（1）静止浇注 钛合金静止浇注是一种应用最早、最简单易行和最经济的方法。像其他合金浇注一样，靠浇口杯和直浇道中的金属重力为压头，在重力的作用下使液体钛合金平稳地充填到铸型的各个部位，并建立铸件的顺序凝固的冷却条件，从而得到合格的铸件。

（2）离心浇注 重力浇注的缺点是，铸件致密度不高。如果利用离心力的方法，液体钛合金受到离心力的作用，使浇入的液体钛合金首先充填铸型较远的部位，在离心力作用下凝固，液体不断补充，逐渐凝固，最后能获得充填饱满、组织致密的铸件。

离心浇注重要的条件是在浇入铸型中的液体钛合金中建立起码所需的压力，保持液流的连续性，并在最短时间内到达铸件型腔内，而且还要使液体钛合金的比消耗最低。经验指出，液体钛合金在铸型型腔内的运动线速度不低于0.8m/s，液体钛合金中的压力应大于MPa时，就能获得良好的铸件。离心浇注就能满足这个条件。

4）铸造

（1）硬型铸造 有金属型和石墨型，适合单位生产或小批量生产，零件壁厚不能太薄，需大于4mm的大、中型铸件，否则容易产生浇不满的缺陷。

（2）砂型铸造 钛合金铸造用的型砂，与铝、铜和钢铁铸造用的型砂不同，需 耐高温，一般采用石墨砂和特种耐火砂，加碳质黏结和水玻璃，制造砂型可捣实或压实，烘干，砂型铸造与硬型铸造累死，适合单件生产或小批量生产，零件壁厚大于4mm的形状比较复杂的大、中、小型铸件。

（3）熔模精密铸造 熔模精密铸造发展很快，主要为适应航空、航天技术发展的需要。目前航空、航天工业中用的钛合金铸造结构件，98%以上是用熔模精密铸造生产的。铸型有：熔模石墨型壳、钨面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳等。利用这种方法可生产壁厚小于3mm，品质要求高的各种钛合金铸件。

5）铸件清理与精修

铸件冷却到200℃以下即可清砂、脱壳、切割浇注系统。最好在550~650℃先进性一次消除铸造应力退火（1~2h）。然后进行打磨、喷丸、酸洗。原则上，钛在熔铸过程中将从造型材料或熔炼炉气氛的残留气体中吸收一些杂质组分。这些组分扩散到铸件表面并形成很薄的“α”层，这个薄层应除去。

6）补焊

这是对钛合金铸件缺陷进行修复的工作。除对钛合金铸件不准许补焊的部位外，对冷隔、流痕、裂纹、气孔、缩孔及夹杂等均匀许用补焊方法进行修补。

7）热等静压处理

铸造钛合金零件中，由于各种原因，存在气孔、缩松、缩孔等不致密部位。将逐渐置于惰性气体中，压力达100MPa，温度900℃左右（如Ti-6Al-4V），材料会发生蠕变，铸件内部封闭的气孔、缩松被压实闭合，使合金组织致密，铸件性能得到改善，可靠性大为提高。

8）铸件热处理

钛合金的热处理是通过加热、保温和冷却的方法，来改变合金的相组成和组织结构，从而达到改善性能的一种工艺。钛合金热处理工艺参数的确定的重要依据是β相的转变温度。