1、引言

鈦(tai)(tai)從(cong)本(ben)世紀四(si)十年(nian)代(dai)實(shi)現工(gong)(gong)業(ye)化(hua)生(sheng)(sheng)產以來，因其(qi)具有(you)(you)比強度高、耐腐蝕性(xing)好、無磁、焊接性(xing)能(neng)好等(deng)(deng)(deng)特(te)點，并具有(you)(you)超導(dao)、貯(zhu)氫、記憶(yi)等(deng)(deng)(deng)優(you)(you)點被廣泛應(ying)用(yong)于(yu)航(hang)天(tian)航(hang)空、軍事工(gong)(gong)業(ye)、海(hai)洋開發、石油化(hua)工(gong)(gong)、發電、超導(dao)等(deng)(deng)(deng)領域，擁有(you)(you)“全能(neng)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)”、“海(hai)洋金(jin)屬(shu)(shu)(shu)”、“第(di)三金(jin)屬(shu)(shu)(shu)”、“現代(dai)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)”等(deng)(deng)(deng)美(mei)譽(yu)。隨著鈦(tai)(tai)的(de)(de)優(you)(you)異(yi)性(xing)能(neng)不(bu)斷發掘，其(qi)應(ying)用(yong)范(fan)圍(wei)還在(zai)不(bu)斷擴(kuo)大，將成為繼鋼、鋁之(zhi)后的(de)(de)第(di)三結(jie)(jie)構金(jin)屬(shu)(shu)(shu)。鑒(jian)于(yu)鈦(tai)(tai)在(zai)國防、航(hang)空、高科(ke)技等(deng)(deng)(deng)領域具有(you)(you)重(zhong)要的(de)(de)作用(yong)，已被美(mei)、俄(e)、英、法等(deng)(deng)(deng)軍事強國及(ji)日本(ben)等(deng)(deng)(deng)國高度重(zhong)視，列為重(zhong)點發展的(de)(de)2l世紀具有(you)(you)戰略(lve)意義的(de)(de)結(jie)(jie)構金(jin)屬(shu)(shu)(shu)。鈦(tai)(tai)科(ke)學(xue)與技術(shu)的(de)(de)發展，包括新合金(jin)、新熔煉技術(shu)、新加(jia)T技術(shu)和(he)應(ying)用(yong)技術(shu)等(deng)(deng)(deng)方面(mian)，正(zheng)發生(sheng)(sheng)著日新月異(yi)的(de)(de)變化(hua)。中國鈦(tai)(tai)工(gong)(gong)業(ye)經歷了(le)近40年(nian)的(de)(de)風(feng)(feng)風(feng)(feng)雨雨，在(zai)國家(jia)支持下(xia)，已有(you)(you)了(le)很大的(de)(de)進步(bu)，建立了(le)自已獨(du)立的(de)(de)鈦(tai)(tai)工(gong)(gong)業(ye)體系。以2 000年(nian)中國海(hai)綿鈦(tai)(tai)產量1751t、鈦(tai)(tai)加(jia)工(gong)(gong)材產量2206t為基數，2008年(nian)中國海(hai)綿鈦(tai)(tai)生(sheng)(sheng)產了(le)49632 ，8年(nian)增長了(le)27.3倍(bei)；2008年(nian)中國生(sheng)(sheng)產了(le)鈦(tai)(tai)加(jia)丁材27737t，增長了(le)11.6倍(bei)。

由(you)于鈦(tai)合金(jin)原材(cai)料成本較高，國外(wai)70％一80％的鈦(tai)材(cai)料用在航(hang)空、航(hang)天工(gong)業上。我(wo)國航(hang)空、航(hang)天領域(yu)對鈦(tai)合金(jin)的需求(qiu)也(ye)(ye)特(te)別大。目前我(wo)國在研的先(xian)進飛(fei)機鈦(tai)合金(jin)用量比(bi)(bi)例(li)在10％～12％左(zuo)右，軍用飛(fei)機的用鈦(tai)量比(bi)(bi)例(li)更高，在20％一30％左(zuo)右，而軍用飛(fei)機發動(dong)機的用鈦(tai)量比(bi)(bi)例(li)在30％以上。新型火箭(jian)、導彈的用鈦(tai)量也(ye)(ye)在增加。

本文主要綜述美(mei)、俄(e)、英、日、中等(deng)國鈦(tai)在航空(kong)、航天(tian)領域(yu)的研(yan)究(jiu)和應用的進(jin)展(zhan)(zhan)，可(ke)為我國鈦(tai)工業的在航空(kong)、航天(tian)領域(yu)的應用和發展(zhan)(zhan)起到一定的借鑒作用。

2、結構鈦合金發展與應用

隨著(zhu)飛(fei)機(ji)(ji)設(she)計(ji)(ji)理(li)念(nian)(nian)逐漸由過去的(de)(de)(de)(de)(de)單純靜強(qiang)度(du)轉變到安(an)全(quan)一壽命(ming)、破損(sun)(sun)一安(an)全(quan)，直至(zhi)現代的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)(sun)傷(shang)(shang)容(rong)(rong)(rong)限(xian)設(she)計(ji)(ji)理(li)念(nian)(nian)．先進(jin)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)材(cai)料(liao)也逐步(bu)向(xiang)具(ju)有高斷裂(lie)韌性(xing)和(he)(he)(he)(he)低裂(lie)紋擴(kuo)展(zhan)速率的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)(sun)傷(shang)(shang)容(rong)(rong)(rong)限(xian)型(xing)(xing)(xing)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)方向(xiang)發(fa)展(zhan)。目前，國(guo)(guo)外(wai)發(fa)達(da)國(guo)(guo)家已(yi)經(jing)(jing)在(zai)新(xin)(xin)(xin)型(xing)(xing)(xing)損(sun)(sun)傷(shang)(shang)容(rong)(rong)(rong)限(xian)型(xing)(xing)(xing)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)材(cai)料(liao)研(yan)制(zhi)和(he)(he)(he)(he)在(zai)先進(jin)飛(fei)機(ji)(ji)上的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)方面走在(zai)了(le)前列，特(te)(te)別是像(xiang)中(zhong)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)Ti-6Al-4V ELI和(he)(he)(he)(he)高強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)Ti-6-2222S等(deng)，已(yi)經(jing)(jing)成功地(di)應用(yong)(yong)(yong)在(zai)了(le)美國(guo)(guo)F-22、F-35和(he)(he)(he)(he)C-17等(deng)新(xin)(xin)(xin)一代飛(fei)機(ji)(ji)中(zhong)。大(da)(da)大(da)(da)地(di)提高了(le)飛(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)壽命(ming)和(he)(he)(he)(he)戰斗力。隨著(zhu)飛(fei)機(ji)(ji)設(she)計(ji)(ji)理(li)念(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)，鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)(sun)傷(shang)(shang)容(rong)(rong)(rong)限(xian)設(she)計(ji)(ji)思路在(zai)我(wo)(wo)國(guo)(guo)也開始(shi)得到關(guan)注(zhu)。自“十五(wu)”以(yi)來，我(wo)(wo)國(guo)(guo)先后自主(zhu)創新(xin)(xin)(xin)開發(fa)了(le)TC4一DT中(zhong)強(qiang)高韌損(sun)(sun)傷(shang)(shang)容(rong)(rong)(rong)限(xian)型(xing)(xing)(xing)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)和(he)(he)(he)(he)TC21高強(qiang)高韌損(sun)(sun)傷(shang)(shang)容(rong)(rong)(rong)限(xian)型(xing)(xing)(xing)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)，并建立了(le)損(sun)(sun)傷(shang)(shang)容(rong)(rong)(rong)限(xian)型(xing)(xing)(xing)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)β加(jia)工技術，為我(wo)(wo)國(guo)(guo)新(xin)(xin)(xin)型(xing)(xing)(xing)飛(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)制(zhi)奠(dian)定了(le)材(cai)料(liao)應用(yong)(yong)(yong)技術基礎(chu)。為了(le)滿(man)足(zu)航(hang)空(kong)、航(hang)天結(jie)(jie)構(gou)用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)需要，我(wo)(wo)國(guo)(guo)自主(zhu)研(yan)發(fa)了(le)低強(qiang)高韌性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)絲材(cai)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(NbTi)和(he)(he)(he)(he)管材(cai)合(he)(he)金(jin)(TAl8)，1300 MPa一2000 MPa系列超(chao)高強(qiang)度(du)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(TB8、TBl9、TB20)等(deng)，初步(bu)形成了(le)具(ju)有中(zhong)國(guo)(guo)特(te)(te)色的(de)(de)(de)(de)(de)飛(fei)機(ji)(ji)結(jie)(jie)構(gou)用(yong)(yong)(yong)新(xin)(xin)(xin)型(xing)(xing)(xing)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)材(cai)料(liao)體系，奠(dian)定了(le)新(xin)(xin)(xin)一代航(hang)空(kong)、航(hang)天結(jie)(jie)構(gou)用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)框架(jia)結(jie)(jie)構(gou)。具(ju)體性(xing)能見表(biao)1。

Ti-6Al-4V(TC4)是20世紀(ji)60年代初期研制的一種中等(deng)強度(du)α-β型鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)，具(ju)用優良的綜合(he)性(xing)能(neng)，譽稱(cheng)萬能(neng)合(he)金(jin)(jin)(jin)，TC4鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)是最早最廣泛用于航空、航天(tian)結構(gou)的通用鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)，包(bao)括板材(cai)、棒(bang)材(cai)和(he)(he)鍛鑄件等(deng)。該(gai)合(he)金(jin)(jin)(jin)有較好(hao)的焊接和(he)(he)機械加(jia)工性(xing)能(neng)，細晶(jing)粒合(he)金(jin)(jin)(jin)具(ju)有超(chao)塑(su)性(xing)，采用超(chao)塑(su)性(xing)成形(xing)／擴散連接(SPF/DB)組合(he)工藝可以制造復雜構(gou)件。

高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度結構鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)一般指抗(kang)拉強(qiang)(qiang)度在(zai)1000MPa以上的合(he)金(jin)(jin)(jin)，目前代表國際先進(jin)水平、并在(zai)飛(fei)機上獲得實際應用(yong)的高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)主要有亞穩定β型合(he)金(jin)(jin)(jin)Ti-15-3、β321s，近β型合(he)金(jin)(jin)(jin)Ti-1023和α-β型兩相(xiang)鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)BT22。用(yong)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度結構鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)代替目前飛(fei)機結構中常用(yong)的30CrMnSiA高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度結構鋼可減重20％以上。

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo(TC21)是(shi)20世紀70年(nian)代研制的(de)一種(zhong)高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)、高(gao)(gao)(gao)韌(ren)、損傷容限型兩相(xiang)鈦合(he)(he)金(jin)。該(gai)合(he)(he)金(jin)在熱機(ji)械處理后具有強(qiang)(qiang)度(du)高(gao)(gao)(gao)、損傷容限性能(neng)好等優點，以及(ji)優良(liang)的(de)抗疲勞裂紋擴展(zhan)能(neng)力(li)，適用于制造高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)、高(gao)(gao)(gao)韌(ren)性的(de)承力(li)構(gou)件。通過(guo)添加Si元(yuan)素使該(gai)合(he)(he)金(jin)在中溫保持(chi)較高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)，優于Ti-6AI-4V。該(gai)合(he)(he)金(jin)板材可在室(shi)溫下進(jin)行超塑性成形。

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6)是20世紀70年代后期發展的一種高強、高韌近β型鈦合金。該合金具有比強度高、斷裂韌性好、淬透面積大、各向異性小、鍛造性能好和抗腐蝕能力強等優點，兼有亞穩β鈦合金的諸多優點而不喪失(It—B鈦合金的固溶特性，能滿足損傷容限設計需要和高結構效益、高可靠性及低成本要求，最高工作溫度320℃。該合金主要產品有棒材、鍛件、厚板和型材。通過固溶及時效熱處理可實現強度、塑性和斷裂韌性的良好匹配，適于制造對強度、斷裂韌性有較高要求的結構件。通過熱機械處理可獲得優良的韌性和低裂紋擴展率，適于斷裂韌性要求高的結構。
   3、高溫鈦合金發展與應用

高(gao)(gao)溫(wen)(wen)鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)以(yi)(yi)其優(you)良的(de)(de)(de)熱強性(xing)和高(gao)(gao)比(bi)強度(du)(du)，在航(hang)空發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)上獲(huo)得了(le)廣泛的(de)(de)(de)應用(yong)。高(gao)(gao)溫(wen)(wen)鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)主(zhu)要(yao)用(yong)在航(hang)空發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)風扇、壓氣(qi)(qi)機(ji)(ji)中，如壓氣(qi)(qi)機(ji)(ji)盤、葉片(pian)、導航(hang)儀、連接環等。使用(yong)鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)替代(dai)(dai)原鎳基高(gao)(gao)溫(wen)(wen)合金(jin)(jin)可使壓氣(qi)(qi)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)重量(liang)降低30％一35％。國外先進航(hang)空發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)用(yong)量(liang)比(bi)例達(da)到(dao)了(le)25~39％，如F100發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)用(yong)量(liang)占發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)總重量(liang)的(de)(de)(de)25％，V2500發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)為(wei)31％，F119發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)為(wei)39％。高(gao)(gao)性(xing)能航(hang)空發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展需求牽引著高(gao)(gao)溫(wen)(wen)鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展，使用(yong)溫(wen)(wen)度(du)(du)逐步提(ti)(ti)高(gao)(gao)，從(cong)20世紀50年代(dai)(dai)以(yi)(yi)Ti-6Al-4V合金(jin)(jin)為(wei)代(dai)(dai)表(biao)的(de)(de)(de)400℃提(ti)(ti)高(gao)(gao)到(dao)了(le)以(yi)(yi)IMl834合金(jin)(jin)為(wei)代(dai)(dai)表(biao)的(de)(de)(de)600℃。在600℃以(yi)(yi)上，蠕變抗力和高(gao)(gao)溫(wen)(wen)抗氧化性(xing)的(de)(de)(de)急(ji)劇下降是(shi)限制鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)向更高(gao)(gao)溫(wen)(wen)度(du)(du)發(fa)(fa)(fa)展的(de)(de)(de)兩大主(zhu)要(yao)障(zhang)礙(ai)。因此，600℃被(bei)認為(wei)是(shi)鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)發(fa)(fa)(fa)展的(de)(de)(de)“熱障(zhang)”溫(wen)(wen)度(du)(du)。

多(duo)年(nian)來，為(wei)了滿足高(gao)(gao)性能航空(kong)發(fa)動機的(de)需求，歐美、俄羅(luo)斯等(deng)航空(kong)工業發(fa)達(da)國家(jia)十分重視(shi)高(gao)(gao)溫鈦(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)研發(fa)，先后(hou)研制(zhi)出了在350~600℃使(shi)用的(de)高(gao)(gao)溫鈦(tai)合(he)(he)金(jin)。前蘇聯在20世(shi)紀50年(nian)代末期就開發(fa)出了BT6，BT3-l，BT8，BT9等(deng)牌號(hao)的(de)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)，六七十年(nian)代又研制(zhi)出了BTl8、BT25合(he)(he)金(jin)。此后(hou)，為(wei)了提高(gao)(gao)高(gao)(gao)溫鈦(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)性能和工作壽命，在原有合(he)(he)金(jin)的(de)基礎上(shang)改(gai)進研制(zhi)BTl8y，BT25y，BT8M，BT8-1和BT8M-1等(deng)牌號(hao)的(de)高(gao)(gao)溫鈦(tai)合(he)(he)金(jin)。

近(jin)年來(lai)又研發了BT36鈦合金(jin)，分別用(yong)于HK8，IIC90A等(deng)發動(dong)(dong)機。同樣，美國也將Ti64，Ti811，Ti6242等(deng)鈦合金(jin) 分別用(yong)于JT90，F-110等(deng)先進發動(dong)(dong)機中嘲(chao)。典型(xing)高(gao)溫鈦合金(jin)的(de)主要技術指標見表2。

表2典型高(gao)溫鈦合金(jin)的主(zhu)要技術指標(biao)

俄(e)(e)羅(luo)斯(si)的(de)高(gao)溫(wen)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)發展(zhan)非(fei)常完(wan)善和(he)成(cheng)熟，形成(cheng)了一(yi)套完(wan)整的(de)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)體系。在(zai)(zai)某(mou)一(yi)溫(wen)度級別有(you)兩三個可選的(de)高(gao)溫(wen)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)牌(pai)號，如可在(zai)(zai)500℃下使(shi)用(yong)(yong)(yong)的(de)合(he)(he)金(jin)有(you)BT8、BT9和(he)BT8-1，550℃使(shi)用(yong)(yong)(yong)的(de)合(he)(he)金(jin)有(you)BT25和(he)BT25y，600℃使(shi)用(yong)(yong)(yong)的(de)合(he)(he)金(jin)有(you)BTl8y和(he)BT36。俄(e)(e)羅(luo)斯(si)推(tui)薦BT25y用(yong)(yong)(yong)于(yu)航空發動(dong)機高(gao)壓壓氣機450-550℃下使(shi)用(yong)(yong)(yong)的(de)輪盤(pan)(pan)和(he)轉子葉片，推(tui)薦BTl8y用(yong)(yong)(yong)于(yu)550—600't3下使(shi)用(yong)(yong)(yong)的(de)輪盤(pan)(pan)。雖(sui)然BT36已研(yan)制出(chu)來，但(dan)似乎沒(mei)(mei)有(you)受(shou)到相應的(de)重視。我國曾引進了俄(e)(e)羅(luo)斯(si)生(sheng)產的(de)BT36合(he)(he)金(jin)盤(pan)(pan)件和(he)棒材，經分析(xi)，該合(he)(he)金(jin)盤(pan)(pan)件和(he)棒材上存在(zai)(zai)大量(liang)的(de)成(cheng)分偏析(xi)，成(cheng)分均勻(yun)性(xing)的(de)問題沒(mei)(mei)有(you)得到很好地解(jie)決，而(er)且其高(gao)溫(wen)性(xing)能也沒(mei)(mei)有(you)達(da)到IMl834合(he)(he)金(jin)的(de)水(shui)平。

英國的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)發(fa)(fa)展(zhan)得最為成(cheng)熟(shu)，有(you)自己獨(du)立的(de)(de)(de)(de)(de)體系，形成(cheng)了(le)不同溫度(du)下使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)牌號系列(lie)(lie)。到(dao)目前為止，IMl685合(he)(he)金(jin)(jin)是英國在航(hang)空發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)上應用(yong)(yong)范圍最廣和數量(liang)最多的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)，如用(yong)(yong)于(yu)Rolls-Royes公司的(de)(de)(de)(de)(de)RB211系列(lie)(lie)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)、RBl99發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)、Adour發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)和M53發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)等。IMl829合(he)(he)金(jin)(jin)用(yong)(yong)于(yu)RB211-535C發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)。制(zhi)作的(de)(de)(de)(de)(de)后(hou)3級盤(pan)、鼓(gu)(gu)筒及后(hou)軸用(yong)(yong)電(dian)子束焊為一(yi)(yi)體，取(qu)代了(le)RB211-535C上的(de)(de)(de)(de)(de)鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)(jin)材料，使(shi)轉子重量(liang)減輕(qing)30％。IMl834合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)功研制(zhi)又為一(yi)(yi)些高(gao)(gao)(gao)(gao)性(xing)能發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)提供了(le)堅實的(de)(de)(de)(de)(de)技術支撐(cheng)，雖然研制(zhi)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)時間并(bing)不長(chang)，但已在多種(zhong)(zhong)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)上得到(dao)了(le)試驗和應用(yong)(yong)，如波(bo)音(yin)777飛機(ji)(ji)(ji)(ji)選用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)民用(yong)(yong)大(da)型(xing)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)Trent700(湍達)，其高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)所有(you)輪盤(pan)、鼓(gu)(gu)筒及后(hou)軸均用(yong)(yong)IMl834合(he)(he)金(jin)(jin)，采用(yong)(yong)電(dian)子束焊接工藝焊為一(yi)(yi)體。使(shi)得Trent700成(cheng)為新型(xing)民用(yong)(yong)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)中第(di)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)采用(yong)(yong)全(quan)鈦(tai)(tai)高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)轉子的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)，明顯地減輕(qing)了(le)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)重量(liang)，EJ200發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)轉子也采用(yong)(yong)了(le)IMl834合(he)(he)金(jin)(jin)。IMl834也正(zheng)用(yong)(yong)于(yu)普惠(hui)公司的(de)(de)(de)(de)(de)PW350發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)上。

美國高溫鈦合金(jin)的發(fa)展也較為成熟，目前在(zai)發(fa)動(dong)機上使(shi)用量(liang)最大的合金(jin)主要是Ti-6Al-4V和Ti-6242S。

Ti-1100合金(jin)(jin)是在Ti-6242 S合金(jin)(jin)成分的(de)基礎上，通過調整Al、Sn、Mo和Si元(yuan)素(su)的(de)含(han)量，使(shi)合金(jin)(jin)的(de)最高使(shi)用溫度提高到600℃。據了解(jie)，Ti一1 100合金(jin)(jin)已(yi)用于制(zhi)造萊(lai)康明公司T55-712改型發動機的(de)高壓(ya)壓(ya)氣機輪盤和低壓(ya)渦(wo)輪葉片等(deng)零件。

我國鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)發展(zhan)主要(yao)是(shi)走仿(fang)(fang)制的(de)路線，如(ru)TC11合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)對應的(de)是(shi)BT9合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)，TA11、TA19、TC17，對應的(de)美(mei)國牌號(hao)分別是(shi)Ti-811、Ti-6242S和Ti-17。近20年來，我國開始走邊(bian)仿(fang)(fang)制邊(bian)自行研制的(de)路線，如(ru)高溫(wen)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)TA12(Ti-55)，加(jia)人(ren)稀(xi)土元素Nd；Ti-60合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)在(zai)TAl2合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)基礎上(shang)(shang)，適(shi)當增加(jia)了(le)Al、Sn和Si的(de)含量(liang)，進一步提高了(le)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)高溫(wen)蠕變性能和強度(du)，使(shi)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)使(shi)用溫(wen)度(du)達到了(le)600 ℃。國內在(zai)英(ying)國IMl829合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)基礎上(shang)(shang)，加(jia)入稀(xi)土元素Gd，研制了(le)550℃高溫(wen)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)Ti-633G。最(zui)近又在(zai)Ti-1100合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)基礎上(shang)(shang)，添加(jia)了(le)約0.1Y，命名(ming)為Ti-600。

4、低溫鈦合金發展與應用

低(di)(di)(di)(di)溫下(xia)使(shi)用的(de)結(jie)構件要(yao)求在保持一(yi)定強(qiang)度的(de)同時，還要(yao)求有(you)良好的(de)塑性(xing)、低(di)(di)(di)(di)的(de)熱導(dao)率和優良的(de)加工(gong)性(xing)能。國內外低(di)(di)(di)(di)溫用結(jie)構材料主要(yao)是不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、鋁合金、鈦(tai)(tai)合金和鎳(nie)基合金等(deng)。鈦(tai)(tai)合金在低(di)(di)(di)(di)溫下(xia)具有(you)良好的(de)綜合性(xing)能，多年來一(yi)直受到世界各國的(de)普遍(bian)重視(shi)。低(di)(di)(di)(di)溫下(xia)鈦(tai)(tai)合金屈服(fu)強(qiang)度大幅上(shang)升，約為奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)3~6倍；但斷裂韌性(xing)隨溫度降低(di)(di)(di)(di)而降低(di)(di)(di)(di)，約為奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)0.25~0.5。由于鈦(tai)(tai)合金的(de)密度比不(bu)銹(xiu)鋼(gang)小得多，并且在低(di)(di)(di)(di)溫下(xia)熱傳導(dao)率低(di)(di)(di)(di)、膨(peng)脹系數小、無(wu)磁性(xing)，所(suo)以在航空(kong)航天、超導(dao)等(deng)領域(yu)作為一(yi)種重要(yao)的(de)低(di)(di)(di)(di)溫工(gong)程材料來使(shi)用。

在(zai)(zai)(zai)低溫(wen)(wen)下(xia)(xia)具(ju)有bee結(jie)(jie)構的(de)β鈦合(he)(he)金(jin)和其他體心立方金(jin)屬(shu)一(yi)樣(yang)，其塑(su)一(yi)脆(cui)轉變溫(wen)(wen)度(TPR)較高，隨著(zhu)溫(wen)(wen)度降(jiang)低，塑(su)韌性降(jiang)低，一(yi)般不能在(zai)(zai)(zai)低溫(wen)(wen)下(xia)(xia)使(shi)用(yong)。α和近(jin)α鈦合(he)(he)金(jin)的(de)TPR普(pu)遍(bian)很(hen)低，在(zai)(zai)(zai)低溫(wen)(wen)下(xia)(xia)也有很(hen)好的(de)塑(su)性，因此目前(qian)國際(ji)上公認的(de)一(yi)些低溫(wen)(wen)鈦合(he)(he)金(jin)基本都(dou)屬(shu)于α和近(jin)α鈦合(he)(he)金(jin)。在(zai)(zai)(zai)α-β鈦合(he)(he)金(jin)中，含β相較少的(de)鈦合(he)(he)金(jin)，如Ti-6Al-4V ELI，在(zai)(zai)(zai)液氫溫(wen)(wen)度下(xia)(xia)(22 K)中也能夠很(hen)好使(shi)用(yong)。純(chun)鈦和Ti-5Al-2.5Sn ELl等α鈦合(he)(he)金(jin)在(zai)(zai)(zai)液氦溫(wen)(wen)度(4.2 K)中是一(yi)種理(li)想的(de)低溫(wen)(wen)結(jie)(jie)構材(cai)(cai)料，但必須控制合(he)(he)金(jin)成分以外(wai)(wai)的(de)雜質，特別是氧和鐵(tie)的(de)含量。鐵(tie)、氧成分的(de)增(zeng)加使(shi)得(de)鈦材(cai)(cai)低溫(wen)(wen)脆(cui)性增(zeng)加，另外(wai)(wai)鐵(tie)、錳等β相穩定元(yuan)素的(de)增(zeng)加，易(yi)使(shi)材(cai)(cai)料產生缺口脆(cui)化。

前蘇聯在(zai)低(di)(di)溫(wen)鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)研制及(ji)應(ying)用方面曾居世界(jie)領先水平，其早期研制的(de)α鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)OT4，OT4-l，BT5-1KT，TT-3BKT等(deng)合(he)金(jin)(jin)(jin)已在(zai)航(hang)天火箭裝備中獲得大量應(ying)用。這些合(he)金(jin)(jin)(jin)在(zai)2 K下強度提高到了(le)1400 MPa，而延伸率仍保持在(zai)10％以上(shang)。美國研制和應(ying)用的(de)低(di)(di)溫(wen)鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)主要包(bao)括Ti-5Al-2.5Sn、Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-6Al-3Nb-2Zr等(deng)低(di)(di)溫(wen)α鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)。

中(zhong)國(guo)(guo)在(zai)(zai)低溫鈦(tai)合金(jin)(jin)研(yan)(yan)(yan)制(zhi)與(yu)應用方面比(bi)美(mei)國(guo)(guo)及(ji)俄(e)羅斯起步要晚一些，我(wo)國(guo)(guo)繼開展(zhan)了對已有的(de)(de)TA7、TC1、TC4等鈦(tai)合金(jin)(jin)的(de)(de)低溫性能測試和應用研(yan)(yan)(yan)究(jiu)之后，在(zai)(zai)“九(jiu)五”期間研(yan)(yan)(yan)制(zhi)出適(shi)用于(yu)低溫管路系(xi)統的(de)(de)鈦(tai)合金(jin)(jin)，合金(jin)(jin)系(xi)為Ti-Al-Zr，Ti-A1-Zr-Mo，Ti-AIL-Sn-Mo，Ti-Al-Zr-Sn-Mo等。有關(guan)中(zhong)國(guo)(guo)研(yan)(yan)(yan)制(zhi)的(de)(de)型(xing)低溫鈦(tai)合金(jin)(jin)的(de)(de)典型(xing)性見(jian)表3。

表3中國(guo)研制的(de)(de)低(di)溫鈦(tai)合金的(de)(de)典型力學性能

5、緊圍件鈦臺金發展與應用

國外鈦合金(jin)緊固(gu)件的(de)應用已非(fei)常普遍，各(ge)(ge)種(zhong)新型緊固(gu)件不斷出現。大型民用費用單機鈦合金(jin)緊固(gu)件的(de)用量(liang)達到數十萬件。在(zai)同樣的(de)強度指標(biao)下，鈦緊固(gu)件比(bi)鋼(gang)的(de)質(zhi)量(liang)要輕70％，而(er)且，鈦合金(jin)的(de)疲勞強度和對應力集(ji)集(ji)中的(de)敏感性優于類類似用途的(de)鋼(gang)，在(zai)各(ge)(ge)各(ge)(ge)種(zhong)氣候條伴下具(ju)有(you)高的(de)抗腐蝕穩定性，毽因此鈦緊圈(quan)件的(de)應用對于航(hang)空裝(zhuang)備是非(fei)常重要的(de)。

5.1 緊固件鈦合(he)金的發(fa)展

鈦合金(jin)(jin)緊(jin)固件主(zhu)要采用三(san)類材料(liao)：第(di)(di)一類是低Mo當量(liang)的α-β型兩相合金(jin)(jin)，如(ru)Ti-6Al-4V；第(di)(di)二(er)類是亞穩定β合金(jin)(jin)，有美(mei)國的βIII，Ti-44.5Nb，Ti-15-3以及(ji)我國的TB2，TB3和TB8；第(di)(di)三(san)類是亞臨界成分的α-β型兩相合金(jin)(jin)，如(ru)俄羅斯的BT16l。下(xia)表為(wei)鈦合金(jin)(jin)緊(jin)固件材料(liao)的特(te)性(xing)。

表(biao)4典(dian)型緊固件(jian)用(yong)鈦(tai)合金的生要技術揩標

Ti-6Al-4V是低(di)Mo當(dang)量(liang)(liang)α-β型兩相合金，在三類合金中β穩定系數(shu)最(zui)(zui)低(di)(只有0.27)，而鋁當(dang)量(liang)(liang)則最(zui)(zui)高(gao)(達(da)到6)。所以(yi)在退火狀態(tai)的β相含量(liang)(liang)只有7％(體積分數(shu))。它的優點是密度最(zui)(zui)低(di)，強度和疲勞性(xing)能最(zui)(zui)好，成(cheng)分最(zui)(zui)簡單，半成(cheng)品成(cheng)本(ben)最(zui)(zui)低(di)。但由于室溫塑性(xing)沒有達(da)到足夠高(gao)，所以(yi)加(jia)工緊固件時需要采用(yong)感應加(jia)熱進(jin)行熱鐓成(cheng)形，以(yi)及真空固溶處(chu)理(li)加(jia)時效處(chu)理(li)，加(jia)工成(cheng)本(ben)較高(gao)。

第(di)二類為β合金(jin)(如TB2，TB3，TB5，TB8等(deng))，與α-β型合金(jin)完全不(bu)同(tong)，Bβ穩定系(xi)數很(hen)高(gao)(gao)，在1.15~1.97范(fan)圍內，而(er)鋁當量則降(jiang)低(di)(di)到3左右。所以(yi)(yi)在固溶(rong)處理時可(ke)獲得(de)單一(yi)β相，從而(er)能在室(shi)溫下冷鐓(dui)成(cheng)(cheng)(cheng)形螺栓和鉚釘，加(jia)工(gong)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)低(di)(di)，缺點是(shi)密度(du)高(gao)(gao)，強度(du)雖(sui)與Ti-6Al-4V相當，但疲勞性能不(bu)如Ti-6Al-4v，而(er)且成(cheng)(cheng)(cheng)分復(fu)雜(za)，半成(cheng)(cheng)(cheng)品成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)高(gao)(gao)。由于(yu)同(tong)樣(yang)需(xu)要進行真(zhen)空時效(xiao)處理，所以(yi)(yi)成(cheng)(cheng)(cheng)品緊固件的成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)仍(reng)要高(gao)(gao)于(yu)Ti-6Al-4V，而(er)使(shi)用溫度(du)也比Ti-6Al-4V低(di)(di)。

BT16合(he)金的(de)(de)(de)密(mi)度(du)比Ti-6Al-4V要略高(gao)一(yi)些(xie)，但顯著(zhu)低于β合(he)金。BT16合(he)金β穩(wen)(wen)定系數為0.83，介于上(shang)述兩類之間(jian)，接近(jin)(jin)臨(lin)界成分(β穩(wen)(wen)定系數為1)。在(zai)β穩(wen)(wen)定元素和(he)Ti組成的(de)(de)(de)二(er)元合(he)金中，隨著(zhu)β穩(wen)(wen)定元素含量的(de)(de)(de)增(zeng)加，晶(jing)(jing)粒(li)尺寸逐漸減小，在(zai)l臨(lin)界濃(nong)度(du)附近(jin)(jin)，α相(xiang)(xiang)和(he)β相(xiang)(xiang)數量相(xiang)(xiang)等(deng)，晶(jing)(jing)粒(li)尺寸達到最小。穩(wen)(wen)定元素進一(yi)步增(zeng)加時，晶(jing)(jing)粒(li)尺寸增(zeng)加。較小的(de)(de)(de)p晶(jing)(jing)粒(li)和(he)在(zai)退(tui)火狀態下(xia)高(gao)達25％(體積分數)的(de)(de)(de)β相(xiang)(xiang)含量決定了BT16合(he)金具(ju)有優異的(de)(de)(de)室溫(wen)T藝塑性。所以BT16合(he)金具(ju)備(bei)了室溫(wen)條件下(xia)完(wan)成緊(jin)固件頭部的(de)(de)(de)快速(su)鐓(dui)粗的(de)(de)(de)條件，即(ji)冷鐓(dui)。

4.2 緊固件鈦合金的應用

Ti-6A1-4V是(shi)(shi)一(yi)種中等(deng)(deng)強(qiang)(qiang)(qiang)度的(de)α-β型兩相鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)，具有(you)優(you)異的(de)綜合(he)性能，半成(cheng)品規(gui)格齊全，有(you)棒材(cai)、鍛(duan)件(jian)、厚板(ban)、薄板(ban)、型材(cai)和(he)絲材(cai)等(deng)(deng)。該(gai)(gai)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)長時間工(gong)作溫度可達400℃，在(zai)(zai)航(hang)空(kong)和(he)航(hang)天(tian)工(gong)業中獲(huo)得(de)了(le)最(zui)廣泛的(de)應用(yong)(yong)(yong)，是(shi)(shi)美國和(he)西歐各(ge)國在(zai)(zai)航(hang)空(kong)和(he)航(hang)天(tian)部門應用(yong)(yong)(yong)的(de)主(zhu)(zhu)要(yao)緊固(gu)(gu)件(jian)材(cai)料(liao)。俄羅斯鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)緊固(gu)(gu)件(jian)主(zhu)(zhu)要(yao)采用(yong)(yong)(yong)BT16鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)。BT16合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)于Ti-Al-Mo-4V系α-β型高(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)，主(zhu)(zhu)要(yao)半成(cheng)品是(shi)(shi)熱軋棒材(cai)和(he)冷鐓(dui)(dui)用(yong)(yong)(yong)磨光棒、絲材(cai)，主(zhu)(zhu)要(yao)用(yong)(yong)(yong)于制(zhi)造緊固(gu)(gu)件(jian)，如螺栓(shuan)、螺釘、螺母和(he)鉚(liu)釘等(deng)(deng)。最(zui)高(gao)工(gong)作溫度350℃。該(gai)(gai)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)在(zai)(zai)固(gu)(gu)溶(rong)時效狀態下的(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度比Ti-6Al-4V合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)稍(shao)低(di)．主(zhu)(zhu)要(yao)優(you)點是(shi)(shi)在(zai)(zai)退(tui)火狀態下可以(yi)冷鐓(dui)(dui)成(cheng)形(xing)，因(yin)而明顯提高(gao)了(le)生產效率以(yi)冷變形(xing)方式制(zhi)造的(de)緊固(gu)(gu)件(jian)在(zai)(zai)俄羅斯的(de)機(ji)械制(zhi)造業得(de)到(dao)廣泛應用(yong)(yong)(yong)，也是(shi)(shi)俄羅斯航(hang)空(kong)和(he)航(hang)天(tian)部門應用(yong)(yong)(yong)的(de)主(zhu)(zhu)要(yao)標準(zhun)件(jian)材(cai)料(liao)，在(zai)(zai)本(ben)國的(de)某些型號飛機(ji)上也得(de)到(dao)應用(yong)(yong)(yong)。該(gai)(gai)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)有(you)兩種使(shi)用(yong)(yong)(yong)狀態：冷變形(xing)強(qiang)(qiang)(qiang)化不(bu)進行熱處理和(he)熱鐓(dui)(dui)成(cheng)形(xing)加固(gu)(gu)溶(rong)時效 處理。

βIII合(he)金(jin)于(yu)(yu)1969年(nian)(nian)作(zuo)(zuo)為(wei)緊固件(jian)(jian)材(cai)(cai)(cai)料(liao)列入(ru)AMS4977規范(fan)，在飛(fei)機(ji)上(shang)有一(yi)些(xie)應用(yong)(yong)(yong)，但(dan)在1987年(nian)(nian)AMS4977B中即宣布：宇航材(cai)(cai)(cai)料(liao)部門建(jian)議β11I合(he)金(jin)不(bu)再作(zuo)(zuo)為(wei)標(biao)準件(jian)(jian)材(cai)(cai)(cai)料(liao)用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)未來新的設計。據最近資料(liao)報(bao)道，該(gai)合(he)金(jin)已停止生產。Ti-44.5Nb作(zuo)(zuo)為(wei)鉚(liu)釘專用(yong)(yong)(yong)材(cai)(cai)(cai)料(liao)于(yu)(yu)1974年(nian)(nian)列入(ru)AMS4982規范(fan)，2002年(nian)(nian)修訂為(wei)AMS4982C，至今仍然使(shi)用(yong)(yong)(yong)，但(dan)只是在Ti-6Al-4V鉚(liu)釘的頭部焊上(shang)一(yi)小段，使(shi)之進(jin)行(xing)冷鉚(liu)。Ti-15-3(TB5)最早是作(zuo)(zuo)為(wei)薄板(ban)于(yu)(yu)1984年(nian)(nian)列入(ru)AMS4914規范(fan)。TB5和TB8在中國分別作(zuo)(zuo)為(wei)阻力傘粱和導風(feng)罩(高溫使(shi)用(yong)(yong)(yong))的配套鉚(liu)釘和螺釘用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)某(mou)型號(hao)飛(fei)機(ji)。TB2和TB3是我國自行(xing)研制的β合(he)金(jin)。TB2早期用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)板(ban)材(cai)(cai)(cai)零(ling)件(jian)(jian)，后在某(mou)些(xie)型號(hao)上(shang)作(zuo)(zuo)為(wei)鉚(liu)釘應用(yong)(yong)(yong)。

TB3開始即(ji)作為螺栓研制(zhi)的(de)材(cai)料，也已(yi)在某些(xie)型(xing)號上應(ying)用。

5、結論

鈦是(shi)我國發(fa)展(zhan)國防、航空、高(gao)科技等領域重(zhong)要結(jie)構材料，具(ju)有重(zhong)要的(de)(de)(de)戰(zhan)略意義。目前我國的(de)(de)(de)海綿鈦和鈦加工(gong)(gong)材的(de)(de)(de)研發(fa)水平、產能產量已躋身世界前列(lie)，今后的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)方向(xiang)應(ying)該著(zhu)重(zhong)根據應(ying)用需要，結(jie)合國際發(fa)展(zhan)趨勢，研究開發(fa)更高(gao)性能的(de)(de)(de)合金，提高(gao)鈦生產行業(ye)的(de)(de)(de)技術水平，由(you)一(yi)個鈦工(gong)(gong)業(ye)大國向(xiang)鈦工(gong)(gong)業(ye)強國邁進。

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