1、前言
钛合金由于具有比强度高、使用温度规模宽(-269℃～600℃)、抗侵蚀性好和优异的加工性能等，，，，， ，，被普遍应用于航空航天及其发念头结构中 。。。。 。。。近几年来，，，，， ，，天下钛工业生长迅速，，，，， ，，其中50％的市场份额属于航空工业 。。。。 。。。中国钛工业在最近的6年来也快速增添，，，，， ，，其中海绵钛(TitaniumSponge)和钛材(TitaniumProducts)产量都抵达10000t以上，，，，， ，，创历史新高，，，，， ，，中国钛产量占天下钛产量的比例2004年以来一直名列第4位 。。。。 。。。可是，，，，， ，，中国的钛产品结构不是很理想，，，，， ，，化工和体育等用板材和管材占近50％左右，，，，， ，，而航空用大棒材、钛锻件等半制品产量只占10％左右 。。。。 。。。
中国钛工业近几年来虽然获得了快速生长，，，，， ，，但航空结构用钛合金产品(钛锻件和大棒材等半制品)只占10％左右，，，，， ，，距离天下水平的50％差别甚远 。。。。 。。。以是，，，，， ，，增强航空结构用新型钛合金质料手艺及其应用研究，，，，， ，，提高航空结构用钛合金的加工手艺和应用水平，，，，， ，，建设具有中国特色的航空结构用钛合金质料系统，，，，， ，，是提高钛合金在航空工业用量的主要推动力和包管 。。。。 。。。本文从剖析海内外钛合金工业结构特点出发，，，，， ，，重点叙述航空结构用新型钛合金质料及热工艺手艺等方面的最新研究希望 。。。。 。。。
2、航空结构用新型钛合金的研究希望
中国40余年来一直致力于航空结构用新型钛合金方面的研究，，，，， ，，已基本形成了航空结构用钛合金质料系统，，，，， ，，知足了航空结构应用的需要 。。。。 。。。现在，，，，， ，，我国研究的钛合金共有72个牌号，，，，， ，，其中，，，，， ，，投入工业化应用的钛和钛合金牌号有40多个，，，，， ，，象α或近α型钛合金(TA1～TA28)共22个，，，，， ，，β或近β型钛合金(TB2～TB9)共9个，，，，， ，，α-β型钛合金(TC1~TC24)共24个等 。。。。 。。。
2.1飞机结构用新型钛合金研究
开展飞机结构用新型钛合金研究是提高飞机结构钛合金用量和应用水平的主要包管 。。。。 。。。经由几十年的起劲，，，，， ，，中国已经具备自主研发航空结构用新型钛合金的条件和能力 。。。。 。。。现在，，，，， ，，中国已经引进了许多先进的钛合金熔炼与加工装备，，，，， ，，例如，，，，， ，，自动称重与混料系统，，，，， ，，5t~15t真空自耗熔炼炉，，，，， ，，2400kW电子束冷床熔炼炉，，，，， ，，2500／3000t和3500／4000t快锻机，，，，， ，，1300t精锻机，，，，， ，，以及先进的棒线材自动生产线等 。。。。 。。。
为了知足飞机结构用钛合金的生长需要，，，，， ，，近年来，，，，， ，，我国自主研发了几种新型的结构钛合金质料，，，，， ，，例如，，，，， ，，低强高韧性的丝材钛合金(NbTi)和管材合金(TA18)，，，，， ，，中强高韧高损伤容限型钛合金(TC4-DT)，，，，， ，，高强高韧高损伤容限型钛合金(TC21)，，，，， ，，1300MPa-2000MPa系列超高强度钛合金(TB8、TiB19、TiB20)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，，，，， ，，涤讪了新一代飞机结构用钛合金的应用框架结构(见表1) 。。。。 。。。
2.1.1TC21高强高韧高损伤容限钛合金
TC21钛合金是具有我国自主知识产权的新型飞机结构用钛合金，，，，， ，，现在该合金300mm以下大钛棒材具备稳固批量供应的条件 。。。。 。。。TC21钛合金具有高强度、高韧性、高可焊性、低da／dN等性能，，，，， ，，其综协力学性能比美F一22飞机应用的Ti一6—22—22S(美)和苏一27系列飞机普遍应用的BT20(俄)钛合金越发优异，，，，， ，，特殊是具有很是优异的电子束焊接性能(见表2)，，，，， ，，适合于制造飞机大型整体框梁类主要承力构件 。。。。 。。。
2.1.2TC4一DT中强高韧高损伤容限钛合金
TC4一DT钛合金是我国团结纯净化熔炼手艺和新型的处置惩罚工艺手艺而研发的新型中强度高损伤容限型钛合金，，，，， ，，该合金具有很高的韧性、低的疲劳裂纹扩展速率(da／dN)、优异的焊接性能、优良的工艺性能和较低的本钱等综合性能，，，，， ，，特殊适合制造飞机大型整体框梁类主要承力构件 。。。。 。。。现在，，，，， ，，TC4一DT钛合金300mm以下大棒材具备批量供应的能力 。。。。 。。。
2.1.3 44.5NbTi低强高韧性线材钛合金
Ti44.5Nb低强高韧性线材钛合金是美国在航空航天产品中大宗使用的铆钉质料，，，，， ，，在退火态具有较好的拉伸性能(441MPa~490MPa)、剪切强度(365MPa)和高的塑性(延伸率10％，，，，， ，，断面缩短率50％)，，，，， ，，相宜用于复合质料毗连结构的毗连，，，，， ，，与其它的航空铆钉质料相比，，，，， ，，比强度最高，，，，， ，，在美国已镌汰了纯钛铆钉，，，，， ，，在航空航天产品中所有改用钛铌铆钉 。。。。 。。。海内某型号机在生产时，，，，， ，，复合材件的铆接就接纳了入口的这种钛铌铆钉，，，，， ，，单机使用上千件 。。。。 。。。在其它型号机上仍接纳纯钛铆钉，，，，， ，，性能低且不稳固 。。。。 。。。西北有色金属研究院早在20世纪60年月中期就最先了超导质料用NbTi合金的研究，，，，， ，，并于70年月乐成研制出了NbTi合金棒、NbTi单芯线和多芯线材，，，，， ，，现在，，，，， ，，正在开发新一代飞机用铆钉紧固件(见图1)，，，，， ，，以知足航空用紧固件的需要 。。。。 。。。
2.2钛合金新型加工手艺研究
我国在结构钛合金新型加工手艺方面积累了富厚的履历，，，，， ，，通过加工工艺手艺立异性的研究，，，，， ，，一直开发新型的制造手艺，，，，， ，，提高了钛合金的应用水平，，，，， ，，拓展了古板钛合金和新型钛合金的应用规模，，，，， ，，爆发了重大的手艺和经济效益 。。。。 。。。
现在，，，，， ，，生长最成熟和已经在航空结构件中获得应用的新型钛合金加工手艺主要包括新型造和处置惩罚手艺、等温铸造手艺、激光快速成形手艺、先进焊接手艺等 。。。。 。。。
2.2.1新型“准β铸造工艺”及在钛合金飞机构件上的应用
钛合金构件当接纳高温铸造工艺取代通例的α+β铸造时，，，，， ，，由于变形温度高、抗力小、易于成形、制品率高等特点，，，，， ，，在海内外生产上受到高度的重视 。。。。 。。。同时，，，，， ，，高温铸造获得的网篮组织正是大应力高温长时间使用条件下的零件(如盘类零件)所希望获得的组织，，，，， ，，也是高损伤容限长寿命设计所需的高断裂韧性、低疲劳裂纹扩展速率(da／dN)的基本包管，，，，， ，，在飞机结构件的应用方面具有普遍的远景 。。。。 。。。但通俗的艘造工艺由于生产控制难、组织与性能稳固性差、特殊是室温塑性经常降低到不可接受的田地等缘故原由，，，，， ，，在现实生产中难以实验 。。。。 。。。为此，，，，， ，，生长了一种新型的钛合金“准铸造工艺”，，，，， ，，通过控制钛合金重大构件低倍组织和高倍显微组织匀称性，，，，， ，，从基础上解决了网篮组织塑性偏低的难题 。。。。 。。。该工艺可使通俗时钛合金获得高塑性的网篮组织(见图2)，，，，， ，，同时提高钛合金的应用水平，，，，， ，，为损伤容限钛合金的应用涤讪了手艺基础 。。。。 。。。该工艺已经划分在中强度TC6(BT3-1)钛合金、高强度TC18(BT22)钛合金以及高强韧TC21钛合金等现实构件中获得了应用(见图3) 。。。。 。。。对TC6钛合金，，，，， ，，相比通俗铸造工艺、近β铸造工艺，，，，， ，，“准β铸造”工艺获得的模锻件KIC提高25％以上，，，，， ，，da／dN显着降低，，，，， ，，平滑疲劳极限提高14％以上 。。。。 。。。并且，，，，， ，，经准β铸造和通俗退火处置惩罚后锻件的KIC值和ak值都显着高于通例铸造获得的锻件的KIC值和ak值，，，，， ，，由此可以看出准铸造工艺较通例铸造具有优越性，，，，， ，，并且通过通俗退火锻后热处置惩罚可以获得强度．塑性的最佳匹配 。。。。 。。。
2.2.2新型β热处置惩罚工艺及在钛合金飞机构件上的应用
β热处置惩罚工艺已经被普遍应用于航空结构钛合金构件中 。。。。 。。。通过热处置惩罚工艺，，，，， ，，可以提高钛合金的损伤容限性能和高温蠕变性能，，，，， ，，以是在航空发念头盘件以及飞机主要承力结构件中都获得了应用 。。。。 。。。例如，，，，， ，，美F-22飞机上接纳Ti-6AI-4VELI和Ti-6-22-22S合金制造的大型飞机框梁结构件就是接纳热处置惩罚工艺来提高该两个主干钛合金的损伤容限性能的 。。。。 。。。同时，，，，， ，，热处置惩罚工艺也被应用到钛合金铸件中，，，，， ，，以提高钛合金铸件的静强度和疲劳性能 。。。。 。。。图4为通过一种新型热处置惩罚工艺获得的TC4-DT钛合金片层组织结构特征 。。。。 。。。
别的，，，，， ，，钛合金的等温铸造手艺这几年生长也较迅速，，，，， ，，上海宝钢特钢公司通过等温铸造手艺，，，，， ，，乐成的研制出了Ti-17钛合金整体叶盘锻件 。。。。 。。。钛合金的激光快速成形手艺(LRF)则是一种由高功率激光镀覆手艺与快速原型手艺团结而成的金属粉末熔化和直接沉积的新工艺J，，，，， ，，该工艺特点是不需要模具、工装夹具等硬件而在软件驱动下举行柔性加工，，，，， ，，生产周期短、本钱低、近净成形，，，，， ，，特殊适合大型重大薄壁整体结构件的制造，，，，， ，，力学性能抵达或凌驾锻件的水平 。。。。 。。。别的，，，，， ，，LFR工艺也被乐成应用于钛合金和高温合金锻件或铸件的损伤缺陷修复中 。。。。 。。。我国西工大、北航、清华大学等也在激光快速成形手艺方面开展了普遍的研究事情，，，，， ，，其主要力学性能可抵达锻件的水平 。。。。 。。。
钛合金的先进焊接工艺手艺包括自动氩弧焊、电子束焊、摩擦焊(线性、惯性、搅拌)等手艺在钛合金整体化制造手艺中获得了普遍的应用，，，，， ，，例如，，，，， ，，美F-22飞机中大宗接纳高效、性能稳固的电子束焊接手艺，，，，， ，，并获得了较高的减重效果(例如，，，，， ，，接纳电子束焊接手艺在大型前、后梁组合件中实现减重182kg) 。。。。 。。。现在，，，，， ，，摩擦焊手艺先在铝合金中得以实现，，，，， ，，再进一步推广到钛合金的盘一叶片结构、飞机次承力构件上，，，，， ，，然后再推广应用到钛合金的承力构件上，，，，， ，，这一历程还需要突破疲劳性能、变形控制等要害手艺 。。。。 。。。
3、结论
1)近几年中国钛合金获得了快速的生长，，，，， ，，中国已经具备自主研发新型钛合金的能力和条件 。。。。 。。。但我国钛材结构比例还不对理，，，，， ，，航空航天用钛材产量只占总量的10％左右，，，，， ，，与天下的50％水平仍保存相当的差别 。。。。 。。。
2)通过自主研发新型钛合金质料，，，，， ，，生长新型钛合金在航空航天结构件上的应用，，，，， ，，提高钛合金的应用水平，，，，， ，，是增添钛合金在航空航天工业领域的用量、缩短与天下蓬勃国家差别的主要途径和包管 。。。。 。。。
3)通过国家多年的立项研究，，，，， ，，我国已经自主研发了象44.5NbTi、TA18、TC4一DT、TC21、TB8和TiB19等飞机结构用钛合金，，，，， ，，知足了新一代飞机结构质料的需要，，，，， ，，逐渐挣脱“杂”、“乱”、“散”的时势，，，，， ，，起源形成了飞机结构用钛合金质料系统 。。。。 。。。
4)新型的β铸造和β热处置惩罚手艺、等温铸造手艺、激光快速成形手艺、先进焊接手艺等钛合金加工与制造手艺的应用，，，，， ，，在提高钛合金构件的性能的同时，，，，， ，，也增进了钛合金在航空航天领域的应用水平和用量 。。。。 。。。
参考文献
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