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。。。凭据钛合金的机能特点与用处，，
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。。。近年来，，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。。。如美国F22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。。。钛合金在使用初期，，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。。。经过早期的这些相对单一的非关
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。。。从20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 ”。。。近年来，，
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。。。在军用飞机领域，，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]。。。表1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。。。民用飞机的钛用量也在不
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。。。表2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。。。俄罗斯正在研制的新一代客机MS-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。。。在20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。。。军用运输机C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]。。。美国波音757、、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。。。欧盟国度制
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】。。。我国在军用飞机上钛合金的利用起步较晚，，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。。。近年来，，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_。。。在民用飞机领域，，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。。。因铝合金使用温
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_。。。其中，，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。。。随着航空发起机对推重比和刚度要求的提
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。。。表3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。。。我国早期研制的航空发起机
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。。。目前高强度钛合金的钻研主
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。。。目前，，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。。。美国研制的Ti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。。。Ti153(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[ 。。。Ti6．22—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 。。。俄罗斯研制的BT22
(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。。。通例钛合金工作温度较低，，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。。。Ti6242S (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[ 。。。IM1834 (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。。。BT36 (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。。。美国惠普公司
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。。。Ti一53311s使用温度在550。。。C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 ]。。。Ti60 (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。。。近年来，，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。。。以Ti3Al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 ]。。。但目前研制的钛
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。。。美国研制出了AlloyC
(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 。。。俄罗斯研制出Ti．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。。。北京航空资料钻研院~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。。。持续扩大高温钛合金的使用温度，，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。。。对
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。。。我
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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