1、媒介

钛合金由于拥有比强度高、使用温度领域宽(-269℃～600℃)、抗侵蚀性好和优良的加工机能等，被宽泛利用于航空航天及其发起机结构中。

近几年来，世界钛产业发展迅速，其中50％的市场份额属于航空工业。中国钛产业在最近的6年来也急剧增长，其中海绵钛(TitaniumSponge)和钛材(TitaniumProducts)产量都达到10000t以上，创汗青新高，中国钛产量占世界钛产量的比例2004年以来一向名列第4位。但是，中国的钛产品结构不是很梦想，化工和体育等用板材和管材占近50％左右，而航空用大钛棒材、锻件等半制品产量只占10％左右。

中国钛产业近几年来固然得到了急剧发展，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，距离世界水平的50％差距甚远。所以，加强航空结构用新型钛合金资料技术及其利用钻研，提高航空结构用钛合金的加工技术和利用水平，成立拥有中国特色的航空结构用钛合金资料系统，是提高钛合金在航空工业用量的重要推动力和保险。本文从分析国内外钛合金产业结构特点启程，重点论述航空结构用新型钛合金资料及热工艺技术等方面的最新钻研进展。

2、航空结构用新型钛合金的钻研进展

中国40余年来一向致力于航空结构用新型钛合金方面的钻研，已根基形成了航空结构用钛合金资料系统，满足了航空结构利用的必要。目前，我国钻研的钛合金共有72个商标，其中，投入工业化利用的钛和钛合金商标有40多个，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钻研

发展飞机结构用新型钛合金钻研是提高飞机结构钛合金用量和利用水平的重要保障。经过几十年的致力，中国已经具备自主研发航空结构用新型钛合金的前提和能力。此刻，中国已经引进了很多先进的钛合金熔炼与加工设备，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出产线等。

为了满足飞机结构用钛合金的发展必要，近年来，我国自主研发了几种新型的结构钛合金资料，例如，低强高韧性的丝材钛合金(NbTi)和管材合金(TA18)，中强高韧高危险容限型钛合金(TC4．DT)，高强高韧高危险容限型钛合金(TC21)，l300MPa-2000MPa系列超高强度钛合金(TB8、TiB19、TiB20)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，奠定了新一代飞机 结构用钛合金 的利用框架结构 (见表 1)。

2.1.1 TC21高强高韧高危险容限钛合金

TC21钛合金是拥有我国自主知识产权的新型飞机结构用钛合金，目前该合金300mm以下大棒材具备不变批量供给的前提。TC21钛合金拥有高强度、高韧性、高可焊性、低da／dN等机能，其综合力学机能比美F一22飞机利用的Ti一6—22—22S(美)和苏一27系列飞机宽泛利用的BT20(俄)钛合金越发优异，出格是拥有极度优异的电子束焊接机能(见表2)，适合于制作飞机大型整体框梁类重要承力构件。

2.1.2TC4一DT中强高韧高危险容限钛合金

TC4一DT钛合金是我国结合纯净化熔炼技术和新型的处置工艺技术而研发的新型中强度高危险容限型钛合金，该合金拥有很高的韧性、低的委顿裂纹扩大速度(da／dN)、优异的焊接机能、良好的工艺机能和较低的成本等综合机能，出格适合制作飞机大型整体框梁类重要承力构件。目前，TC4一DT钛合金300mm以下大棒材具备批量供给的能力。

2.1.344.5NbTi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量使用的铆钉资料，在退火态拥有较好的拉伸机能(441MPa~490MPa)、剪切强度(365MPa)和高的塑性(延长率10％，断面收缩率50％)，合合用于复合伙料衔接结构的衔接，与其它的航空铆钉资料相比，比强度最高，在美国已裁减了纯钛铆钉，在航空航天产品中全数改用钛铌铆钉。国内某型号机在出产时，复合材件的铆接就选取了进口的这种钛铌铆钉，单机使用上千件。在其它型号机上仍选取纯钛铆钉，机能低且不不变。西北有色金属钻研院早在20世纪60年代中期就起头了超导资料用NbTi合金的钻研，并于70年代成功研制出了NbTi合金棒、NbTi单芯线和多芯线材，目前，正在开发新一代飞机用铆钉紧固件(见图1)，以满足航空用紧固件的必要。

2.2钛合金新型加工技术钻研

我国在结构钛合金新型加工技术方面堆集了丰硕的经验，通过加工工艺技术创新性的钻研，不休开发新型的制作技术，提高了钛合金的利用水平，拓展了传统钛合金和新型钛合金的利用领域，产生了巨大的技术和经济效益。

目前，发展最成熟和已经在航空结构件中得到利用的新型钛合金加工技术重要蕴含新型造和处置技术、等温铸造技术、激光急剧成形技术、先进焊接技术等。

2.2.1新型“准铸造工艺”及在钛合金飞机构件上的利用

钛合金构件当选取高温β铸造工艺包办通例的叶铸造时，由于变形温度高、抗力小、易于成形、制品率高档特点，在国内外出产上受到高度的器重。

同时，高温β铸造获得的网篮组织正是大应力高温长功夫使用前提下的零件(如盘类零件)所但愿得到的组织，也是高危险容限长命命设计所需的高断裂韧性、低委顿裂纹扩大速度(da／dN)的根基保障，在飞机结构件的利用方面拥有宽泛的远景。但通常的艘造工艺由于出产节制难、组织与机能不变性差、出格是室温塑性时时降低到不成接受的田地等 原因，在现实出产中难以执行。为此，发展了一种新型的钛合金“准β铸造工艺”，通过节制钛合金复杂构件低倍组织和高倍显微组织均匀性，从底子上解决了网篮组织塑性偏低的难题。该工艺可使通常时钛合金获得高塑性的网篮组织(见图2)，同时提高钛合金的利用水平，为危险容限钛合金的利用奠定了技术基础。该工艺已经别离在中强度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得到了利用(见图3)。对TC6钛合金，相比通常铸造工艺、近铸造工艺，“准β铸造”工艺得到的模锻件提高25％以上，da／dN显著降低，光滑委顿极限提高14％以上。并且，经准铸造和通常退火处置后锻件的c值和ak值都显著高于通例铸造得到的锻件的c值和ak值，由此能够看出准铸造工艺较通例铸造拥有优越性，并且通过通常退火锻后热处置能够获得强度．塑性的最佳匹配。

2.2.2新型β热处置工艺及在钛合金飞机构件上的利用

β热处置工艺已经被宽泛利用于航空结构钛合金构件中。通过β热处置工艺，能够提高钛合金的危险容限机能和高温蠕变机能，所以在航空发起机盘件以及飞机重要承力结构件中都得到了利用。

例如，美F.22飞机上选取Ti-6A1-4VELI和Ti-6-22-22S合金制作的大型飞机框梁结构件就是选取热处置工艺来提高该两个主干钛合金的危险容限机能的。同时，热处置工艺也被利用到钛合金铸件中，以提高钛合金铸件的静强度和委顿机能。图4为通过一种新型热处置工艺获得的TC4-DT钛合金片层组织结构特点。

此外，钛合金的等温铸造技术这几年发展也较迅速，上海宝钢特钢公司通过等温铸造技术，成功的研制出了Ti一17钛合金整体叶盘锻件。钛合金的激光急剧成形技术(LRF)则是一种由高功率激光镀覆技术与急剧原型技术结合而成的金属粉末溶解和直接沉积的新工艺，该工艺特点是不必要模具、工装夹具等硬件而在软件驱动下进行柔性加工，生 产周期短、成本低、近净成形，出格适合大型复杂薄壁整体结构件的制作，力学机能达到或超过锻件的水平。此外，LFR工艺也被成功利用于钛合金和高温合金锻件或铸件的危险缺点修复中。我国西工大、北航、清华大学等也在激光急剧成形技术方面发展了宽泛的钻研工作，其重要力学机能可达到锻件的水平。

钛合金的先进焊接工艺技术蕴含自动氩弧焊、电子束焊、摩擦焊(线性、惯性、搅拌)等技术在钛合金整体化制作技术中得到了宽泛的利用，例如，美F．22飞机中大量选取高效、机能不变的电子束焊接技术，并获得了较高的减重成效(例如，选取电子束焊接技术在大型前、后梁组合件中实现减重182kg)。如今，摩擦焊技术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，而后再推广利用到钛合金的承力构件上，这一过程还必要突破委顿机能、变形节制等关键技术。

3、结论

1)近几年中国钛合金得到了急剧的发展，中国已经具备自主研发新型钛合金的能力和前提。但我国钛材结构比例还不合理，航空航天用钛材产量只占总量的10％左右，与世界的50％水平仍存在相当的差距。

2)通过自主研发新型钛合金资料，发展新型钛合金在航空航天结构件上的利用，提高钛合金的利用水平，是增长钛合金在航空航天工业领域的用量、缩短与世界蓬勃国度差距的重要蹊径和保险。

3)通过国度多年的立项钻研，我国已经自主研发了44.5NbTi、TA18、TC4一DT、TC21、TB8和TiB19等飞机结构用钛合金，满足了新一代飞机结构资料的必要，逐步脱节“杂”、“乱”、“散”的局面，初步形成了飞机结构用钛合金资料系统。

4)新型β的铸造和β热处置技术、等温铸造技术、激光急剧成形技术、先进焊接技术等钛合金加工与制作技术的利用，在提高钛合金构件的机能的同时，也推进了钛合金在航空航天领域的利用水平和用量。

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