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在航空航天、醫(yī)療器械等高端制造領(lǐng)域，鈦及鈦合金材料憑借其輕質(zhì)、高強度、耐腐蝕等優(yōu)異特性占據(jù)著重要地位。而鈦材料的擠壓成型工藝，直接決定了制品的性能與質(zhì)量，其中金屬流動的均勻性更是核心關(guān)鍵。今天，我們就來詳細解析影響鈦材料擠壓時金屬流動的各類因素，為優(yōu)化工藝提供參考。

鈦材料擠壓的“先天難題”：熱導(dǎo)率低引發(fā)的連鎖反應(yīng)

鈦棒及鈦合金棒坯料有一個顯著特性——熱導(dǎo)率低，這給熱擠壓過程帶來了不少麻煩。當擠壓筒溫度達到400℃時，坯料表層與內(nèi)層的溫差能達到200-250℃。再加上“吸氣強化”的作用，坯料表面和中心的金屬在強度、塑性上會出現(xiàn)巨大差異。

這種差異直接導(dǎo)致擠壓時變形極不均勻：表面層容易產(chǎn)生附加拉應(yīng)力，進而成為制品表面裂口、裂紋的“元兇”。相比鋁合金、銅合金甚至鋼的擠壓，鈦材料的熱擠壓過程更為復(fù)雜，根源就在于其特殊的物理化學性能。

坯料加熱溫度：決定金屬流動的“隱形開關(guān)”

工業(yè)鈦合金的流動行為與溫度密切相關(guān)。研究顯示，在不同相狀態(tài)（α相、α+β相、β相）的溫度區(qū)，金屬流動差異顯著。因此，坯料加熱溫度作為決定金屬相變狀態(tài)的關(guān)鍵，是影響流動特征的主要因素之一。

• 在α或α+β相區(qū)溫度下擠壓，金屬流動更均勻；

• 在β相區(qū)溫度擠壓，流動均勻性較差。

不過，即便在更優(yōu)的相區(qū)溫度下，要獲得高表面質(zhì)量的制品仍有難度。此外，鈦在980℃和1030℃時，會與鐵基、鎳基合金模具形成易熔共晶體，導(dǎo)致模具嚴重磨損，因此鈦合金擠壓必須使用潤滑劑。

影響金屬流動的六大核心因素

1. 擠壓方法：摩擦條件是關(guān)鍵

不同擠壓方法對金屬流動均勻性影響顯著，核心在于改變了摩擦條件：

• 反向擠壓＞正向擠壓：

反向擠壓改變了金屬與擠壓筒的摩擦方向和程度，減少摩擦阻礙，流動更順暢；

• 冷擠壓＞熱擠壓：

冷態(tài)下金屬晶粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各部分變形更一致；熱擠壓雖變形抗力低，但溫度不均易導(dǎo)致流動紊亂；

• 潤滑擠壓＞不潤滑擠壓：

潤滑劑形成的薄膜能減少摩擦，降低流動阻力，提升均勻性。

2. 擠壓速度：越快越容易“亂流”

擠壓速度增加會加劇流動不均勻性。因為速度過快時，金屬各部分來不及協(xié)調(diào)變形，內(nèi)部應(yīng)力分布失衡：靠近擠壓筒內(nèi)壁的金屬因摩擦力大而流速慢，中心部位則流速快，形成明顯差異。

3. 擠壓溫度：溫差是“隱形殺手”

溫度是影響流動的關(guān)鍵因素：

• 溫度升高會降低坯料變形抗力，但會加劇不均勻流動；

• 若擠壓筒、模子加熱不足，坯料外層與中心溫差增大，高溫區(qū)金屬塑性好、流速快，低溫區(qū)則相反；

• 金屬導(dǎo)熱性越好，坯料端面溫度分布越均勻，流動越穩(wěn)定。

4. 金屬強度：強度高則流動更協(xié)調(diào)

在相同條件下，金屬強度越高，流動越均勻。因為高強度金屬的晶粒結(jié)合力強，能更均勻地傳遞應(yīng)力，各部分協(xié)同變形；低強度金屬則易出現(xiàn)局部變形過大或過小的情況。

5. 模角：角度越大，流動越“偏心”

模角（模子端面與中軸線的夾角）對流動影響明顯：

• 模角越大，金屬通過模子時的阻力分布越不均——靠近模子內(nèi)壁的金屬受阻大、流速慢，中心部位則流速快，導(dǎo)致流動紊亂；

• 多孔模擠壓時，若模孔排列合理，可平衡各孔的金屬流動，改善整體均勻性。

6. 變形程度：過猶不及，均衡最佳

變形程度過大或過小都會導(dǎo)致流動不均：

• 變形過小時，金屬內(nèi)部應(yīng)力不足，易出現(xiàn)局部未變形或變形不足；

• 變形過大時，內(nèi)部應(yīng)力劇增，可能產(chǎn)生裂紋，且靠近變形區(qū)的金屬流速過快，遠離區(qū)則過慢。