全球航空业将坚持强劲增添的势头，，，，，据空客展望，，，，，到2035年航空市场对新增飞机的需求将带来凌驾5万亿美元的投资。。。。。。。。而为了降低燃料消耗和镌汰碳排放，，，，，减重成为飞机制造商关注的焦点问题。。。。。。。。钛合金质料由于具有奇异的高强度-重量比性能，，，，，最早应用于航空工业部分，，，，，用在航空器的多个部件，，，，，如升降架、发念头部件、弹簧、襟翼导轨、气动系统管道和机身部件等。。。。。。。。航空工业对钛合金质料的性能提出了越来越高的要求，，，，，如高强度-重量比，，，，，高抗氧化性能，，，，，断裂韧性、耐侵蚀性能、疲劳强度和抗蠕变性能[1] 。。。。。。。。

航空业已成为钛合金最大用户，，，，，美国的钛材主要应用于航空航天领域，，，，，约占使用总量的60%。。。。。。。。在美国战斗机的更新换代中，，，，，钛合金和复合质料的使用比例一直上升，，，，，第五代战斗机F-35用钛量抵达27%,F-22战机用钛量则高达41%，，，，，其中发念头的叶轮、盘、叶片、机匣、燃烧室筒体和尾喷管等均为钛合金质料制造[2，，，，，3] 。。。。。。。。

本文按质料显微组织类型，，，，，对外洋开发的航空航天领域钛及钛合金主要牌号、应用及生长趋势举行了先容和剖析。。。。。。。。

1、α型钛合金及应用

α合金包括工业纯钛（Commercially Pure,简称CP）及只含α稳固元素和/或中性元素的钛合金[1,4] 。。。。。。。。

1.1 工业纯钛

工业纯钛主要由密排六方晶体(HCP)α相组成，，，，，同时由于源自海绵钛质料剩余杂质某人为添加带来的Fe元素，，，，，工业纯钛中还含有少量的（<5%）的β相，，，，，按拉伸强度按240-550MPa 分 4 个 牌 号 (ASTM 标 准 中 G1、G2、G3 和G4)，，，，，牌号越高其中可以施展间歇固溶强化的氧浓度越高，，，，，因此强度也越高[5] 。。。。。。。。

CP钛主要用于要求具有优异的耐侵蚀性和焊接性能，，，，，但对强度要求不高的领域。。。。。。。。在航空领域，，，，，CP钛主要用于机翼前缘除冰系统的空气加热管，，，，，机舱情形控制系统管道，，，，，液压管道以及种种夹持和支架装置。。。。。。。。

1.2 钛合金Ti-5Al-2.5SnELI

另一类α型钛合金含有α稳固元素Al和中性合金元素Sn，，，，，目的是获得比CP更高的强度。。。。。。。。航空领域最常见的α型钛合金包括Ti-5Al-2.5Sn ELI （Extra low interstitial，，，，，超低间歇），，，，，由俄罗斯和美国开发，，，，，俄罗斯牌号为BT5-1。。。。。。。。该合金是在通俗钛合金Ti-5Al-2.5Sn基础上，，，，，通过降低间歇元素含量,显著提升其在极低温下的强度和韧性，，，，，在20K（-250℃）低温条件下仍具有优异的韧性和较低的热导率[6] ，，，，，主要用于低温容器、低温管道以及液体火箭发念头涡轮油泵叶轮，，，，，如图1所示。。。。。。。。

图1 航天飞机主发念头使用的Ti-5Al-2.5Sn油泵叶轮[5]

2、近α型钛合金及应用

这类合金主要含Al、Sn和Zr以及少量（不凌驾重量2%）低扩散率β稳固元素，，，，，如Mo或Nb、V及Si(不凌驾0.5%)。。。。。。。。加入Mo或Nb可在室温下稳固少量被保存的β相，，，，，以起到某种强化作用。。。。。。。。

近α型钛合金在室温下强度不如α+β或β合金，，，，，但具有优越的抗高温蠕变性能，，，，，由于在高温下仍可坚持足够强度，，，，，这一点关于高温应用尤为主要。。。。。。。。

航空业最常见的近α型钛合金主要牌号包括Ti-3-2.5、Ti-6-2-4-2S、Ti-1100、IMI834以及BT-36。。。。。。。。

（1）Ti-3Al-2.5V(Ti-3-2.5)。。。。。。。。Ti-3Al-2.5V是 美 国 开发的一种近α型钛合金，，，，，在室温顺高温下强度比纯钛横跨20%~50%,适用于飞机和发念头液压和燃油等管路系统。。。。。。。。在波音，，，，，除驱动主升降架的升降架舱液压管道外，，，，，飞机的所有液压管道均接纳Ti-3-2.5。。。。。。。。航天飞机上的大宗油压管路接纳Ti-3Al-2.5V合金无缝管做配管，，，，，能使管路减重40% [7,8] 。。。。。。。。

（2）Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si(Ti-6-2-4-2S)。。。。。。。。由于近α型钛合金抗高温蠕变强度优于α+β合金，，，，，在现代发念头中，，，，，压气机叶片使用两种材质，，，，，前级叶片燃气温度低于300℃，，，，，材质为Ti-6-4，，，，，其余末级材质接纳高蠕变强度合金Ti-6-2-4-2S，，，，，可以在高达540℃下使用。。。。。。。。70年月,美国RMI （Reactive Metals Inc）通过添加Si元素,开发了使用温度凌驾500℃的Ti-6242S合金，，，，，接纳细化β晶？？？？？刂普胱醋橹囊,实现了合金疲劳强度和蠕变强度兼顾,使之在565℃下具有高强度、高刚度、抗蠕变和洽的热稳固性,普遍应用于涡轮发念头部件[4] 。。。。。。。。图2为3-9级钛合金压气机转子。。。。。。。。

图2 波音747发念头7级单体压气机转子，，，，，前5级为Ti-6-4合金，，，，，后两级Ti-6-2-4-2S [5]

（3）Ti-1100 （Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si-0.7O2-0.2Fe）。。。。。。。。Ti-1100近α高温钛合金是Timet为知足新型航空发念头对高温钛合金高抗蠕变性能和高断裂韧性的需求,而在20世纪80年月研制的,该合金现实上是Ti-6242Si的生长型,其使用温度达可593℃ ,现在已用于美国莱康明发念头公司(LYCOMING)的T55-712型发念头[9,10] 。。。。。。。。

（4）Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.5Mo-0.7Nb-0.35Si-0.06C（IMI834）。。。。。。。。IMI834 是 英 国 劳 斯 莱 斯 公 司 (Rolls-Royce，，，，，欧洲最大的航空发念头企业)研制的发念头用高温合金，，，，，事情温度可达600℃。。。。。。。。现在，，，，，一样平常以为它是已投入工业生产的最高温近α钛合金。。。。。。。。834合金主要用于航空发念头环件、压气机轮盘及叶片。。。。。。。。

（5）Ti-6.2Al-2Sn-3.6Zr-0.7 Mo-0.1Y-5.0W-0.15Si(BT36)。。。。。。。。BT36是俄罗斯于1992年研制乐成的一种使用温度在600-650℃的钛合金,该合金在BT18Y的基础上用5%的高熔点W取代1%Nb，，，，，W的加入对合金的室温强度、蠕变和长期性有显着的改善，，，，，提高了合金的热稳固性[11] 。。。。。。。。

3、α+β合金及应用

α+β合金是迄今为止应用最普遍的钛合金。。。。。。。。其具有更高含量的（4-6%）β元素，，，，，因此与近α型钛合金相比，，，，，其β相含量更高，，，，，可以通过热处置惩罚获得更高的强度。。。。。。。。主要强化机制包括在室温下保存亚稳β相，，，，，通过淬火到室温从原始β相天生马氏体。。。。。。。。通过对含有亚稳β相的合金举行时效处置惩罚，，，，，可以在该区域天生片状α，，，，，这样可以在尽可能镌汰塑性损失的情形下提高强度。。。。。。。。

最常用的α+β合金是Ti-6Al-4V（Ti-6-4），，，，，其他航空用α+β合金包括Ti-6Al-6V-2Sn(Ti-662)，，，，，Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.2Si（6-2-2-2-2S），，，，，IMI550(Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si)。。。。。。。。

（1）Ti-6Al-4V（Ti-6-4）。。。。。。。。Ti-6-4是应用最普遍的钛合金质料，，，，，具有优异的综合性能，，，，，常在退火态下使用，，，，，最低拉伸强度896MPa(130ksi)。。。。。。。。

Ti-6-4属于可热处置惩罚强化钛合金，，，，，具有较好的焊接性能、成形性和铸造性能,是机身结构件使用的主要钛合金，，，，，同时用于制造喷气发念头压缩机叶片、叶轮以及升降架和结构件，，，，，紧固件，，，，，支架，，，，，飞机附件，，，，，框架，，，，，桁条结构、管道。。。。。。。。

（2）Ti-6Al-6V-2Sn(Ti-662)。。。。。。。。Ti-662 拉 伸 强 度1030MPa,屈服强度970MPa，，，，，强度高于Ti-6-4，，，，，耐侵蚀性能优异，，，，，焊接和加工性能中等，，，，，用于飞机机身、火箭发念头、核反应堆部件，，，，，近年在石油钻井上应用增多[12,13] 。。。。。。。。

（3）Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.2Si（6-2-2-2-2S）。。。。。。。。6-2-2-2-2S由RMI在1970年月开发，，，，，具有优异的强度、断裂韧性、高温性能，，，，，以及优异的加工性能和焊接性能，，，，，适用于厚型结构件。。。。。。。。用于机身、机翼、发念头结构件[14] 。。。。。。。。该合金强度高，，，，，在退火态的强度1068MPa，，，，，经固溶强化和时效，，，，，可抵达最大强度1241MPa，，，，，并具有较大的损伤容限，，，，，普遍用于战斗机结构件，，，，，如美国空军F-22 Raptor战斗机[15,16] 。。。。。。。。

（4）Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si （IMI550）。。。。。。。。IMI550 由英国帝国金属公司（IMI）研制，，，，，拉伸强度达1100MPa，，，，，屈服强度达940MPa，，，，，使用温度抵达400℃，，，，，用于机身和发念头结构件[17] 。。。。。。。。最早作为抗蠕变合金用于劳斯莱斯飞马和奥林匹斯（Rolls Royce Pegasus and Olympus）发念头，，，，，厥后又用于欧洲民用和军用飞机机身，，，，，如美洲虎（Jaguar）、狂风（Tornado）和空客(Airbus)。。。。。。。。

4、β合金及应用

β合金是强度最高的钛合金，，，，，拉伸强度可达1240MPa。。。。。。。。在经由快速冷却后仍可在室温下保存100%的亚稳β相。。。。。。。。通过运用差别的时效温度和时间，，，，，可以控制某个合金β相基体中α相析出的巨细和比例，，，，，从而获得比α+β合金更高的强度，，，，，选定相宜的时效温度和时间可以获得差别的性能。。。。。。。。除了少数破例，，，，，β合金不必于高温应用，，，，，由于一样平常情形下，，，，，随着温度的升高，，，，，β合金的强度会比近α和α+β合金下降更快，，，，，并且不如近α型钛合金那样具有抗蠕变性能。。。。。。。。

β合金主要用于强度要求较高的结构件，，，，，如飞机升降架，，，，，从波音777最先，，，，，已在多款新型大型商用飞机上应用。。。。。。。。波音777和787接纳β合金的其他构件包括襟翼滑轨、弹簧、辅助动力单位支柱（APU Strut）、灭火罐、夹子和托架以及排气管。。。。。。。。

用于航空的β合金包括Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr、Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-35V-15Cr和Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si。。。。。。。。

（1）Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-10-2-3)。。。。。。。。Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-10-2-3)合金是由美国Timet公司、Boeing公司、Wyman-Gordon于20世纪70年月配合研制的高强近β合金，，，，，乐成应用于飞机升降架主承重梁、机翼和转轴等要害结构件[18] 。。。。。。。。该合金经由在波音757上试用后，，，，，获批正式用在波音777的升降架上，，，，，如图3所示。。。。。。。。以后，，，，，空客也使用Ti-10-2-3用作A380飞机的升降架。。。。。。。。

图3 波音777升降架结构，，，，，该机型是首次使用钛合金升降架的商用飞机[5]

（2）Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr (Ti-5553)。。。。。。。。Ti-5553 合金是由俄罗斯上萨尔达（VSMPO）与欧洲空客公司团结研制的一种新型高强高韧近β钛合金，，，，，其名义因素为Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr，，，，，比Ti-10-2-3合金强度稍高（约莫1240MPa），，，，，经热处置惩罚后，，，，，抗拉强度可凌驾1500MPa，，，，，有一定加工性能优势，，，，，淬透性更佳。。。。。。。。特殊适用于制造大规格承力构件，，，，，如机翼/悬挂讨论、升降架/机翼讨论以及升降架等零件。。。。。。。。波音新型787飞机升降架大部分部件使用Ti-5553合金，，，，，空客A350-1000的升降架部件也使用该合金[19,20] 。。。。。。。。

（3）Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(Ti-15-3-3-3)。。。。。。。。Ti-15-3-3-3是美国70年月研制乐成的亚稳固β型钛合金。。。。。。。。经800℃ 30minAC+540℃ 8hAC处置惩罚,室温拉伸强度达1100MPa,延伸率仍在9%以上。。。。。。。。该合金具有优良的压延性、冷成形性和焊接性能，，，，，是一种理想的航空构件质料[21] 。。。。。。。。

主要用作机身结构件和航空紧固件，，，，，还可用来制作弹簧，，，，，如图4所示。。。。。。。。用β钛合金取代钢质弹簧可以获得70%的减重。。。。。。。。

图4 钛制飞机弹簧[5]

注 ：弹簧A是用Ti-15-3-3-3钛带制作的舱门平衡时钟弹簧。。。。。。。。弹簧B是用β-C钛丝制作的螺旋弹簧，，，，，用作T-45教练机启动杆动力单位弹簧。。。。。。。。

（4）Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo （Ti-6-2-4-6）。。。。。。。。Ti-6-2-4-6是美国Timet公司在20世纪60年月开发的一种高Mo含量的高温钛合金，，，，，具有耐高温性能（使用温度在420℃）、优异的强度、耐侵蚀、焊接及加工性能。。。。。。。。该合金在固溶时效或双重退火后的低周疲劳强度显着高于响应的Ti-6Al-4V合金，，，，，同时具有较高的高温蠕变强度和瞬时强度，，，，，可制造涡轮发念头压气机盘件和叶片[22] 。。。。。。。。

（5）Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr（Ti-17）。。。。。。。。Ti-17 是美国通用电气公司在70年月初期最先研究与开发的β型合金，，，，，强度高、韧性好,室温下屈服强度为1137~1166MPa，，，，，抗拉强度为1196~1235MPa，，，，，延伸率为8%以上。。。。。。。。同时具有优异的抗裂纹生长/疲劳性能和断裂韧性。。。。。。。。主要用作一些新研制强度要求较高的大型飞机发念头电扇盘和气压机盘。。。。。。。。美国通用电气公司和Wyman Gordon公司接纳Ti-17合金制造了发念头用盘件和直升飞机转子卡轴。。。。。。。。日本神户制钢所也最先研制该合金并用于制造发念头盘件[23] 。。。。。。。。

（6）Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr(β-C)。。。。。。。。β-C 是1969年美国RMI公司开发的亚稳β钛合金。。。。。。。。该合金含有更多的固溶体，，，，，拉伸强度可抵达1240 MPa，，，，，由于强度高，，，，，其塑性和容损性能（断裂韧性和疲劳裂纹生长速率）低于α+β合金，，，，，因此不常用于要害承重部件，，，，，通常用作飞机弹簧、紧固件、毗连件及导弹部件。。。。。。。。

研究批注，，，，，将少量C(0.1%)加入β-C，，，，，在时效前举行一定的冷变形，，，，，可以加速时效时代α相析出，，，，，同时镌汰晶界α（GBα）形成，，，，，并促使晶粒细化,可以在获得高达1500MPa强度的同时，，，，，坚持较好的延性[24] 。。。。。。。。

（7）Ti-35V-15Cr（Alloy C）。。。。。。。。只有一种真正的（稳固）β合金具有有限的商业应用价值，，，，，这就是Alloy C,名义因素为Ti-35V-15Cr-0.05C，，，，，由普·惠（Pratt and Whitney公司，，，，，美国最大的两家航空发念头制造公司之一）开发。。。。。。。。由于β稳固合金含量相当高，，，，，因此Alloy C在服役温度下β相不会像通俗β合金那样剖析成α+β相。。。。。。。。该合金室温拉伸性能1071MPa，，，，，屈服强度1023 MPa，，，，，延伸率14.7，，，，，蠕变温度540℃，，，，，由于具有防火（不燃烧）性能，，，，，而被普·惠用作军用发念头的排气系统[25] 。。。。。。。。而其他钛合金在高质量流速下（好比喷气发念头气流），，，，，会爆发燃烧，，，，，供燃烧的“燃料”就是险些所有钛合金中都必不可少的钛和铝。。。。。。。。

（8）Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si（β-21S）。。。。。。。。β-21S(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si) 是 TIMET 开 发 的一种超高强度新型β合金。。。。。。。。该合金强度高，，，，，塑性好，，，，，通过热处置惩罚，，，，，时效到很高的强度水平（抗拉强度>1450MPa），，，，，塑性仍坚持在Ti-1023的水平。。。。。。。。β-21S在加工和使用时代具有显著的抗氧化性能，，，，，更适合加工成薄板。。。。。。。。β-21S比其它β合金能遭受更高的温度，，，，，长时间事情温度可达540℃[26] 。。。。。。。。

由于具有更好的耐高温性能，，，，，这种合金可以用作航空发念头尾椎，，，，，如图5所示，，，，，此处喷口袒露于发念头尾气。。。。。。。。用β-21S取代镍基合金可以大幅度减轻喷口和尾椎的重量。。。。。。。。

图5 装配波音-777发念头β-21S尾椎[5]

5、钛铝合金及应用

钛铝合金，，，，，比近α型钛合金具有更好的耐高温性能。。。。。。。。钛铝合金有多种金属间化合物，，，，，主要有Al含量较少的Ti 3 Al（α2）和Al含量较多的TiAl （?）两种。。。。。。。。其中?合金耐高温能力抵达725℃，，，，，高于通例钛合金的事情温度。。。。。。。。现在已有?合金用于发念头制造，，，，，在商用飞机发念头中用作低压涡轮叶片，，，，，如图6所示。。。。。。。。

图6 用?合金制作747发念头低压涡轮转子叶片[5]

现在波音787的GEnx发念头以及空客A-320NEO和波音737MAX的CFM LEAP发念头最后两级低压涡轮（LPT）事情叶片均釆用?合金Ti-48Al-2Nb-2Cr制造。。。。。。。。

使用这种合金使GEnx发念头每级叶片减重约90kg。。。。。。。。2006年美国GE公司使用Ti-48Al-2Nb-2Cr合金作为在GEnx发念头中第6、7级低压涡轮叶片。。。。。。。。这是钛铝合金首次大规模进入现实要害结构件的应用[27] 。。。。。。。。图7为用?合金制造的GEnx发念头低压涡轮转子。。。。。。。。

图7 用?合金制造的GEnx发念头最后两级低压涡轮转子叶片[5]

6、结语

对美欧航空航天钛及钛合金牌号的梳理剖析批注，，，，，近年来外洋开发的高温钛合金、低温钛合金、高强高韧β型钛合金、阻燃钛合金和损伤容限型钛合金在航空航天领域获得了普遍应用，，，，，代表了航空航天高性能钛合金质料的生长偏向。。。。。。。。

（1）高温钛合金。。。。。。。。20世纪50年月开发的高温钛合金以美国开发的Ti-6Al-4V合金为代表，，，，，其顺应温度为300-350℃[28] 。。。。。。。。厥后开发的高温钛合金以近α型为主，，，，，以美国开发的Ti-6-2-4-2S、Ti-1100，，，，，英国开发的IMI834以及俄罗斯开发的BT-36为代表，，，，，使用温度高达600℃。。。。。。。。高温钛合金以其优良的热强性和高的比强度，，，，，在航空发念头中获得了普遍的应用。。。。。。。。高温钛合金的另一个生长趋势是钛铝合金，，，，，即以钛铝为基础的Ti 3 Al （α2）和TiAl （?）金属间化合物，，，，，其中?合金耐高温能力抵达725℃。。。。。。。。钛铝合金成为未来航空发念头及飞机结构件最具竞争力的质料。。。。。。。。

（2）低温钛合金。。。。。。。。一些钛和钛合金在低温顺超低温下仍能坚持其原有的机械性能。。。。。。。。美国关于低温钛合金的研究主要集中于α型Ti-5Al-2.5Sn ELI以及α+β型钛合金Ti-6Al-4V ELI [6] ，，，，，通过降低间歇元素含量,两种钛合金在20K极低温度下坚持优异的强度和韧性，，，，，用于低温容器、低温管道以及液体火箭发念头叶轮。。。。。。。。

（3）高强钛合金。。。。。。。。高强度钛合金一样平常指抗拉强度在1,000MPa以上的钛合金，，，，，外洋高强钛合金研发主要以美国和俄罗斯为主。。。。。。。。β合金是强度最高的钛合金，，，，，现在代表国际先进水平并在航空领域获得现实应用的高强度钛合金主要为β型钛合金，，，，，如美国Ti-10-2-3、Ti-15-3-3-3和β-21S，，，，，俄罗斯Ti-5-5-5-3-1等，，，，，主要用于强度要求较高的结构件，，，，，如飞机升降架以及机身等部件。。。。。。。。

（4）阻燃钛合金。。。。。。。。为解决航空发念头用钛合金质料的“钛燃烧”问题，，，，，以知足高推重比发念头的需要，，，，，美国和俄罗斯从20世纪70年月最先就开展阻燃钛合金的研制。。。。。。。。阻燃钛合金主要包括两个合金系 ：美国的Ti-V-Cr系Alloy C（T-35V-15Cr）；；；；；；俄罗斯的Ti-Cu-Al系BTT-1、BTT-3 [3] 。。。。。。。。其中Alloy C是一种稳固β型阻燃钛合金，，，，，具有较高的室温顺高温强度，，，，，优异的蠕变强度，，，，，优异的疲劳强度和冷成形性，，，，，已乐成应用于F119发念头的高压压气机机匣、导向叶片和矢量尾喷管。。。。。。。。

（5）损伤容限钛合金。。。。。。。。为了知足新型飞机对证料比强度、抗疲劳性能、裂纹扩展性能、断裂韧性、寿命期本钱等综合性能的要求，，，，，外洋已研制出高断裂韧性和低裂纹扩展速率的

损伤容限型钛合金，，，，，以美国开发的α+β型合金Ti-6Al-4V ELI及Ti-6-2-2-2-2S为代表。。。。。。。。Ti-6Al-4V ELI为中强损伤容限钛合金，，，，，Ti-6-2-2-2-2S为高强损伤容限钛合金，，，，，在美国F-22战斗机获得大宗应用[29] 。。。。。。。。

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