钛合金拥有比强度高、、耐蚀性好和耐高温的显著
特点， ，，在20世纪50年代起头， ，，首先由于航空航天技术
的火急必要， ，，钛工业得到了迅速的发展， ，， 目前， ，，钛合
金已经宽泛利用于航空、、航天、、兵器、、化工、、汽车、、
体育、、医疗等领域！！Ｆ揪蓊押辖鸬幕芴氐阌胗么， ，，
钛合金大体可分为三种重要类别：：：结构合金、、耐蚀合
金以及生物合金！！：：：娇樟煊蛑， ，，结构资料要保障飞机
机体和发起机零件在复杂前提下拥有优良的工作能力， ，，
在．250～600℃之间， ，，钛的比强度居于常用金属资料之
首， ，，与密度更轻的铝合金相比， ，，尤其拥有更好的高温
强度， ，，因而钛合金作为结构资料， ，，很合用于航空发起
机部件以及其它航空构架的结构资料， ，，航空资料已成
为钛合金最重要的利用之一！！＝昀， ，，随着航空技术
的发展， ，，军用及民用飞机不休换代， ，，航空钛合金的发
展出现两个特点：：：高用量和高机能！！Ｈ缑拦鶩22战斗机
的钛用量达~142％ ， ，，V2500发起机的钛用量达到3 1％， ，，
民用飞机用量也在不休增长， ，，预计到2020年， ，，民用飞
机的钛市场将达到2．8万吨， ，，对于高机能钛合金， ，，新型
飞机逐步追求轻量化， ，，要求钛材拥有更高的强度， ，，先
进航空发起机必要更高的推重比， ，，也要求钛材拥有更
好的高温强度和阻燃性！！？Ｄ芄凰， ，，钛合金的利用与发
展已成为航空技术发展的重要成分之一！！
1 钛合金在航空领域的利用近况
1．1 钛合金在飞机机身构架中的利用
钛合金在机身构架中重要用于防火壁、、蒙皮、、隔
框、、大梁、、舱门、、起落架、、翼肋、、紧固件、、导管、、拉
杆等部件！！ｎ押辖鹪谑褂贸跗， ，，钛合金重要利用于受
力不大的结构件， ，，如飞机支座、、接头、、框架、、隔热板、、
减速板等， ，，其中不乏铸件， ，，其中最早利用的钛合金铸
件之一是襟翼滑轨！！＞缙诘恼庑┫喽缘ヒ坏姆枪
键性结构件在飞机上的利用证明：：：钛合金在飞机上应
用是靠得住的！！４20世纪80年代起头， ，，随着钛合金部件
成型技术和自身质量的大幅提升， ，，不少受力结构件也
起头选用钛合金， ，，如波音飞机上吊装CF6．80发起机的
装置吊架， ，，是受力前提极度严格的结构 ”！！＝昀， ，，
美国、、俄罗斯等蓬勃国度对飞机机身上钛合金的用量
不休增长！！Ｔ诰梅苫煊， ，，钛合金的用量发展长短
常迅速的， ，，俄罗斯的伊尔76运输机的钛用量达到12％， ，，
法国幻影2000和俄罗斯CY一27CK战斗机的钛用量别离
达到23％和180／／0[2]！！１1为美国重要军用飞机上钛合金
的用量引， ，，其中F．22和F．35战斗机、、B1和B2轰炸机的钛
合金用量达到了20％以上！！Ｃ裼梅苫念延昧恳苍诓
断扩大， ，，目前国外主流民航机中机体用钛材量占机身
总重达到6％以上！！１2为美国及欧洲民航飞机的钛用
量【 ， ，，其中美国波音787飞机在研制过程中， ，，为了达到
大幅减重以达到降低20％的油耗， ，，投人3亿美元研发经
费， ，，大量选取钛合金代替铝合金， ，，最终整个飞机机体
钛合金用量达到11％， ，，在民用飞机领域已达到了很高
的比重！！６砺匏拐谘兄频男乱淮突鶰S-21的钛合
金用量达到了25％ ， ，，打算在2016年向市场推出， ，，将成
为世界上钛合金用量最高的民用飞机！！
为了降低成本， ，，钛合金铸件的利用领域也在不休
扩大！！Ｔ20世纪90年代中期， ，，美国研制的高机能第四
代歼击机F．22上已选取了大量的钛合金铸件， ，，总重达
到600 kg， ，，其中有些是极度重要的关键件， ，，如机身壁
肋铸件和方向舵传动装置支架！！＞迷耸浠鶦一17的吊
挂头锥帽为钛合金整体薄壁精铸件， ，，最薄壁厚1．25 mm， ，，
最大壁厚差近9 mm[4]！！Ｃ拦ㄒ757、、767、、777及787
也都选取了大量的钛合金铸件， ，，其中波音777使用了两
种典型的钛合金铸件， ，，一件是Apu风导管， ，，另一件是
长度达到3 048 mm的状态复杂的隔热屏！！Ｅ访斯戎
造的A330／A340空中客车上也选用了大量钛合金铸件， ，，
其中典型的是内着陆襟翼系统上的耳轴和飞机支持
架_5]， ，，A380客机的钛合金刹车扭力管由英国Doncasters
公司选取离心熔模精铸铸造技术研制， ，，初次取代了锻
件[6】！！Ｎ夜诰梅苫项押辖鸬睦闷鸩浇贤， ，，我国
在20世纪80年代研发的歼八战斗机钛合金的用量仅为
2％， ，，重量为93 ， ，，歼十战斗机钛合金的用量提高到
3％， ，，但与国外第三代、、第四代军用飞机的钛用量相
比， ，，依然存在很大差距！！＝昀， ，，我国加大了钛合金
在军用航空领域的利用， ，，预计我国新一代高机能战斗
机的钛用量将达到25％～30％l 3_！！Ｔ诿裼梅苫煊， ，，我
国商用支线客机ARJ21的钛合金用量为4．8％ ， ，，我国自
主研发的C919大型客机的钛合金用量达到了9．3％， ，，超
过了美国波音777飞机， ，，2014年9月， ，，C919客机首架机
在中国商飞公司新落成的总装制作中心正式起头机体
对接， ，，这标志取C919大型客机研制项目全面进入结构
总装攻坚阶段， ，，项见识争年底实现首架机机体结构对
接， ，，2015年底实现首飞！！
1．2 钛合金在航空发起机中的利用
喷气发起机是飞机的心脏， ，，其部件接受着高温、、
高压环境的考验， ，，要求合金在650℃ 以下有着优良的
抗高温强度、、抗蠕变性和抗氧化性！！Ｒ蚵梁辖鹗褂梦
度过低， ，，钢的密度太大， ，，所以钛合金成为了最佳选择！！
目前， ，，钛合金以其优异的个性在飞机上的利用日趋扩
大， ，，在喷气发起机中可用于压气盘、、静叶片、、动叶片、、
机壳、、点火室外壳、、排气机构外壳、、中心体、、喷气管、、
机匣等_1_！！Ｆ渲， ，，叶片、、机匣等部件目前已选取钛合金
铸件， ，，Rolls—Royce(Trent900)和GE／Pratt&Whitney
Engine Alliance(GP7200)两家公司出产的A380空中
客车新型发起机的电扇直径为3 m左右， ，，并选取中空钛
电扇叶片！！Ｋ孀藕娇辗⑵鸹酝浦乇群透斩纫蟮奶
高， ，，要求一些关键钛合金结构件做成大型复杂薄壁的
整体精铸件， ，，因而目前大型复杂薄壁钛合金整体结构
精铸技术已得到了充分发展！！１3为欧美国度一些航空
发起机的钛用量 ！！？Ｄ芄豢闯， ，，国外先进航空发起机的
钛用量通常在25％以上！！Ｎ夜缙谘兄频暮娇辗⑵鸹
钛用量很低， ，，1978年研制的涡喷13系列发起机的钛用
量达到13％， ，，2002年设计的昆仑涡喷发起机的钛用量
达到150／／0[7]， ，，预计我国新一代航空涡扇发起机的钛用量
将达30％以上！！
2 航空用高机能钛合金的发展示状
2．1 高强度钛合金
高强度钛合金是为了满足机身减重和高负载部件
的使用而提出的， ，，在飞机上用于机身的承力隔梁、、起
落架的扭力臂、、支柱等！！Ｄ壳案咔慷阮押辖鸬淖暄兄
要以p钛合金为主， ，，也蕴含 +p两相合金， ，，合金化的主
要特点是参与较多的B不变元素， ，，如v、、Cr、、Mn、、Fe等
元素， ，，严格节制N、、H、、0等气体元素含量， ，，并在高温
下的固溶时效处置得到不变的B相组织！！Ｄ壳， ，，拥有代
表性的高强度钛合金重要有Ti1023、、Ti153、、21S、、
Ti6—22．22S和BT22等， ，，合金时效后的抗拉强度达到
1 000 MPa以上！！Ｃ拦兄频腡i一1023(Ti．IOV一2Fe．3A1)
是目前利用最为宽泛的高强韧近13钛合金， ，，已成功利用
于C．17大型运输机的起落架、、波音777客机的起落架以
及大型客机A380的主起落架支柱闻！！i153(Ti．15V一
3Cr．3A1．3Sn)拥有优良的冷变形性， ，，已利用于波音777
上的节制系统管道和灭火罐， ，，代替了低强度通常钛合
金[9]！！321S (Ti．15Mo一3A1．2．7Nb．0．2Si)除了拥有较高
的强度外， ，，还拥有优良的抗蠕变机能， ，，被用于波音777
飞机的引擎P&W4084、、GE90和Trent800中的喷嘴、、蒙
皮和各类纵梁结构[ ！！i6．22—22S (Ti一6A1—2Sn一2Zr一
2Mo．2Cr一0．2Si)是美国RMI公司研制的c~+13型合金， ，，
拥有优良的强韧性匹配， ，，热处置后拥有深淬透性(断
面直径达100 mm)和极好的超塑性成型能力， ，，用于
F22战斗机下部龙骨的翼弦 ！！６砺匏寡兄频腂T22
(Ti．5V．5Mo一1Cr．1Fe．5A1)退火状态下为c~+13结构， ，，该
合金塑性和焊接机能优异， ，，已用于IL一86和IL一96—300的
机身、、机翼、、起落架等高负载航空部件， ，，为了进一步
提高强度， ，，研发人员对BT22进行了改进， ，，在其中参与
sn、、zr等元素， ，， 即BT22M合金， ，，其室温强度达到
1 200 MPa以上， ，，用于出产飞机发起机盘和叶片?]！！
我国上世纪60年代起头自主开发了TB6、、TB10、、
TC21等高强度钛合金， ，，其中TC21和TB10最为典型， ，，
TC21强度达到l 100 MPa， ，，韧性好， ，，拥有优异的高危险
容限机能和委顿机能， ，，是目前我国综合力学机能最佳
的高强度钛合金， ，，合用于制作飞机大型整体框梁类重
要承力构件_l2]， ，，TB10比强度高， ，，断裂韧度好， ，，淬透性
高， ，，已在我国航空领域获得了现实利用！！
2．2 高温钛合金
高温钛合金是现代航空发起机的重要资料， ，，重要
用于飞机发起机的压气机盘、、机匣和叶片等部件， ，，以
减轻发起机重量， ，，满足发起机更高的工作温度， ，，提高
推重比！！Ｍɡ押辖鸸ぷ魑露冉系， ，，通常小于500℃， ，，
目前， ，，美、、英等国已研制出了使用温度550～600℃的
高温钛合金， ，，如美国Ti6242S、、Til100， ，，英国IMI829、、
IMI834， ，，俄罗斯BT 1 8Y、、BT36等！！i6242S (Ti一6A1．
2Sn．4Zr．2Mo一0．1si)是美国早期研制的一种高温钛合
金， ，，属于近0【型结构， ，，强度达N93o MPa， ，，最高使用温
度为540℃『l ， ，，研发人员通过对Ti6242S的合金元素含
量进行调整， ，，研制出了Til 100(Ti．6A1—2．75Sn．4Zr一0．4
Mo一0．45Si)， ，，使其使用温度提高到600℃ ， ，，该合金已应
用于T55．712发起机的高压压气机轮盘和低压涡轮叶片
等部件[ ！！M1834 (Ti一5．8A1—4Sn．3．5Zr．0．7Nb一0．5Mo一
0．35Si)是IMI829的改进型， ，，合金中Nb的参与在保障
热不变性的基础上， ，，最大限度提高了合金的强度， ，，室
温强度达到1 070 MPa[ j， ，，该合金焊接机能优异， ，，已应
用于波音777飞机的Trent 700发起机上！！T36 (Ti．6．
2A1．2Sn．3．6Zr一0．7Mo．0．1Y．5．OW一0．15Si)是俄罗斯在上
世纪90年代研制的一种重要的高温合金， ，，使用温度达
N6oo～650℃f14]， ，，合金中参与Y达到细化晶粒改善塑性
的成效， ，，参与w提高了合金的热强性！！Ｃ拦萜展
最近研制出的Ti．1270高温钛合金， ，，试验过程中使用温
度可达700℃ ， ，，打算用于x．33演示机及结合战斗机！！
我国研制了Ti．55、、Ti一60、、Ti一600、、Ti一5331lS及
7715等高温合金！！i一53311s使用温度在550！！左右， ，，
其成分与IMI829类似， ，，但Mo含量更高， ，，高温瞬时强度
大， ，，高温下拥有优良的承载能力， ，，在航空领域已获得
利用 ]！！i60 (Ti一5．8A1—4．8Sn一2Zr一1Mo．0．35Si！！0．85Nd)
属于Ti55的改型， ，，其使用温度达~16oo℃ ， ，，室温强度达
到1 100 MPa， ，，合金元素Nd改善了合金的热不变性！！
Ti600合金的600℃强度达~1J74o MPa以上， ，，同时维持
优良的伸长率和断面收缩率 6]！！
由于将来航空发起机推重比将达到l0以上， ，，因而
要求资料的使用温度更高！！＝昀， ，，钛铝合金起头受
到关注， ，，重要以Ti3A1和TiA1为基础， ，，最高使用温度达
~lJ8oo℃以上， ，，抗氧化能力强， ，，抗蠕变机能好， ，，且质
量更轻！！Ｒ訲i3Al为基的Ti一2 1 Nb一1 4A1和Ti．24A1—1 4Nb
3V．0．5Mo在美国已起头批量出产 ]！！５壳把兄频念
铝合金塑性较差， ，，使其在航空发起机上的利用受到了
限度！！
2．3 阻燃钛合金
用于航空发起机的某些钛合金部件工作温度较高， ，，
易产生点火， ，，因而， ，，美、、俄等国从上世纪70年代起头， ，，
发展了阻燃钛合金的钻研！！Ｃ拦兄瞥隽薃lloyC
(Ti一35V．15Cr)阻燃钛合金， ，，属于B型合金， ，，该合金具
有优良的高温强度和抗氧化能力， ，，但在高温(出格足
482℃ 以上时)工作时， ，，合金易产生脆化， ，，该合金已
利用于Fll9发起机的高压压气机机匣、、导向叶片和矢
量尾喷管 ！！６砺匏寡兄瞥鯰i．Cu．A1系BTT一1、、BTT．3
阻燃钛合金， ，，BTT一1合金拥有优良的热加工性， ，，被用
于发起机压气机机匣和叶片 ， ，，BTT．3合金与BTT—l相
比， ，，塑性更高， ，，阻燃性更好， ，，可用于制备越发复杂的
发起机零件， ，，但这两种合金的整体力学机能和铸造性
能较差， ，，至今未能工程化！！
我国对于阻燃钛合金的钻研起步较晚， ，，西北有色
钻研院研制出了Ti．40(Ti一25V．15Cr．0．4Si)阻燃钛合金， ，，
该合金V含量较低， ，，拥有优良的机械机能， ，，阻燃机能
与AlloyC机能相当， ，，在500℃可持久使用， ，，该合金已进
入工业规模的钻研阶段！！１本┖娇兆柿献暄性簙AlloyC
合金为基础， ，，进一步优化si和C的含量， ，，研发出TF550
合金， ，，该合金在550℃拥有很好的蠕变和悠久机能！！
3 我国航空用钛合金的发展趋向
3．1 持续发展高机能航空钛合金资料的钻研与利用
现有钛合金的强度仍不能齐全满足航空领域的应
用， ，，其强韧性仍不如超高强韧合金钢(1 500 MPa以
上)， ，，必要研制抗拉强度大于1 350 MPa并且韧性优良
的高强钛合金！！３中┐蟾呶骂押辖鸬氖褂梦露， ，，使
其达到650℃ 以上， ，，通过多元素合金化提高合金的高
温机能， ，，持续探索稀土元素对于高温机能的影响！！６
于阻燃钛合金， ，，我国发展相对缓慢， ，，必要制订评价钛
合金阻燃机能的统一尺度！！
3．2 积极拓宽航空钛合金精密铸件的利用领域
与钛合金锻件相比， ，，钛合金精密铸件可极大降低
产品的出产周期和出产成本， ，，并合用于批量出产！！Ｎ
国钛合金精密铸造技术近年来发展较快， ，，已宽泛利用
于航天、、军工等领域， ，，但由于航空钛合金铸件的内部
质量和理论质量要求很高， ，，关键航空钛合金部件还很
难选取钛合金铸件， ，，并且目前航空钛合金铸件的制品
率还不是很高， ，，因而仍必要提升我国航空钛合金部件
的精密铸造技术， ，，如造型技术、、熔炼成形工艺等！！
3．3 发展低成本航空钛合金的研制
航空钛合金产品的研制与出产目前已经成熟化、、
贸易化， ，，低成本航空钛合金将受到极大关注， ，，除了对
出产过程进行节制、、提高制品率之外， ，，还必要对资料
自身进行改进， ，，如在合金化方面， ，，用便宜的Fe元素替
代昂贵的V、、Mo等元素l 2 J_， ，，在保障强度和韧性的同时， ，，
降低金属资料成本， ，，在铸造成形方面， ，，能够通过研制
低成本高不变性的氧化物铸型资料， ，，降低铸造的成本！！
通过降低成本， ，，钛产品在航空领域的利用将得到进一
步推广！！
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