2025年精密铸造行业技术分析：钛合金精密铸造技术在航空航天领域应用现状

  钛合金凭借高比强度、耐腐蚀、耐高温等特性，成为航空航天领域关键结构件的核心材料。精密铸造技术作为实现钛合金复杂构件近净成形的关键手段，通过工艺优化与材料创新，正推动航空航天装备向轻量化、高性能方向发展。当前，我国在钛合金精密铸造领域已取得显著进展，但在技术迭代与市场竞争力方面仍面临挑战。

  一、钛合金精密铸造工艺的技术突破

  《2025-2030年全球及中国精密铸造行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，精密铸造工艺涵盖蜡模制作、模壳制备、熔炼浇注及后处理等核心环节，其技术提升直接决定铸件质量。在蜡模制作方面，传统冲压成型工艺正逐步与增材制造技术融合，激光立体光固化(SLA)、选区激光烧结(SLS)等技术已实现蜡模快速成型，例如激光立体光固化技术生产的蜡模表面光洁度高，适配大型铸件制备，而树脂微滴喷射技术则适合中小型复杂结构件。模壳制备是精密铸造的关键工序，氧化钇(Y₂O₃)和氧化锆(ZrO₂)作为主要耐火材料，通过配方优化可显著提升型壳的抗热震性与溃散性，如陶瓷 / 金属复合铸型技术的应用，使铸件表面质量优于传统石墨型铸件。

  熔炼浇注工艺的智能化与数字化成为趋势，真空自耗电极电弧凝壳炉、等离子弧冷床熔炼炉等设备的升级，实现了钛合金熔体的精确控温与纯净度提升。重力铸造与离心铸造工艺在航空航天领域广泛应用，其中离心铸造可提高钛合金填充复杂型腔的能力，生产最大轮廓尺寸达 1600mm 以上的薄壁异形件，而重力铸造则可制备 2500mm 以上的整体机匣。后处理工艺中，热等静压技术(HIP)能有效消除铸件内部气孔、缩孔等缺陷，如 ZTC4 合金经热等静压处理后，塑性显著改善，同时焊接修补工艺通过惰性气体保护实现表面缺陷修复，保障铸件服役性能。

  二、高性能铸造钛合金材料的开发进展

  精密铸造技术的发展依赖于材料性能的突破。常规铸造钛合金以 α+β 型 ZTC4 和近 α 型 ZTA15 为主，两者总使用量占航空航天领域的 80% 以上。ZTC4 合金通过控制间隙元素含量(氢 0.010%~0.012%、氮 0.01%~0.02%、氧 0.10%~0.15%)，可同时提升强塑性。高温铸造钛合金如 ZTi55、ZTi60 等，使用温度达 550-600℃，其中 ZTi60 合金铸态组织塑性较好，虽强度偏低但通过工艺优化可满足油箱骨架等构件需求。

  耐 600℃以上高温的钛基合金成为研发重点。ZTi65 合金作为耐 650℃高温材料，已实现最大轮廓尺寸超 1200mm 的发动机机匣制备，但焊接工艺仍需完善。TiAl 合金凭借低密度(约 4g/cm³)和优异高温性能，成为镍基合金替代材料，二代 TiAl 合金(如 Ti-48Al-2Cr-2Nb)已用于航空发动机低压涡轮叶片，国内已具备中小尺寸铸件生产能力，但大尺寸(Φ1000mm 以上)铸件因收缩率大、型壳反应等问题尚未工程化应用。Ti₂AlNb 合金使用温度高达 800℃，但铸造工艺不成熟，仅少数单位开展中小型铸件研发，未见大规模应用报道。

  三、钛合金精密铸件在航空航天领域的应用实践

  精密铸造钛合金构件已广泛应用于航空航天关键部位。常规钛合金铸件从早期非关键结构件(如发动机罩、油路导管)逐步拓展至核心承力件，如美国 F-22 战斗机使用 76 件钛合金铸件，包括机翼组件、垂尾方向舵作动筒支座等;我国歼 20 尾翼垂尾采用整体精密铸件，北京航材院成为空客 LEAP 系列发动机钛合金铸件主要供应商。TiAl 合金铸件实现规模化应用，如美国 PCC 公司将 Ti-4822 合金用于 GEnx 发动机低压涡轮叶片，使发动机减重 180kg;国内 45XD 合金叶片已通过国际考核，未来将用于国产大飞机发动机。航天领域中，钛合金铸件在导弹尾翼、卫星支架及火箭壳体等低温、高可靠性场景中表现优异，如薄壁 TiAl 合金弹翼骨架的成功研制，推动了航天装备轻量化进程。

  四、现存挑战与未来发展方向

  当前钛合金精密铸造技术面临多重挑战。新型合金如 ZTi65、TiAl 合金推广缓慢，主要因成分改良依赖锻造数据，研发周期长、成本高。生产成本方面，型壳材料一次性使用、设备投入高及复杂结构件良品率低等问题，导致企业成本压力显著。模拟仿真技术落后于国际水平，国产软件渗透率低，材料数据库不完善，制约了工艺优化效率。此外，增材制造技术的崛起对精密铸造形成竞争，尽管当前粉体成本较高，但未来市场份额可能受其冲击。

  为突破技术瓶颈，需建立 “成分 - 铸造性能 - 力学性能” 数据库，通过高通量计算与机器学习加速合金开发;利用数字孪生技术实现工艺参数智能决策，降低研发周期与废品率;大力发展国产铸造模拟软件，完善核心算法与材料数据库，培养专业人才。同时，需深化 TiAl、Ti₂AlNb 等高温合金的精密铸造工艺研究，解决焊接开裂、型壳匹配等关键问题，提升我国在航空航天高端铸件市场的竞争力。

  钛合金精密铸造技术作为航空航天制造的核心基础，其工艺创新与材料突破直接关乎装备性能提升。未来，随着数字化技术与新型合金的深度融合，精密铸造将在复杂构件一体化成形、极端服役环境材料应用等领域展现更大潜力，推动我国从航空航天大国向强国迈进。

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