航天飞机是主要的、应用范围广的。钛是飞机的主要结构材料，也是航空发动机风扇、压气机和叶片等重要构件的材料，被誉为“太空金属"。飞机越*，钛用量越多，如美国 F22 第四代机用钛含量为41%（质量分数），其F119 发动机用钛含量为39%，是目前用钛含量的飞机。钛合金研究起源于航空，航空工业的发展也促进了钛合金的发展。航空用钛合金的研究一直是钛合金领域中重要、活跃的一个分支，但其发展也极其艰辛，如人们花费十几年的精力克服航空发动机用钛合金的“热障"问题。
本文从合金基体相组成角度对钛合金进行归类。以飞机为的代表，着重介绍钛合金在航空发动机、飞机机身、航空紧固件等方面的应用研究情况。后，分析航空用钛合金发展过程中存在的问题。
1 钛合金的分类
美、英、俄、法、日等国钛合金的分类多为厂家自定，名目繁多。某些公司直接采用元素的化学符号和数字代替所加合金元素及其含量命名，如Ti-6Al-4V（相当于我国的TC4），各国牌号对照及化学成分如表1 所列 。按相组成钛合金可分为：密排六方结构（HCP）的α 型钛合金（包括近α 型合金）—即国内牌号TA、两相混合的α+β 型钛合金—即国内牌号 TC 和体心立方结构（BCC）的β 型钛合金（包括近β型合金）—即国内牌号为 TB 。
1.1 α 型钛合金
退火状态以α 钛为基体的单相固溶体合金为α 型钛合金， 它主要含Al、Sn 等元素。Al 能增加合金的抗拉和蠕变强度，减小钛合金的密度，提高比强度，是钛合金中重要的合金元素。为了限度地发挥铝的固溶强化作用，避免因过量Al 引起合金脆化，高温钛合金的合金化工作应遵循ROSENBERG 提出的当量经验公式，只有这样才能保证合金在提高耐热强度的同时保持良好的热稳定性。α 钛合金中的这些元素通过在相变温度下抑制相变或者提高相变温度而起到稳定作用。与β 型钛合金相比，α 型合金具有良好的抗蠕变性能，强度、可焊性以及韧性，是高温下使用的合金 。同时，α 型合金不存在冷脆性，它也适合在低温环境中使用，扩大了其应用范围。α 型合金锻造性较差，容易产生锻造缺陷，可通过减少每道次加工率和频繁热处理来控制锻造缺陷。α 基体为稳定相，对于给定成分合金而言，其性能变化主要是晶粒大小的变化 ，因为屈服强度和抗蠕变强度均与晶粒大小、变形时储存的能量有关。α 型钛合金不能通过热处理来提高强度，退火后强度基本无变化或少有变化。有些合金含有较多的 Al、Sn、Zr 及少量的β 稳定元素（一般小于2%）。尽管这些合金中含有β 相，但基体主要由α 相组成，在热处理敏感性和加工性能上都与α 型合金很接近，被称为近α 型钛合金。近α 型合金是在人们认识到采用固溶合金元素强化α 基体可以得到高的蠕变强度基础上开发的，大多数近α型合金因具有较好的热稳定性，现在已成为高温钛合金的重要合金种类。它的强化机制是β 相中原子扩散快，易于发生蠕变，β 稳定元素还有抑制α 相脆化的作用（即延缓α 中形成有序相的过程）。
常见的α 型钛合金（包括近α 型合金） 有Ti811（Ti-8Al-1Mo-1V）、Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V、Ti-679（Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo-0.25Si）、BT18（Ti-7.7Al-11Zr-0.6Mo-1Nb-0.3Si） 和Ti6242S（Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si）等，其成分和性能如表2所列。
1.2 α+β 型钛合金
为提高钛合金的强度和韧性，人们研制出α+β 型钛合金。与其他钛合金相比，α+β 合金中同时加入α 稳定元素和β 稳定元素，使α 和β 相得到强化。α+β 合金具有优良的综合性能，如其室温强度高于α 合金的，热加工工艺性能良好，可以进行热处理强化，因此适用于航空结构件。α+β 型钛合金退火组织为α+β 相，β 相含量一般为5%~40%。但其组织不够稳定，使用温度只能到500℃，焊接性能和耐热性低于α 型钛合金。
α+β 型钛合金主要有TC4（Ti-6 A l - 4 V ）
③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。
氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在 0.015%以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。
性能
钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/立方厘米，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25%，断面收缩率ψ=25%，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
强度高
钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，
仅为钢的60%，纯钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
热强度高
使用温度比铝合金高几，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。
抗蚀性好
钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
低温性能好
钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
化学活性大
钛的化学活性大，与大气中O、N、H
钛合金制品
、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20%～30%。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。
导热弹性小
钛的导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。
分类
STAN钛制品
钛是同素异构体，熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。
α钛合金
它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。
β钛合金
它是β相固溶体组成的单相合金，
未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。
α+β钛合金
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。
另外就是镁合金的滑移系根据化学成分的不同也会改变，总而言之，镁合金的化学成分决定其力学性能，变形镁合金主要凸显的性能就是变，需要好的延展性，屈服强度，细化的晶粒。压铸镁合金主要就是铸，表面强度一定要高。
-/hbacbfd/-
所有评论仅代表网友意见，与本站立场无关。