钛具有良好的抗阻尼，耐腐蚀，无磁无毒，耐热，耐低温，“亲生物性”等优良性能，且在不同的温度下呈现不同的颜色，广泛应用在航空、航天、石油、化工、医疗、体育、日常生活等多个领域。钛产业链上游为钛矿勘探开采及钛冶炼环节，中游为钛材生产制造环节，下游为钛材应用领域。
钛独特的性能使其难以直接进行最终加工，其原材料无法直接满足使用需求，需要先对其“成型”，即通过特定工艺将钛合金原材料（如坯料、铸锭、粉末、板材、熔融金属等）加工成具有特定形状、尺寸和性能的零件或半成品，为后续加工和最终应用打下基础。
钛合金先成型原因
先成型是钛合金从“原材料”到“可用零件”的必经步骤。钛合金需要先成型的原因：
（1）原材料无法直接使用：钛合金强度高、常温下塑性差，并且导热性不佳，直接加工非常困难，弹性模量低，成型后“回弹”效应非常明显。而钛合金的原始形态（如铸锭、粉末）通常是简单块状或颗粒状，没有特定功能结构，无法直接作为零件（如飞机叶片、人工关节）使用。
（2）保障零件性能达标：很多成型工艺（如锻造、热等静压）能通过改变晶粒结构提升钛合金的力学性能。若不先成型而直接加工，零件可能因内部结构缺陷（如疏松、裂纹）无法满足高强度、高可靠性的使用要求。
（3）实现复杂结构与经济性平衡，降低后续加工成本：对于结构极其复杂的零件，传统方法可能需要将零件分块加工再连接，而3D打印这样的先进成型技术可以实现整体近净成型，减少连接弱区，并节省大量材料，对于需要大批量生产的小型精密零件，金属注射成型（MIM）这类工艺具有高效率、高材料利用率的优势，能显著降低单件成本。
钛合金的成型工艺作为钛合金加工的起点，成型本质是“形态转换”和“性能赋予”的结合，核心是根据零件的最终用途，在成本、精度和力学性能之间做权衡，解决形状匹配与性能调控问题。形状匹配即将块状、粉末状等原始形态的钛合金，转变为接近最终零件的形状。性能调控则通过成型工艺改变钛合金的内部组织结构，从而获得强度、韧性、耐腐蚀性等关键使用性能。
钛合金成型工艺不同种类
钛合金成型工艺丰富多样，每种工艺各有侧重，以适应不同应用场景对零件形状、性能和经济性的要求。
1.塑性成型工艺、铸造工艺、粉末冶金工艺。
2.热成型、冷成型、特种工艺成型和其他工艺。
3.减材/成形、增材/近净成形、特种/一次成形。
塑性成型工艺、铸造工艺、粉末冶金工艺
一、塑性成型工艺：适合高性能要求，包含锻造、轧制和挤压。
塑性成型通过外力使钛合金毛坯发生塑性变形，获得所需形状。该工艺能细化晶粒，提升零件的强度和韧性，是航空航天等高应力部件的主要成型方式。
锻造：最常用的塑性成型工艺，通过锻锤或压力机对加热后的钛合金坯料施压。分为自由锻和模锻，模锻能获得更复杂、精度更高的形状，如发动机叶片、起落架零件。
轧制：主要用于生产板材、管材、型材等长条形或片状半成品。通过轧辊的旋转挤压，使坯料厚度减小、长度增加，如飞机机身用钛合金板材。
挤压：将钛合金坯料从模具的特定孔口中挤出，形成管状、棒状或异形截面的型材，适合生产有固定截面的长件，如导管、框架结构件。
二、铸造工艺：适合复杂结构，有熔模铸造、砂型铸造等。
铸造工艺将熔融的钛合金液体注入模具型腔，冷却后获得零件。该工艺能一次成型复杂结构，减少后续加工量，但铸件内部易产生气孔、疏松等缺陷，需额外处理。
熔模铸造（失蜡铸造）：精度最高的钛合金铸造工艺，适合形状复杂、薄壁的零件。通过制作蜡模、涂覆多层耐火材料、熔去蜡模后浇注钛液，如发动机燃烧室、复杂接头。
砂型铸造：成本较低，适合生产大型、结构相对简单的零件。以石英砂等为造型材料制作铸型，浇注后破坏铸型取出零件，如大型壳体类零件。
三、粉末冶金工艺：适合近净成型与难熔合金，有粉末冶金热等静压 (PM-HIP)、选择性激光熔化（SLM）等成型工艺。
粉末冶金将钛合金粉末压制成型后，通过烧结使其致密化。该工艺材料利用率高，能避免大块钛合金锻造的困难，适合特殊性能或复杂结构零件。
粉末冶金热等静压 (PM-HIP)：将钛合金粉末装入金属包套，在高温高压环境下同时加热和加压，使粉末完全致密化。可生产近净形零件，减少后续加工，常用于航空发动机涡轮盘。
选择性激光熔化（SLM）：属于3D打印技术，通过激光逐层熔化钛合金粉末，直接成型复杂三维零件。无需模具，设计自由度极高，适合个性化零件、医疗植入体（如人工关节）。
工艺类型
优势
劣势
典型应用场景
锻造（塑性成型）
力学性能优异，晶粒细化
成本高，复杂结构难成型
起落架、发动机叶片
熔模铸造
复杂结构一次成型，精度高
易产生内部缺陷，性能低于锻造
发动机燃烧室、复杂接头
选择性激光熔化
设计自由度高，近净成型
生产效率低，成本高
医疗植入体、异形复杂零件
热成型、冷成型、特种工艺成型和其他工艺
热成型工艺：如锻造、热挤压、热旋压，将钛合金加热到再结晶温度以上（通常超过800°C）进行塑性变形，属于塑性成型工艺，可降低变形抗力，减少回弹和裂纹风险；但能耗高，可能产生氧化层，尺寸精度相对较低。
冷成型工艺，如冷轧、冷挤压，冷冲压、弯曲、旋压等工艺，是在室温或较低温度下对钛合金进行塑性加工，可获得高精度和良好表面光洁度，节能；但成型力大，材料回弹显著，易导致工具磨损，仅适用于薄板或简单形状。
特种成型工艺，如超塑成形/扩散连接(SPF/DB)、金属注射成形(MIM)、增材制造(3D打印)。
超塑成形/扩散连接(SPF/DB)是在特定温度与速率下，材料呈现超高塑性，并可同时实现扩散连接。
粉末冶金成型工艺，如金属注射成型MIM，将钛合金粉末与粘结剂混合，注射入模具成型，经脱脂和烧结得到最终零件。适合大批量制造小型、复杂三维形状零件，材料利用率高；但可能存在孔隙，原材料（粉末）成本较高。
增材制造技术（3D打印），是使用激光或电子束等高能束源逐层熔化钛合金粉末或丝材，直接制造三维实体，无需模具，可实现极度复杂的几何结构，设计自由度极高；但设备昂贵，表面可能较粗糙，构建效率有待提升。
其他重要工艺，如铸造和焊接。铸造是将熔融的钛合金液体注入模具型腔，冷却后获得零件。焊接则是通过熔池凝固或固态扩散实现零件连接。
减材/成形、增材/近净成形、特种/一次成形
减材/成形工艺，如CNC加工（计算机数控加工）、锻造、轧制/拉伸/挤压等工艺。CNC加工（计算机数控加工）通过计算机控制机床对钛合金坯料进行切削、磨削，优点是精度高，表面质量好，但材料损耗大，刀具成本高，适合高精度零件和小批量生产。锻造，是在高温下对钛合金坯料施加压力使其塑性变形，可破碎铸态组织，致密性好，适合制造高强度、高韧性的零件毛坯。轧制/拉伸/挤压等工艺，通过轧机、拉伸机或挤压机使加热后的坯料成型，可生产板材、线材和复杂截面型材，适合大批量生产。
增材/近净成形工艺，如3D打印(增材制造)、MIM (金属注射成形)。
特种/一次成形工艺，如铸造工艺、超塑成形工艺。
成型后再加工
经过钛合金成型得到的零件通常只是“近净形”或“毛坯”，还需要通过CNC（计算机数控）切削加工进行精修，以达到最终的精确尺寸和光洁表面。
此外，根据需求，还可能进行热处理以调整内部组织、强化性能，或进行表面处理（如酸洗、喷砂）以去除氧化皮并提高耐腐蚀性。
成型工艺选择
在实际应用中，选择哪种钛合金成型工艺，通常需要综合权衡不同应用场景和性能、成本等因素。比如考虑零件的形状、尺寸和复杂度、批量和成本、性能要求、交货期等。
零件的形状、尺寸和复杂度：复杂、薄壁或大型整体构件可能更适合熔模铸造、增材制造或超塑成形/扩散连接。比如形状极其复杂或具有内流道等特殊结构的零件，更适合使用3D打印或熔模精密铸造。大型板材件可能选择超塑成形，小型精密复杂件则可能考虑MIM；
批量和生产成本：金属注射成形MIM和轧制等工艺在大批量生产的小型精密零件具有成本优势。CNC加工和3D打印在小批量生产和快速原型制造方面更灵活，但单件成本可能较高。
性能要求：对强度、韧性、疲劳性能要求极高的关键承力件，通常选择锻造或粉末冶金热等静压技术。对生物相容性有严苛要求的医疗植入物，则需确保工艺（如MIM或3D打印）能保证材料的纯净度和相容性；
交货周期：3D打印在快速原型制造和缩短新产品研发周期方面优势明显。
尺寸精度和表面质量要求：精密铸造、增材制造后的零件通常需要后续机加工以达到高精度和光洁度。
目前钛合金成型技术的前沿方向
超塑成形/扩散连接(SPF/DB)，是一种组合工艺，将超塑成形（利用材料在特定条件下的极高塑性）与扩散连接（在高温高压下使接触面原子相互扩散形成整体连接）相结合。它能一次性制造出带有内部加强筋的中空整体结构，在航空航天领域用于制造飞机舱门、机身壁板等，能显著减轻重量并减少零件数量和连接件。
增材制造(3D打印)：包括选择性激光熔化（SLM）等技术。它通过激光或电子束等高能束源，按照三维模型数据逐层熔化钛合金粉末或丝材，直接制造出三维实体零件，无需模具，能实现传统方法难以加工的极度复杂的几何结构（如随形冷却流道、点阵结构），适合小批量、定制化的复杂零件制造，如个性化医疗植入体、航空航天领域的轻量化构件，目前折叠屏手机已开始逐步导入钛合金3D 打印技术，例如荣耀 Magic V2中开始应用3D打印制造轴盖，是第一次手机开始大规模使用 3D 打印制造钛合金材料。
粉末冶金热等静压(PM-HIP)：该技术将钛合金粉末填入预制的包套中，抽真空密封后，在高温高压（通常超过100MPa）的惰性气体环境下进行长时间处理。高温使粉末塑性增加，高压促使粉末颗粒间通过扩散和蠕变实现致密化，最终获得接近完全致密、组织均匀的零件。它特别适合制造高性能、形状复杂的近净形零件，如航空发动机的叶轮、机匣等。
钛合金成型也面临一些挑战，例如钛合金在常温下弹性模量较低，成型后回弹现象显著，需要在模具设计时进行补偿或采用热成型工艺。此外，钛在高温下化学活性高，热加工时常需在真空或保护气氛下进行，以防止氧化和吸氢。
未来，钛合金成型工艺正朝着复合制造（如“3D打印+CNC”）、高度自动化和数字化（运用有限元分析等仿真技术优化工艺参数）的方向发展，以期进一步提高效率、精度并降低成本。
