引言

钛脊合金拥有优良的综合机能，在航空航天、石油化工、生物医学、环境；さ攘煊虻睦枚己芸矸，有较高的比强度，优良的耐侵蚀、耐高温等机能，在金属资料王国中被称为“全能金属”，是继铁、铝之后极具发展远景的“第三金属”和“战术金属”[1]，作为高机能航空航天结构的关键资料，其机能对飞行器结构、质量、效能、服役靠得住性和使用寿命都拥有沉要的作用
。

作为飞机上沉要的结构资料和职能资料，近十几年国内表关于钛合金资料的利用及钻研也越来越多
。战斗机和轰炸机的用钛量在不休提高，美国的F-15，从20%升至27%，美国F-22战机的用钛量升为41%[2]
。常用于航空航天领域迪胙合金有TC17、TA15、TC4等商标，TC4钛合金锻件（钛饼、钛环、钛方块）在航空造作中用量较大
。

1、钛合金的特点及利用

钛有两种晶格类型，相互之间能够产生同素异构转变：温度在882℃以下时，为α-Ti（hpc），晶格结构为密排六方，温度在882℃以上时，为β-Ti（bcc），晶格结构为体心立方
。合金元素的分歧对相变温度的影响也很大，可分为三类：

1）不变α相，能提高相变温度的α不变元素有：Al、C、O、N等；

2）不变β相，能降低相变温度的β不变元素有两类： 同晶型Mo、Nb、V等；共析型Cr、Mn、Cu、Fe等；

3）中性元素，其对相变温度的作用很
。篫r、Sn 等
。分歧元素对相变温度的作用分歧，对应的温度变动如图1所示
。

钛密度为4.5g/cm³，属于轻金属，熔点为1669℃，化学活性大，容易与空气中的氧产生反映天生致密的氧化膜，阻止进一步氧化，高温时，反映剧烈，氧化膜脱落会加快反映速度，所以，在钛合金的造备过程中，真空或气体；な羌缺匾
。

钛合金作为利用宽泛的结构资料，比铝、钢强度高，并且在海水中有较好的抗侵蚀和耐低温的机能
。目前，飞机的机架、起落架、机身蒙皮以及发起机的叶片等造作资料的选择，重要起源于钛合金及其复合伙料，基于钛合金的发展水平，能够作为判断先进水平检测的沉要指标[4]
。随着钛合金用量的不休增长，其利用也越来越宽泛
。由于钛的无毒、质轻、耐侵蚀、强度高以及较好的生物相容性等特点，能够作为植入人体的植入物和手术机械等资料；鉴于其优良的结构弹性，能够用来减轻设备的质量，提高机能，增长寿命
。例如Ti6Al4V造作的榴弹炮座，质量降低了31%，选取钛合金包办轧造均质钢，在造作坦克其它部件的过程中，减沉可达420kg以上[5]
。钛合金在航海领域也有很好的发展远景，其耐蚀性、高比强度、无磁等个性使得其在发起机、螺旋桨、声纳系统等装置的利用极为宽泛
。

2、钛合金的分类

钛会产生同素异构转变，在低温时，稳态的α-Ti是密排的晶格结构；高温时，β-Ti的体心晶格结构相对比力不变，对应的晶胞结构图如图2所示
。

钛合金组织有α型、α+β型、β型三种结构，对应的符号为TA、TC、TB
。

2.1 α型钛合金

α钛合金是单相合金，其组织是α相固溶体，符号用TA暗示
。合金的重要元素为中性元素或α不变元素，例如Al、Sn、Zr等，根基不含β不变元素
。工业纯钛，组织均 为α相，属于典型的α型钛合金
。α型钛合金的抗氧化能力和切削加工机能优良，其强度和蠕变抗力在500℃~600℃领域内仍可维持，弊端是无法尝试热处置工艺进行强化， 室温的强度相对较低，退火后的强度变动量很幼或根基无变动
。

2.2 α+β型钛合金

α+β型钛合金的组织为α相、β相的两相合金，符号用TC暗示
。它是双相合金，α相和β相的比例取决于合金的成分，重要与β不变元素的含量有关，β相所占的比例约为1/20~1/4
。α+β型合金有较好的组织与机能，比力适合热处置强化，热加工过程中最能体现合金的塑韧性和高温变形能力
。这类合金最大的特点是能够通过分歧的热 处置工艺，获得分歧的组织状态如魏氏组织、网篮组织、双态组织和等轴组织，进而得到分歧的合金机能
。

2.3 β型钛合金

β钛合金是由β相组成的单相合金，符号用TB暗示
。其中，β不变元素的含量大于17%[6]，β单相组织的晶粒通常要大于等轴的α或α+β组织，并且能够进行淬火、时效强化
。强度高，变形能力好，但焊接机能和热不变性较差，持久处于高温前提下会产生硬脆相，因而不宜在高温下使用，并且耐热性也不好
。

3、钛合金的典型组织

TC4钛合金是典型的α+β双相钛合金，利益是能够进行热处置强化，热处置工艺分歧，合金的显微组织也分歧，重要有以下四类，其显微组织如图3所示[7]：

3.1 魏氏组织

第一类如图3（a）所示为魏氏组织，其组织特点是茁晶粒比力清澈且保留齐全，晶界比力显著，晶内α相呈层片状、粗针或细针状规定分列，天生的前提是在β相区热加工或β相区退火，且变形量幼于50%，从β转变温度以上缓慢冷却
。冷却的快慢对α相的大幼影响很大，快冷时，得到的α相较窄，缓慢冷却时，获得的α相较宽，急剧冷却时，可能得到的针状的马氏体α"[8]
。魏氏组织有优良的断裂韧性，原始β晶粒及齐全“晶界”的存在能够限度裂纹的扩大速度
。由于没有其它相的牵造，β相的晶界容易迁徙，造成晶粒长大，因而合金塑性、委顿性较差，拉伸机能不好，所以在现实的工业出产中，应该尽量避开这种组织的出现
。

3.2 网篮组织

第二类如图3（b）所示为网篮组织，网篮组织是在茁相区加热，并在α+β相区最终变形的了局，变形量较大，约莫为0.5~0.8，β相及晶界的处α相被粉碎，冷却后α束变细，尺寸也变短幼，且互订交错杂乱分列，呈网篮状，最后形成了网篮组织；特点是α、β交错分列强度高，但塑性差，与魏氏组织相比，其塑性，委顿韧性比力高，但断裂韧性低，目前可包办魏氏组织利用于在高温前提下持久受力的零部件
。

3.3 双态组织

第三类如图3（c）所示为双态组织，双态组织是在热处置温度低于β相变点较少加热或变形时获得的综合机能比力好的组织，其组织特点是在转变β组织上散布肯定数量的等轴的初生α相
。一种是片状α束域，散布在β转变组织中；另一种是散布在β转变组织间，数量幼于50%的α相，这种α相是等轴状
。双态组织不仅有较高的委顿强度、塑性，其蠕变机能、热不变机能及委顿机能也比力好
。

3.4 等轴组织

第四类如图3（d）所示为等轴组织，等轴组织与双态组织一样，都是初生的α相和β转变组织，只是初生α相的含量有差距（大于50%）
。等轴组织加热属于α+β相区，变形温度较高，会产生再结晶，获得齐全等轴的α+β组织，若是变形温度较低时，再结晶部门产生或者不产生时，可进行再结晶退火，仍可获得等轴组织，钛合金中等轴α相的含量影响合金的塑性，含量越高，塑性越好
。其组织特点刚好与魏氏组织相反，利益是优良的塑性、委顿强度及抗缺口敏感性，弊端是断裂韧性，蠕变机能相对较差
。

4、瞻望

随着科技的进取和现代工业的发展，钛合金在军工和民用领域的利用也越来越宽泛，在汽车行业，钛合金的利用不仅能减沉，更能满足环保的要求，未来航空航天和推力系统必要钛合金资料拥有更幼的密度，更高的强度、工作温度和弹性模量，对资料机能的要求也逐步提高，高强度、高硬度、高耐热性的资料越来越受各领域的青睐，优质轻型金属资料迪胙合金必将包办部门传统的资料，既减轻质量，又降低成本，达到降低能源亏损的主张，因而高机能钛合金的钻研已成为沉要的发展方向，相信随着发展的必要，钛合金在我国的市场远景会越来越好
。

参考文件

[1]刘奇先，刘杨，高凯.合金的钻研进展与利用[J].航天造作技术，2011，8（4）：45-48.

[2]吴欢，赵永庆，葛鹏，等.β不变元素对钛合金α相强化行为的影响[J].罕见金属资料与工程，2012，41（5）：807-810.

[3]白新房，赵永庆，郑翠萍，等.分歧组织状态TC4钛合金力学机能钻研[J].钛工业进展，2011，28（3）：27-29.

[4]何丹琪，石颢.钛合金在航空航天领域中的利用探求[J].中国高新技术企业，2016，27（18）：50-51.

[5]KlenzE.TitaniiumIndustryOverview[C].InternationalTitaniumAssociation:TITANIUM2008.2008,117-119.

[6]黄晓艳，刘波，李雪.钛合金在军事上的利用[J].轻金属，2005（9）：51-53.

[7]金和喜，魏克湘，李建明，等.航空用钛合金钻研进展[J].中国有色金属学报，2015（2）：280-292.

[8]蔡一湘，李达人.粉末冶金钛合金的利用近况[J].中国资料进展，2010，29（5）：31-37.

[9]任朋立.高温钛合金的利用及其发展远景[J].新资料产业，2014（3）：56-58