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

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简单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、高性能方向进展。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进展前景分析报告》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，其技术提升直接打算铸件质量。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滑度高，适配大型铸件制备，而树脂微滴喷射技术则适合中小型简单结构件。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洁度提升。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简单型腔的力量，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)能有效消退铸件内部气孔、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爱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

精密铸造技术的进展依靠于材料性能的突破。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合金通过掌握间隙元素含量(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意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力量，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尾翼垂尾采纳整体精密铸件，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，将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、高牢靠性场景中表现优异，如薄壁TiAl合金弹翼骨架的胜利研制，推动了航天装备轻量化进程。

四、现存挑战与将来进展方向

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，主要因成分改良依靠锻造数据，研发周期长、成本高。生产成本方面，型壳材料一次性使用、设备投入高及简单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，但将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;大力进展国产铸造模拟软件，完善核心算法与材料数据库，培育专业人才。同时，需深化TiAl、Ti₂AlNb等高温合金的精密铸造工艺讨论，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。将来，随着数字化技术与新型合金的深度融合，精密铸造将在简单构件一体化成形、极端服役环境材料应用等领域呈现更大潜力，推动我国从航空航天大国向强国迈进。

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