1、小序

钛从本世纪四十年月实现工业化生产以来，，，，，因其具有比强度高、耐侵蚀性好、无磁、焊接性能好等特点，，，，，并具有超导、贮氢、影象等优点被普遍应用于航天航空、军事工业、海洋开发、石油化工、发电、超导等领域，，，，，拥有“万能金属”、“海洋金属”、“第三金属”、“现代金属”等美誉。。。。。。。随着钛的优异性能一直掘客，，，，，其应用规模还在一直扩大，，，，，将成为继钢、铝之后的第三结构金属。。。。。。。鉴于钛在国防、航空、高科技等领域具有主要的作用，，，，，已被美、俄、英、法等军事强国及日本等国高度重视，，，，，列为重点生长的2l世纪具有战略意义的结构金属。。。。。。。钛科学与手艺的生长，，，，，包括新合金、新熔炼手艺、新加T手艺和应用手艺等方面，，，，，正爆发着日新月异的转变。。。。。。。中国钛工业履历了近40年的风风雨雨，，，，，在国家支持下，，，，，已有了很大的前进，，，，，建设了自已自力的钛工业系统。。。。。。。以2000年中国海绵钛产量1751 t、钛加工材产量2206 t为基数，，，，，2008年中国海绵钛生产了49632t，，，，，8年增添了27.3倍；；；；；；2008年中国生产了钛加工材27737t，，，，，增添了11.6倍。。。。。。。

由于钛合金原质料本钱较高，，，，，外洋70％~80％的钛质料用在航空、航天工业上。。。。。。。我国航空、航天领域对钛合金的需求也特殊大。。。。。。。现在我国在研的先进飞机钛合金用量比例在10％～12％左右，，，，，军用飞机的用钛量比例更高，，，，，在20％~30％左右，，，，，而军用飞机发念头的用钛量比例在30％以上。。。。。。。新型火箭、导弹的用钛量也在增添。。。。。。。

本文主要综述美、俄、英、日、中等国钛在航空、航天领域的研究和应用的希望，，，，，可为我国钛工业的在航空、航天领域的应用和生长起到一定的借鉴作用。。。。。。。

2、结构钛合金生长与应用

随着飞机设计理念逐渐由已往的纯粹静强度转变到清静一寿命、破损一清静，，，，，直至现代的损伤容限设计理念．先进钛合金质料也逐步向具有高断裂韧性和低裂纹扩展速率的损伤容限型钛合金偏向生长。。。。。。。现在，，，，，外洋蓬勃国家已经在新型损伤容限型钛合金质料研制和在先进飞机上的应用方面走在了前线，，，，，特殊是像中强度的Ti-6Al-4V ELI和高强度的Ti-6-222S等，，，，，已经乐成地应用在了美国F-22、F-35和C-17等新一代飞机中。。。。。。。大大地提高了飞机的使用寿命和战斗力。。。。。。。随着飞机设计理念的生长，，，，，钛合金结构的损伤容限设计思绪在我国也最先获得关注。。。。。。。自“十五”以来，，，，，我国先后自主立异开发了TC4-DT中强高韧损伤容限型钛合金和TC21高强高韧损伤容限型钛合金，，，，，并建设了损伤容限型钛合金的β加工手艺，，，，，为我国新型飞机的研制涤讪了质料应用手艺基础。。。。。。。为了知足航空、航天结构用钛合金的生长需要，，，，，我国自主研发了低强高韧性的丝材钛合金(NbTi)和管材合金(TAl8)，，，，，1300 MPa~2 000 MPa系列超高强度钛合金(TB8、TBl9、TB20)等，，，，，起源形成了具有中国特色的飞机结构用新型钛合金质料系统，，，，，涤讪了新一代航空、航天结构用钛合金的应用框架结构。。。。。。。详细性能见表1。。。。。。。

Ti-6Al-4V(TC4)是20世纪60年月初期研制的一种中等强度α-β型钛合金，，，，，具用优良的综合性能，，，，，誉称万能合金，，，，，是最早最普遍用于航空、航天结构的通用钛合金，，，，，包括板材、钛棒材和锻铸件等。。。。。。。该合金有较好的焊接和机械加工性能，，，，，细晶粒合金具有超塑性，，，，，接纳超塑性成形/扩散毗连(SPF/DB)组合工艺可以制造重大构件。。。。。。。

高强度结构钛合金一样平常指抗拉强度在1000MPa以上的合金，，，，，现在代表国际先进水平、并在飞机上获得现实应用的高强度钛合金主要有亚稳固β型合金Ti-15-3、β21S，，，，，近β型合金Ti-1023和α-β型两相钛合金BT22。。。。。。。用高强度结构钛合金取代现在飞机结构中常用的30CrMnSiA高强度结构钢可减重20％以上。。。。。。。

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo(TC21)是20世纪70年月研制的一种高强、高韧、损伤容限型两相钛合金。。。。。。。该合金在热机械处置惩罚后具有强度高、损伤容限性能好等优点，，，，，以及优良的抗疲劳裂纹扩展能力，，，，，适用于制造高强度、高韧性的承力构件。。。。。。。通过添加Si元素使该合金在中温坚持较高强度，，，，，优于Ti-6Al-4V。。。。。。。该合金板材可在室温下举行超塑性成形。。。。。。。

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6)是20世纪70年月后期生长的一种高强、高韧近β型钛合金。。。。。。。该合金具有比强度高、断裂韧性好、淬透面积大、各向异性小、铸造性能好和抗侵蚀能力强等优点，，，，，兼有亚稳B钛合金的诸多优点而不损失α-β钛合金的固溶特征，，，，，能知足损伤容限设计需要和高结构效益、高可靠性及低本钱要求，，，，，最高事情温度320℃。。。。。。。该合金主要产品有棒材、锻件、厚板和型材。。。。。。。通过固溶实时效热处置惩罚可实现强度、塑性和断裂韧性的优异匹配，，，，，适于制造对强度、断裂韧性有较高要求的结构件。。。。。。。通过热机械处置惩罚可获得优良的韧性和低裂纹扩展率，，，，，适于断裂韧性要求高的结构。。。。。。。

3、高温钛合金生长与应用

高温钛合金以其优良的热强性和高比强度，，，，，在航空发念头上获得了普遍的应用。。。。。。。高温钛合金主要用在航空发念头的电扇、压气机中，，，，，如压气机盘、叶片、导航仪、毗连环等。。。。。。。使用钛合金替换原镍基高温合金可使压气机的重量降低30％~35％。。。。。。。外洋先进航空发念头的钛用量比例抵达了25~39％，，，，，如F100发念头的钛合金用量占发念头总重量的25％，，，，，V2500发念头为31％，，，，，F119发念头为39％。。。。。。。高性能航空发念头的生长需求牵引着高温钛合金的生长，，，，，使用温度逐步提高，，，，，从20世纪50年月以Ti-6Al-4V合金为代表的400℃提高到了以IMl834合金为代表的600℃。。。。。。。在600℃以上，，，，，蠕变抗力和高温抗氧化性的急剧下降是限制钛合金向更高温度生长的两大主要障碍。。。。。。。因此，，，，，600℃被以为是钛合金生长的“热障”温度。。。。。。。

多年来，，，，，为了知足高性能航空发念头的需求，，，，，西欧、俄罗斯等航空工业蓬勃国家十分重视高温钛合金的研发，，，，，先后研制出了在350~600℃使用的高温钛合金。。。。。。。前苏联在20世纪50年月末期就开发出了BT6，，，，，BT3-l，，，，，BT8，，，，，BT9等牌号的钛合金，，，，，六七十年月又研制出了BT18、BT25合金。。。。。。。以后，，，，，为了提高高温钛合金的性能和事情寿命，，，，，在原有合金的基础上刷新研制BT18y，，，，，BT25y，，，，，BT8M，，，，，BT8-1和BT8M—l等牌号的高温钛合金。。。。。。。近年来又研发了BT36钛合金，，，，，划分用于HK8，，，，，IIC90A等发念头。。。。。。。同样，，，，，美国也将Ti64，，，，，Ti811，，，，，Ti6242等钛合金划分用于JT90，，，，，F-110等先进发念头中嘲。。。。。。。典范高温钛合金的主要手艺指标见表2。。。。。。。

俄罗斯的高温钛合金生长很是完善和成熟，，，，，形成了一套完整的钛合金系统。。。。。。。在某一温度级别有两三个可选的高温钛合金牌号，，，，，如可在500℃下使用的合金有BT8、BT9和BT8-1，，，，，550℃使用的合金有BT25和BT25y，，，，，600℃使用的合金有BTl8y和BT36。。。。。。。俄罗斯推荐BT25y用于航空发念头高压压气机450~550℃下使用的轮盘和转子叶片，，，，，推荐BTl8y用于550~600℃下使用的轮盘。。。。。。。虽然BT36已研制出来，，，，，但似乎没有受到响应的重视。。。。。。。我国曾引进了俄罗斯生产的BT36合金盘件和棒材，，，，，经剖析，，，，，该合金盘件和棒材上保存大宗的因素偏析，，，，，因素匀称性的问题没有获得很好地解决，，，，，并且其高温性能也没有抵达IMl834合金的水平。。。。。。。

英国的高温钛合金生长得最为成熟，，，，，有自己自力的系统，，，，，形成了差别温度下使用的钛合金牌号系列。。。。。。。到现在为止，，，，，IMl685合金是英国在航空发念头上应用规模最广和数目最多的一种高温钛合金，，，，，如用于Rolls-Royes公司的RB211系列发念头、RBl99发念头、Adour发念头和M53发念头等。。。。。。。IMl829合金用于RB211-535C发念头的高压压气机。。。。。。。制作的后3级盘、鼓筒及后轴用电子束焊为一体，，，，，取代了RB21l-535C上的镍基合金质料，，，，，使转子重量减轻30％。。。。。。。IMl834合金的乐成研制又为一些高性能发念头提供了坚实的手艺支持，，，，，虽然研制出的时间并不长，，，，，但已在多种发念头上获得了试验和应用，，，，，如波音777飞机选用的民用大型发念头Trent700(湍达)，，，，，其高压压气机的所有轮盘、鼓筒及后轴均用IMl834合金，，，，，接纳电子束焊接工艺焊为一体。。。。。。。使得Trent700成为新型民用发念头中第一种接纳全钛高压压气机转子的发念头，，，，，显着地减轻了发念头的重量，，，，，EJ200发念头的高压压气机转子也接纳了IMl834合金。。。。。。。IMl834也正用于普惠公司的PW350发念头上。。。。。。。

美国高温钛合金的生长也较为成熟，，，，，现在在发念头上使用量最大的合金主要是Ti-6Al-4V和Ti-6 242 S。。。。。。。Ti-1 100合金是在Ti-6 242 S合金因素的基础上，，，，，通过调解A1、Sn、Mo和Si元素的含量，，，，，使合金的最高使用温度提高到600℃。。。。。。。据相识，，，，，Ti-1 100合金已用于制造莱康明公司T55-712改型发念头的高压压气机轮盘和低压涡轮叶片等零件。。。。。。。

我国钛合金的生长主要是走仿制的蹊径，，，，，如TC11合金对应的是BT9合金，，，，，TAll、TA19、TC17，，，，，对应的美国牌号划分是Ti-811、Ti-6 242 S和Ti-17。。。。。。。近20年来，，，，，我国最先走边仿制边自行研制的蹊径，，，，，如高温钛合金TA12(Ti-55)，，，，，加人稀土元素Nd；；；；；；Ti-60合金在TAl2合金的基础上，，，，，适当增添了AI、Sn和Si的含量，，，，，进一步提高了合金的高温蠕变性能和强度，，，，，使合金的使用温度抵达了600℃。。。。。。。海内在英国IMl829合金的基础上，，，，，加入稀土元素Gd，，，，，研制了550 ℃高温钛合金Ti-633。。。。。。。最近又在Ti-1 100合金的基础上，，，，，添加了约0.1Y，，，，，命名为Ti-600。。。。。。。

4、低温钛合金生长与应用

低温下使用的结构件要求在坚持一定强度的同时，，，，，还要求有优异的塑性、低的热导率和优良的加工性能。。。。。。。海内外低温用结构质料主要是不锈钢、铝合金、钛合金和镍基合金等113J。。。。。。。钛合金在低温下具有优异的综合性能，，，，，多年来一直受到天下各国的普遍重视。。。。。。。低温下钛合金屈服强度大幅上升，，，，，约为奥氏体不锈钢的3-6倍；；；；；；但断裂韧性随温度降低而降低，，，，，约为奥氏体不锈钢的0.25~0.5。。。。。。。由于钛合金的密度比不锈钢小得多，，，，，并且在低温下热传导率低、膨胀系数小、无磁性，，，，，以是在航空航天、超导等领域作为一种主要的低温工程质料来使用。。。。。。。

在低温下具有bee结构的β钛合金和其他体心立方金属一样，，，，，其塑一脆转变温度(TPR)较高，，，，，随着温度降低，，，，，塑韧性降低，，，，，一样平常不可在低温下使用。。。。。。。α和近α钛合金的TPR普遍很低，，，，，在低温下也有很好的塑性，，，，，因此现在国际上公认的一些低温钛合金基本都属于α和近α钛合金。。。。。。。在α-β钛合金中，，，，，含β相较少的钛合金，，，，，如Ti-6Al-4V ELI，，，，，在液氢温度下(22K)中也能够很好使用。。。。。。。纯钛和Ti-5Al-2.5Sn ELl等α钛合金在液氦温度(4.2K)中是一种理想的低温结构质料，，，，，但必需控制合金因素以外的杂质，，，，，特殊是氧和铁的含量。。。。。。。铁、氧因素的增添使得钛材低温脆性增添，，，，，另外铁、锰等β相稳固元素的增添，，，，，易使质料爆发缺口脆化。。。。。。。

前苏联在低温钛合金的研制及应用方面曾居天下领先水平，，，，，其早期研制的α钛合金OT4，，，，，OT4-1，，，，，BT5-1KT，，，，，HT-3BKT等合金已在航天火箭装备中获得大宗应用。。。。。。。这些合金在2K下强度提高到了1400 MPa，，，，，而延伸率仍坚持在10％以上。。。。。。。美国研制和应用的低温钛合金主要包括Ti-5Al-2.5Sn、Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-6A1-3Nb-2Zr等低温α钛合金。。。。。。。

中国在低温钛合金研制与应用方面比美国及俄罗斯起步要晚一些，，，，，我国继开展了对已有的TA7、TC1、TC4等钛合金的低温性能测试和应用研究之后，，，，，在“九五”时代研制出适用于低温管路系统的钛合金，，，，，合金系为Ti-Al-Zr，，，，，Ti-A1-Zr-Mo，，，，，Ti-Al-Sn-Mo，，，，，Ti-Al-Zr-Sn-Mo等。。。。。。。有关中国研制的型低温钛合金的典范性能见表3。。。。。。。

5、紧固件钛合金生长与应用

外洋钛合金紧固件的应用已经很是普遍，，，，，种种薪新型紧固件一直泛起。。。。。。。大型民用飞机单机钛合金紧固件的用量抵达数十万件。。。。。。。在同样的强度指标下，，，，，钛紧固件比钢的质量要轻70％，，，，，并且，，，，，钛合金的疲劳强度和对应力集中的的敏感性优于类似用途的钢，，，，，在种种天气条伴下具有高的抗侵蚀稳固性，，，，，因此钛紧固件的应用关于航空装备是很是主要的。。。。。。。

5.1 紧固件钛合金的生长

钛合金紧固件主要接纳三类质料：第一类是低Mo当量的α-β型两相合金，，，，，如Ti-6Al-4V；；；；；；第二类是亚稳固β合金，，，，，有美国的βIII，，，，，Ti-44.5Nb，，，，，Ti-15-3以及我国的TB2，，，，，TB3和TB8；；；；；；第三类是亚临界因素的α-β型两相合金，，，，，如俄罗斯的BT16。。。。。。。下表为钛合金紧圊件质料的特征。。。。。。。

Ti-6Al-4V是低Mo当量α-β型两相合金，，，，，在三类合金中β稳固系数最低(只有0.27)，，，，，而铝当量则最高(抵达6)。。。。。。。以是在退火状态的B相含量只有7％(体积分数)。。。。。。。它的优点是密度最低，，，，，强度和疲劳性能最好，，，，，因素最简朴，，，，，半制品本钱最低。。。。。。。但由于室温塑性没有抵达足够高，，，，，以是加工紧固件时需要接纳感应加热举行热镦成形，，，，，以及真空固溶处置惩罚加时效处置惩罚，，，，，加丁本钱较高。。。。。。。

第二类为β合金(如TB2，，，，，TB3，，，，，TB5，，，，，TB8等)，，，，，与α-β型合金完全差别，，，，，β稳固系数很高，，，，，在1.15~1.97规模内，，，，，而铝当量则降低到3左右。。。。。。。以是在固溶处置惩罚时可获得简单β相，，，，，从而能在室温下冷镦成形螺栓和铆钉，，，，，加工本钱低，，，，，弱点是密度高，，，，，强度虽与Ti-6Al-4V相当，，，，，但疲劳性能不如Ti-6Al-4v，，，，，并且因素重大，，，，，半制品本钱高。。。。。。。由于同样需要举行真空时效处置惩罚，，，，，以是制品紧固件的本钱仍要高于Ti-6Al-4V，，，，，而使用温度也比Ti-6Al-4V低。。。。。。。

BTl6合金的密度比Ti-6Al-4V要略高一些，，，，，但显著低于β合金。。。。。。。BT16合金β稳固系数为0.83，，，，，介于上述两类之间，，，，，靠近临界因素(β稳固系数为1)。。。。。。。在β稳固元素和Ti组成的二元合金中，，，，，随着β稳固元素含量

的增添，，，，，晶粒尺寸逐渐减。。。。。。。，，，，在l临界浓度周围，，，，，α和β相数目相等，，，，，晶粒尺寸抵达最小。。。。。。。稳固元素进一步增添时，，，，，晶粒尺寸增添。。。。。。。较小的β晶粒和在退火状态下高达25％(体积分数)的β相含量决议了BT16合金具有优异的室温T艺塑性。。。。。。。以是BTl6合金具备了室温条件下完成紧固件头部的快速镦粗的条件，，，，，即冷镦。。。。。。。

5.2 紧固件钛合金的应用

Ti-6Al-4V是一种中等强度的α-β型两相钛合金，，，，，具有优异的综合性能，，，，，半制品规格齐全，，，，，有棒材、锻件、厚板、薄板、型材和丝材等。。。。。。。该合金长时间事情温度可达400℃，，，，，在航空和航天工业中获得了最普遍的应用，，，，，是美国和西欧各国在航空和航天部分应用的主要紧固件质料。。。。。。。俄罗斯钛合金紧固件主要接纳BT16钛合金。。。。。。。BT16合金属于Ti-Al-Mo-V系α-β型高强钛合金，，，，，主要半制品是热轧棒材和冷镦用磨光棒、丝材，，，，，主要用于制造紧固件，，，，，如螺栓、螺钉、螺母和铆钉等。。。。。。。最高事情温度350℃。。。。。。。该合金在固溶时效状态下的强度比Ti-6Al-4V合金稍低，，，，，主要优点是在退火状态下可以冷镦成形，，，，，因而显着提高了生产效率以冷变形方法制造的紧固件在俄罗斯的机械制造业获得普遍应用，，，，，也是俄罗斯航空和航天部分应用的主要标准件质料，，，，，在本国的某些型号飞机上也获得应用。。。。。。。该合金有两种使用状态：冷变形强化不举行热处置惩罚和热镦成形加固溶时效处置惩罚。。。。。。。

βIII合金于1969年作为紧固件质料列入AMS4977规范，，，，，在飞机上有一些应用，，，，，但在1987年AMS4977B中即宣布：宇航质料部分建议βIII合金不再作为标准件质料用于未来新的设计。。。。。。。据最近资料报道，，，，，该合金已阻止生产。。。。。。。Ti-44.5Nb作为铆钉专用质料于1974年列入AMS4982规范，，，，，2002年修订为AMS4982C，，，，，至今仍然使用，，，，，但只是在Ti-6Al-4V铆钉的头部焊上一小段，，，，，使之举行冷铆。。。。。。。Ti-15-3(TB5)最早是作为薄板于1984年列人AMS4914规范。。。。。。。TB5和TB8在中国划分作为阻力伞粱和导风罩(高温使用)的配套铆钉和螺钉用于某型号飞机。。。。。。。TB2和TB3是我国自行研制的β合金。。。。。。。TB2早期用于板材零件，，，，，后在某些型号上作为铆钉应用。。。。。。。TB3最先即作为螺栓研制的质料，，，，，也已在某些型号上应用。。。。。。。

6、结论

钛是我国生长国防、航空、高科技等领域主要结构质料，，，，，具有主要的战略意义。。。。。。。现在我国的海绵钛和钛加工材的研发水平、产能产量已跻身天下前线，，，，，以后的生长偏向应该着重凭证应用需要，，，，，团结国际生长趋势，，，，，研究开发更高性能的合金，，，，，提高钛生产行业的手艺水平，，，，，由一个钛工业大国向钛工业强国迈进。。。。。。。

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