在航空航天、医疗器械等高端制造领域，钛及钛合金材料凭借其轻质、高强度、耐腐蚀等优异特性占据着重要地位。而钛材料的挤压成型工艺，直接决定了制品的性能与质量，其中金属流动的均匀性更是核心关键。今天，我们就来详细解析影响钛材料挤压时金属流动的各类因素，为优化工艺提供参考。

 

钛材料挤压的“先天难题”：热导率低引发的连锁反应

钛棒及钛合金棒坯料有一个显著特性——热导率低，这给热挤压过程带来了不少麻烦。当挤压筒温度达到400℃时，坯料表层与内层的温差能达到200-250℃。再加上“吸气强化”的作用，坯料表面和中心的金属在强度、塑性上会出现巨大差异。

这种差异直接导致挤压时变形极不均匀：表面层容易产生附加拉应力，进而成为制品表面裂口、裂纹的“元凶”。相比铝合金、铜合金甚至钢的挤压，钛材料的热挤压过程更为复杂，根源就在于其特殊的物理化学性能。

坯料加热温度：决定金属流动的“隐形开关”

工业钛合金的流动行为与温度密切相关。研究显示，在不同相状态（α相、α+β相、β相）的温度区，金属流动差异显著。因此，坯料加热温度作为决定金属相变状态的关键，是影响流动特征的主要因素之一。

• 在α或α+β相区温度下挤压，金属流动更均匀；

• 在β相区温度挤压，流动均匀性较差。

不过，即便在更优的相区温度下，要获得高表面质量的制品仍有难度。此外，钛在980℃和1030℃时，会与铁基、镍基合金模具形成易熔共晶体，导致模具严重磨损，因此钛合金挤压必须使用润滑剂。

 

影响金属流动的六大核心因素

1. 挤压方法：摩擦条件是关键

不同挤压方法对金属流动均匀性影响显著，核心在于改变了摩擦条件：

• 反向挤压＞正向挤压：

反向挤压改变了金属与挤压筒的摩擦方向和程度，减少摩擦阻碍，流动更顺畅；

• 冷挤压＞热挤压：

冷态下金属晶粒结构稳定，各部分变形更一致；热挤压虽变形抗力低，但温度不均易导致流动紊乱；

• 润滑挤压＞不润滑挤压：

润滑剂形成的薄膜能减少摩擦，降低流动阻力，提升均匀性。

2. 挤压速度：越快越容易“乱流”

挤压速度增加会加剧流动不均匀性。因为速度过快时，金属各部分来不及协调变形，内部应力分布失衡：靠近挤压筒内壁的金属因摩擦力大而流速慢，中心部位则流速快，形成明显差异。

3. 挤压温度：温差是“隐形杀手”

温度是影响流动的关键因素：

• 温度升高会降低坯料变形抗力，但会加剧不均匀流动；

• 若挤压筒、模子加热不足，坯料外层与中心温差增大，高温区金属塑性好、流速快，低温区则相反；

• 金属导热性越好，坯料端面温度分布越均匀，流动越稳定。

4. 金属强度：强度高则流动更协调

在相同条件下，金属强度越高，流动越均匀。因为高强度金属的晶粒结合力强，能更均匀地传递应力，各部分协同变形；低强度金属则易出现局部变形过大或过小的情况。

5. 模角：角度越大，流动越“偏心”

模角（模子端面与中轴线的夹角）对流动影响明显：

• 模角越大，金属通过模子时的阻力分布越不均——靠近模子内壁的金属受阻大、流速慢，中心部位则流速快，导致流动紊乱；

• 多孔模挤压时，若模孔排列合理，可平衡各孔的金属流动，改善整体均匀性。

6. 变形程度：过犹不及，均衡最佳

变形程度过大或过小都会导致流动不均：

• 变形过小时，金属内部应力不足，易出现局部未变形或变形不足；

• 变形过大时，内部应力剧增，可能产生裂纹，且靠近变形区的金属流速过快，远离区则过慢。

 

来源：钛想告诉你

关键词： 钛材料 挤压 金属流动