1、、引言

钛从本世纪四十年代实现丁业化出产以来，，，因其拥有比强度高、、耐侵蚀性好、、无磁、、焊接机能好等特点，，，并拥有超导、、贮氢、、影象等利益被宽泛利用于航天航空、、军事工业、、海洋开发、、石油化工、、发电、、超导等领域，，，占有“全能金属”、、“海洋金属”、、“第三金属”、、“现代金属”等美誉。！Ｋ孀蓬训挠乓旎懿恍萃诰，，，其利用领域还在不休扩大，，，将成为继钢、、铝之后的第三结构金属。！＜陬言诠馈ⅰ⒑娇铡ⅰ⒏呖萍嫉攘煊蛴涤兄匾淖饔，，，已被美、、俄、、英、、法等军事强国及日本等国高度器重，，，列为重点发展的2l世纪拥有战术意思的结构金属。！ｎ芽蒲в爰际醯姆⒄，，，蕴含新合金、、新熔炼技术、、新加T技术和利用技术等方面，，，正产生着日月牙异的变动。！Ｖ泄压ひ稻私40年的风风雨雨，，，在国度支持下，，，已有了很大的进取，，，成立了自已独立的钛工业系统。！Ｒ2 000年中国海绵钛产量1 751 t、、钛加工材产量2206 t为基数，，，2008年中国海绵钛出产了49632t，，，8年增长了27.3倍；；2008年中国出产了钛加丁材27737t，，，增长了11.6倍。！

由于钛合金原资料成本较高，，，国外70％~80％的钛资料用在航空、、航天工业上。！Ｎ夜娇铡ⅰ⒑教炝煊蚨灶押辖鸬男枰渤龈翊。！Ｄ壳拔夜谘械南冉苫押辖鹩昧勘壤10％～12％左右，，，军用飞机的用钛量比例更高，，，在20％~30％左右，，，而军用飞机发起机的用钛量比例在30％以上。！Ｐ滦突鸺ⅰ⒌嫉挠妙蚜恳苍谠龀。！

本文重要综述美、、俄、、英、、日、、中等国钛在航空、、航天领域的钻研和利用的进展，，，可为我国钛工业的在航空、、航天领域的利用和发展起到肯定的借鉴作用。！

2、、结构钛合金发展与利用

随着飞机设计理念逐步由从前的单纯静强度转变到安全一寿命、、破损一安全，，，直至现代的危险容限设计理念．先进钛合金资料也逐步向拥有高断裂韧性和低裂纹扩大速度的危险容限型钛合金方向发展。！Ｄ壳，，，国外蓬勃国度已经在新型危险容限型钛合金资料研制和在先进飞机上的利用方面走在了前列，，，出格是像中强度的Ti-6Al-4V ELI和高强度的Ti-6-222S等，，，已经成功地利用在了美国F-22、、F-35和C-17等新一代飞机中。！４蟠蟮靥岣吡朔苫氖褂檬倜驼蕉妨。！Ｋ孀欧苫杓评砟畹姆⒄，，，钛合金结构的危险容限设计思路在我国也起头得到关注。！Ｗ浴笆濉币岳，，，我国先后自主创新开发了TC4-DT中强高韧危险容限型钛合金和TC21高强高韧危险容限型钛合金，，，并成立了危险容限型钛合金的β加工技术，，，为我国新型飞机的研制奠定了资料利用技术基础。！Ｎ寺愫娇铡ⅰ⒑教旖峁褂妙押辖鸬姆⒄贡匾，，，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，，，初步形成了拥有中国特色的飞机结构用新型钛合金资料系统，，，奠定了新一代航空、、航天结构用钛合金的利用框架结构。！＞咛寤芗1。！

Ti-6Al-4V(TC4钛合金)是20世纪60年代初期研制的一种中等强度α-β型钛合金，，，具用良好的综合机能，，，誉称全能合金，，，是最早最宽泛用于航空、、航天结构的通用钛合金，，，蕴含板材、、棒材和锻铸件等。！８煤辖鹩薪虾玫暮附雍突导庸せ，，，细晶：：：辖鹩涤谐苄，，，选取超塑性成形/扩散衔接(SPF/DB)组合工艺能够制作复杂构件。！

高强度结构钛合金通常指抗拉强度在1000MPa以上的合金，，，目前代表国际先进水平、、并在飞机上获得现实利用的高强度钛合金重要有亚不变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。！Ｓ酶咔慷冉峁诡押辖鸢炷壳胺苫峁怪谐Ｓ玫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年代研制的一种高强、、高韧、、危险容限型两相钛合金。！８煤辖鹪谌然荡χ煤笥涤星慷雀摺ⅰ⑽Ｏ杖菹藁芎玫壤，，，以及良好的抗委顿裂纹扩大能力，，，合用于制作高强度、、高韧性的承力构件。！Ｍü龀i元素使该合金在中温维持较高强度，，，优于Ti-6Al-4V。！８煤辖鸢宀目稍谑椅孪陆谐苄猿尚。！

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6)是20世纪70年代后期发展的一种高强、、高韧近β型钛合金。！８煤辖鹩涤斜惹慷雀摺ⅰ⒍狭讶托院谩ⅰ⒋阃该婊蟆ⅰ⒏飨蛞煨孕　ⅰ⒅旎芎煤涂骨质茨芰η康壤，，，兼有亚稳B钛合金的诸多利益而不失落α-β钛合金的固溶个性，，，能满足危险容限设计必要和高结构效益、、高靠得住性及低成本要求，，，最高工作温度320℃。！８煤辖鹬匾酚邪舨摹ⅰ⒍图、、厚板和型材。！Ｍü倘苁凳毙却χ每墒迪智慷取ⅰ⑺苄院投狭讶托缘挠帕计ヅ，，，适于制作对强度、、断裂韧性有较高要求的结构件。！Ｍü然荡χ每苫竦昧己玫娜托院偷土盐评┐舐，，，适于断裂韧性要求高的结构。！

3、、高温钛合金发展与利用

高温钛合金以其良好的热强性和高比强度，，，在航空发起机上获得了宽泛的利用。！８呶骂押辖鹬匾迷诤娇辗⑵鸹牡缟取ⅰ⒀蛊，，，如压气机盘、、叶片、、导航仪、、衔接环等。！Ｊ褂妙押辖鸫嬖呶潞辖鹂墒寡蛊闹亓拷档30％~35％。！９庀冉娇辗⑵鸹念延昧勘壤锏搅25~39％，，，如F100发起机的钛合金用量占发起机总重量的25％，，，V2500发起机为31％，，，F119发起机为39％。！８呋芎娇辗⑵鸹姆⒄剐枰Ｒ鸥呶骂押辖鸬姆⒄，，，使用温度逐步提高，，，从20世纪50年代以Ti-6Al-4V合金为代表的400℃提高到了以IMl834合金为代表的600℃。！Ｔ600℃以上，，，蠕变抗力和高温抗氧化性的急剧降落是限度钛合金向更高温度发展的两大重要阻碍。！Ｒ蚨，，，600℃被以为是钛合金发展的“热障”温度。！

多年来，，，为了满足高机能航空发起机的需要，，，欧美、、俄罗斯等航空工业蓬勃国度极度器重高温钛合金的研发，，，先后研制出了在350~600℃使用的高温钛合金。！Ｇ八樟20世纪50年代末期就开发出了BT6，，，BT3-l，，，BT8，，，BT9等商标的钛合金，，，六七十年代又研制出了BT18、、BT25合金。！６，，，为了提高高温钛合金的机能和工作寿命，，，在原有合金的基础上改进研制BT18y，，，BT25y，，，BT8M，，，BT8-1和BT8M—l等商标的高温钛合金。！＝昀从盅蟹⒘薆T36钛合金，，，别离用于HK8，，，IIC90A等发起机。！Ｍ，，，美国也将Ti64，，，Ti811，，，Ti6242等钛合金别离用于JT90，，，F-110等先进发起机中嘲。！５湫透呶骂押辖鸬闹匾际踔副昙2。！

俄罗斯的高温钛合金发展极度美满和成熟，，，形成了一套齐全的钛合金系统。！Ｔ谀骋晃露燃侗鹩辛饺隹裳〉母呶骂押辖鹕瘫，，，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。！６砺匏雇萍鯞T25y用于航空发起机高压压气机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。！９倘籅T36已研制出来，，，但似乎没有受到相应的器重。！Ｎ夜硕砺匏钩霾腂T36合金盘件和棒材，，，经分析，，，该合金盘件和棒材上存在大量的成分偏析，，，成分均匀性的问题没有得到很好地解决，，，并且其高温机能也没有达到IMl834合金的水平。！

英国的高温钛合金发展得最为成熟，，，有自己独立的系统，，，形成了分歧温度下使用的钛合金商标系列。！５侥壳拔，，，IMl685合金是英国在航空发起机上利用领域最广和数量最多的一种高温钛合金，，，如用于Rolls-Royes公司的RB211系列发起机、、RBl99发起机、、Adour发起机和M53发起机等。！Ml829合金用于RB211-535C发起机的高压压气机。！Ｖ谱鞯暮3级盘、、鼓筒及后轴用电子束焊为一体，，，取代了RB21l-535C上的镍基合金资料，，，使转子重量减轻30％。！Ml834合金的成功研制又为一些高机能发起机提供了坚实的技术支持，，，固然研制出的功夫并不长，，，但已在多种发起机上得到了试验和利用，，，如波音777飞机选用的民用大型发起机Trent700(湍达)，，，其高压压气机的所有轮盘、、鼓筒及后轴均用IMl834合金，，，选取电子束焊接工艺焊为一体。！Ｊ沟肨rent700成为新型民用发起机中第一种选取全钛高压压气机转子的发起机，，，显著地减轻了发起机的重量，，，EJ200发起机的高压压气机转子也选取了IMl834合金。！Ml834也正用于普惠公司的PW350发起机上。！

美国高温钛合金的发展也较为成熟，，，目前在发起机上使用量最大的合金重要是Ti-6Al-4V和Ti-6 242 S。！i-1 100合金是在Ti-6 242 S合金成分的基础上，，，通过调整A1、、Sn、、Mo和Si元素的含量，，，使合金的最高使用温度提高到600℃。！＞菹嗍，，，Ti-1 100合金已用于制作莱康明公司T55-712改型发起机的高压压气机轮盘和低压涡轮叶片等零件。！

我国钛合金的发展重要是走仿制的路线，，，如TC11合金对应的是BT9合金，，，TAll、、TA19、、TC17，，，对应的美国商标别离是Ti-811、、Ti-6 242 S和Ti-17。！＝20年来，，，我国起头走边仿制边自行研制的路线，，，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，，，适当增长了AI、、Sn和Si的含量，，，进一步提高了合金的高温蠕变机能和强度，，，使合金的使用温度达到了600℃。！９诤⒐鶬Ml829合金的基础上，，，参与稀土元素Gd，，，研制了550 ℃高温钛合金Ti-633。！Ｗ罱衷赥i-1 100合金的基础上，，，增长了约0.1Y，，，定名为Ti-600。！

4、、低温钛合金发展与利用

低温下使用的结构件要求在维持肯定强度的同时，，，还要求有优良的塑性、、低的热导率和良好的加工机能。！９谕獾臀掠媒峁棺柿现匾遣恍飧帧ⅰ⒙梁辖稹ⅰ㈩押辖鸷湍辖鸬113J。！ｎ押辖鹪诘臀孪掠涤杏帕嫉淖酆匣，，，多年来一向受到世界列国的普遍器重。！５臀孪骂押辖鹎强度大幅上升，，，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。！Ｓ捎陬押辖鸬拿芏缺炔恍飧中〉枚，，，并且在低温下热传导率低、、膨胀系数小、、无磁性，，，所以在航空航天、、超导等领域作为一种重要的低温工程资料来使用。！

在低温下拥有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，，，通常不能在低温下使用。！＆梁徒令押辖鸬腡PR普遍很低，，，在低温下也有很好的塑性，，，因而目前国际上公认的一些低温钛合金根基都属于α和近α钛合金。！Ｔ讦-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)中也可能很好使用。！４款押蚑i-5Al-2.5Sn ELl等α钛合金在液氦温度(4.2K)中是一种梦想的低温结构资料，，，但必须节制合金成分以外的杂质，，，出格是氧和铁的含量。！Ｌⅰ⒀醭煞值脑龀な沟妙巡牡臀麓嘈栽龀，，，别的铁、、锰等β相不变元素的增长，，，易使资料产生缺口脆化。！

前苏联在低温钛合金的研制及利用方面曾居世界当先水平，，，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设备中获得大量利用。！Ｕ庑┖辖鹪2K下强度提高到了1400 MPa，，，而延长率仍维持在10％以上。！Ｃ拦兄坪屠玫牡臀骂押辖鹬匾毯琓i-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利用方面比美国及俄罗斯起步要晚一些，，，我国继发展了对已有的TA7、、TC1、、TC4等钛合金的低温机能测试和利用钻研之后，，，在“九五”期间研制出合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。！Ｓ泄刂泄兄频男偷臀骂押辖鸬牡湫突芗3。！

5、、紧固件钛合金发展与利用

国外钛合金紧固件的利用已经极度普遍，，，各类薪新型紧固件不休出现。！４笮兔裼梅苫セ押辖鸾艄碳的用量达到数十万件。！Ｔ谕那慷戎副晗，，，钛紧固件比钢的质量要轻70％，，，并且，，，钛合金的委顿强度和对应力集中的的敏感性优于类似用处的钢，，，在各类气象条伴下拥有高的抗侵蚀不变性，，，因而钛紧固件的利用对于航空设备是极度重要的。！

5.1 紧固件钛合金的发展

钛合金紧固件重要选取三类资料：：：第一类是低Mo当量的α-β型两相合金，，，如Ti-6Al-4V；；第二类是亚不变β合金，，，有美国的βIII，，，Ti-44.5Nb，，，Ti-15-3以及我国的TB2，，，TB3和TB8；；第三类是亚临界成分的α-β型两相合金，，，如俄罗斯的BT16。！Ｏ卤砦押辖鸾艄碳资料的个性。！

Ti-6Al-4V是低Mo当量α-β型两相合金，，，在三类合金中β不变系数最低(只有0.27)，，，而铝当量则最高(达到6)。！Ｋ栽谕嘶鹱刺腂相含量只有7％(体积分数)。！Ｋ睦媸敲芏茸畹，，，强度和委顿机能最好，，，成分最单一，，，半制品成本最低。！５捎谑椅滤苄悦挥写锏阶愎桓，，，所以加工紧固件时必要选取感应加热进行热镦成形，，，以及真空固溶处置加时效处置，，，加丁成本较高。！

第二类为β合金(如TB2，，，TB3，，，TB5，，，TB8等)，，，与α-β型合金齐全分歧，，，β不变系数很高，，，在1.15~1.97领域内，，，而铝当量则降低到3左右。！Ｋ栽诠倘艽χ檬笨苫竦玫ヒ沪孪，，，从而能在室温下冷镦成形螺栓和铆钉，，，加工成本低，，，弊端是密度高，，，强度虽与Ti-6Al-4V相当，，，但委顿机能不如Ti-6Al-4v，，，并且成分复杂，，，半制品成本高。！Ｓ捎谕匾姓婵帐毙Тχ，，，所以制品紧固件的成本仍要高于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。！T16合金β不变系数为0.83，，，介于上述两类之间，，，靠近临界成分(β不变系数为1)。！Ｔ讦虏槐湓睾蚑i组成的二元合金中，，，随着β不变元素含量

的增长，，，晶粒尺寸逐步减小，，，在l临界浓度左近，，，α和β相数量相称，，，晶粒尺寸达到最小。！２槐湓亟徊皆龀な，，，晶粒尺寸增长。！＝闲〉摩戮Я：：：驮谕嘶鹱刺赂叽25％(体积分数)的β相含量决定了BT16合金拥有优异的室温T艺塑性。！Ｋ訠Tl6合金具备了室温前提下实现紧固件头部的急剧镦粗的前提，，，即冷镦。！

5.2 紧固件钛合金的利用

Ti-6Al-4V是一种中等强度的α-β型两相钛合金，，，拥有优异的综合机能，，，半制品规格齐全，，，有钛棒材、、钛锻件、、钛合金板、、薄板、、型材和丝材等。！８煤辖鸪すΨ蚬ぷ魑露瓤纱400℃，，，在航空和航天工业中获得了最宽泛的利用，，，是美国和西欧列国在航空和航天部门利用的重要紧固件资料。！６砺匏诡押辖鸾艄碳重要选取BT16钛合金。！T16合金属于Ti-Al-Mo-V系α-β型高强钛合金，，，重要半制品是热轧棒材和冷镦用磨光棒、、丝材，，，重要用于制作紧固件，，，如螺栓、、螺钉、、螺母和铆钉等。！Ｗ罡吖ぷ魑露350℃。！８煤辖鹪诠倘苁毙ё刺碌那慷缺萒i-6Al-4V合金稍低，，，重要利益是在退火状态下能够冷镦成形，，，因而显著提高了出产效能以冷变形方式制作的紧固件在俄罗斯的机械制作业得到宽泛利用，，，也是俄罗斯航空和航天部门利用的重要尺度件资料，，，在本国的某些型号飞机上也得到利用。！８煤辖鹩辛街质褂米刺：：：冷变形强化不进行热处置和热镦成形加固溶时效处置。！

βIII合金于1969年作为紧固件资料列入AMS4977规范，，，在飞机上有一些利用，，，但在1987年AMS4977B中即颁发：：：宇航资料部门建议βIII合金不再作为尺度件资料用于将来新的设计。！＞葑罱柿媳ǖ，，，该合金已终场出产。！i-44.5Nb作为铆钉专用资料于1974年列入AMS4982规范，，，2002年订正为AMS4982C，，，至今依然使用，，，但只是在Ti-6Al-4V铆钉的头部焊上一小段，，，使之进行冷铆。！i-15-3(TB5)最早是作为薄板于1984年列人AMS4914规范。！B5和TB8在中国别离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。！B2和TB3是我国自行研制的β合金。！B2早期用于板材零件，，，后在某些型号上作为铆钉利用。！B3起头即作为螺栓研制的资料，，，也已在某些型号上利用。！

6、、结论

钛是我国发展国防、、航空、、高科技等领域重要结构资料，，，拥有重要的战术意思。！Ｄ壳拔夜暮Ｃ囝押皖鸭庸げ牡难蟹⑺健ⅰ⒉懿恳氧页錾斫缜傲，，，今后的发展方向应该着重凭据利用必要，，，结合国际发展趋向，，，钻研开发更高机能的合金，，，提高钛出产行业的技术水平，，，由一个钛工业大国向钛工业强国迈进。！

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