钛脊合金因拥有比强度高、耐侵蚀性好蹬着点，已被宽泛利用于在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等各个领域?引
。近年来，随着航空航天业对高强度、高断裂韧性的新型结构钛合金的必要越来越火急，因而钻研拥有自主知识产权，可能代替超高强度钢并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到世界列国的器沉
。

高强高韧钛合金通常指抗拉强度在1000 MPa以上，断裂韧性在55 MPa·m^1/2以上迪胙合金
。表1为几种典型高强钛合金的概况，其中国表的高强高韧钛合金重要为美国的Ti-1023，俄罗斯的BT22合金，以及新型的Timetal 555合金和VST55531合金，而中国的高强高韧钛合金则为TB2和TBl0合金等
。高强高韧钛合金通常都为β钛合金，组织以β相为主
。这是由于β钛合金在固溶处置下的冷成型性和淬透性较好，合金时效后析出次生α相 (α_a)可大幅度提高合金强度
。有关高强高韧性钛合金，宝鸡钛合金叶轮出产厂家-Betway必威金属，结合有关资料，整顿如下：

1、国表高强高韧钛合金

1.1Ti一1023合金

Ti-1023(Ti-10V-2Fe-3Al)合金是美国Timet公司于1971年研造成功，迄今为止利用最为宽泛的一种高强韧近β钛合金
。Ti-1023的成功利用应综合于它是一种高结构效益、高靠得住性和低造作成本的铸造钛合金
。为了提高合金的铸造机能和断裂韧性，要求合金中Fe的含量低于2％，O的含量限度在0.13％以下
。在一致强度等级下，合金在两相区固溶处置得到的组织拥有优良的塑性
。合金经热处置后其R
。为965～1310 MPa，K_IC为99～33 MPa·m^1/2，有较好的强韧性匹配关系
。Ti-1023之所以可能作为大型锻件用于结构资猜中，重要由于合金拥有优良的铸造机能
。Boyer将Ti-1023与TC4的铸造流变应力进行比力，批注在使用一样的铸造设备和模具时，Ti-1023更易于变形

；谎灾，Ti-1023比TC4能够在更低的温度下模锻，而锻后经热处置还可获得更佳的机能
。在分歧的铸造工艺和热处置前提下，Ti-1023合金形成分歧的α相和ω相：固溶处置水冷，天生水冷ω相
；β区水冷经低于450℃时效，天生等温ω相
；时效温度超过400℃的时，均匀仅相在等温ω相上形核
；经过陆续时效处置，α相转变为藐幼的短针状片层，均匀散布在β基体上
；两相区固溶天生晶界α相
。该合金由于含有2％Fe，在熔炼时容易因成吩飓析产生“β黑点”
。“pβ黑点”现实上是一种β温度比基体低的富Fe区，当在稍微低于基体转变温度进行热处置时就会产生偏析问题
。Ti-1023合金的出现添补了拥有高强度，高断裂韧性和高淬透性结构钛合金的空缺
。用该合金包办TC4钛合金能够减沉20％，用它包办30CrMnSiA时，可减沉40％
。它能提供钟注高强和高韧性的棒材、板材或截面达125 mm厚的锻件
。

现已利用于波音777客机起落架转向架梁，欧洲空客公司造作的载客量达500人以上的世界最大的客机A380的主起落架支柱
。

1.2 BT22合金

BT22(Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr)合金是苏联在20世纪70年代研造成功的一种高合金化、高强度近β型钛合金
。钻研了局批注合金中增长5％Mo，5％V以及少量的Fe和Cr，即可不变β相，在长功夫加热时，其中蕴含在350℃下长功夫应力加热也不致引起共析转变脆化
。同时少量的Fe和Cr 还能够解决合金熔炼时造备中央合金的问题以及解决削减合金化元素沿铸锭偏析问题
。BT22合金退火状态下的组织含有各约50％的α和β相，退 火状态下的强度是现有合金中退火强度最高的
。

固溶温度通常在690~780℃，功夫1~2h，时效温度480—560℃，功夫8~16h
。退火后的φ140mm~250mm锻件R_m为1080～1280 MPa， K_IC为65 MPa·m^1/2
。合金在(α+β)两相区水冷并时效强化的合金，其组织由仅相(α相的量决定于水冷温度)和弥散强化的β固溶体组成
。合金拥有强度高，韧性高，塑性好以及焊接机能良好等特点，截面淬透深度高达250mm，重要用于大型锻件和大型整体构件
。俄罗斯的Su-27，伊尔IL- 76、和图-204等主干线客机和沉型运输机的机体和起落架的大型承力构件和部件中均使用了BT22钛合金铸造构件
。BT22合金既可用于造作在350~400℃下持久工作的机身、机翼受力件及操作系统等的紧固件，也可用于造作工作温度不高于350℃的发起机的电扇盘和叶片等
。但BT22合金的强度领域只能限造在1100~1300 MPa，并不能进一步提高合金的强度
。

1.3 β-21S合金

β-21S合金(Ti-15Mo-2.7Nb.3Al-0.2Si)是美国Timet公司在1989年为麦路公司提供一种用于航天飞机迪胙金属基复合伙猜中所需的抗氧化箔材 而开发的亚稳β型钛合金
。合金最显著的特点就是在成分中增长了0.2％Si，用以提高合金的高温机能
。该合金拥有优良的冷变形能力，冷轧变形量 达72％~85％，抗氧化性比Ti-15-3合金高100倍，高温机能优于其他β型钛合金
。该合金的典型固溶处置造度为850℃固溶处置30 min空冷，组织 为等轴的β晶粒
。固溶后的合金的时效温度通常在480—595℃，时效功夫为8~24 h，其R_m为1150—1350 MPa，A为6％～8％
。由于β-2lS合金拥有优良的高温强度和抗蠕变机能，适于用于发起机衬套和喷管等，还可用作金属基复合伙料的基体、铸件等
。β-21S合金中合金元素含量高达 21％，尤其是合金中高熔点组元Mo和Ni的含量高达17.7％(含15％Mo和2.7％Nb)，在铸锭熔炼中，若炉料和熔炼工艺选择不当，极易造成铸锭成 分不均或高熔点组元的偏析或同化
。

1.4 β-C合金

β-C合金(Ti-8V-6Cr-4Mo-4Zr-3Al)是由美国RMI公司于1969年研造成功，并于1971年申请专利的亚稳β钛合金
。合金的典型热处置工艺退火或固溶处置温度在816~927℃，保温15~30min，空冷
；时效温度454~538℃，保温功夫4~24 h，空冷
。Rack指出，该合金经过927℃固溶处置， 600℃，8 h时效后，强度达到1200 MPa，断裂韧性K_IC为66 MPa·m^1/2
。Wagner和Gregoryml钻研批注，通过927℃固溶，440℃，72 h+500℃，16h双沉时效处置，合金强度可达到1400 MPa，断裂韧性K_IC为58 MPa·m^1/2
。该合金拥有较高的强度、韧性、低的弹性模量和较好的耐蚀性，并宽泛利用于航空弹簧、高强紧固件、扭力杆、箔材蜂窝结构
。只管β-c合金在经过双沉时效后强度和断裂韧职能够达到较高的水平，但其长功夫的时效
。造度并不适合于大型锻件出产
。同时由于合金元素含量较高，造成其变形抗力较高，也不合用于大型锻件的出产
。

1.5 Timeta1555钛合金

Timeta1555(Ti-5AI-5Mo-5V-3Cr-0.6Fe)合金，亦称Ti5553，是美国Boeing公司和俄罗斯VSMPO公司在BT22合金基础上，通过增长Cr的含量而 共同研造的一种新型高强亚稳β钛合金
。合金设计的初始主张即用于飞机上的大型锻件，且拥有优异的高强杜纂高韧性，其强度可达1517 MPa，从而代替Ti-1023合金在Boeing777的主起落架的利用
。与Til023合金相比，Timeta1555合金经固溶处置空冷后，其淬透深度可达150 mm，而Ti-1023合金热处置需经水淬且淬透面厚度仅为76mm
。

Fanning等Ⅲ1对Timetal555合金与Ti-1023合金、BT22合金的机能进行了对比(表2)，Timet．aB55合金的强度．塑性一韧性的匹配要优于现有的Ti-1023与BT22合金，较高的淬透性更适合于大型锻件进行热处置
。Harper等哺J指出Timetal555合金经热处置后有两种典型的组织，别离为片层和双态组织
。合金经β相区固溶处置后，组织为片层或双片层组织
；经(α+β)相区固溶处置后，组织为双态组织
。美国使用Timetal555合金做成了1:1的飞机起落架，将该合金列为Boeing 777飞机起落架转向架横梁]
。

1.6 VST5553l钛合金

俄罗斯新设计的VST55531(Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr)合金是俄罗斯VSMPO与欧洲空客公司结合开发利用于飞机A380的一种新型钛合金
。

VST55531Ⅲ1合金在(α+β)两相区终锻，固溶温度790℃，保温3h，空冷，时效温度560℃，保温8h，其抗拉强度最高可达1350MPa，屈服强度1255MPa，延长率10.5％，断裂韧性可达51.5 MPa·m^1/2
。合金成分中不含有Fe元素，使得合金在熔炼过程中预防了存在富Fe偏析而导致的β斑
。该合金拥有优良的断裂韧性和高强度匹配特点，合金亦有优良的淬透性，因而比力合用于机影悬挂接头、起落架以及起落妙机翼接优等要求高强高韧的零件
。

国内学者也对VST55531进行了初步的钻研，了局批注：试验前提，VST55531合金的优化造度为820℃固溶1h空冷，580℃时效4h空冷，其抗拉强度可达1370MPa，屈服强度1340 MPa，延长率9.0％
。合金组织重要为20％左右的等轴αp
。和时效析出弥散状的αs相
。经过期效处置后，随着时效温度的提高，VST55531合金的延长率和断面收缩率提高，时效析出的理
。相数量增多且粗化荟萃，导致合金强度降落
。

2、国内高强高韧钛合金

2.1 TB2合金

中国的高强钛合金发展也比力早，20世纪60年代初期北京有色金属钻研院研造出了Ti-5583(Ti-3Al-5Mo-SV-SCr)合金，研造工作和利用获得了较大的进展，并于1969年列入冶金部尺度，商标为TB2
。TB2合金重要通过Mo，Cr和V不变β相，同时V的增长有益于提高合金的塑性
。典型的热处置工艺为固溶温度在稍高于β相变点(800±10)℃，保温3~30min，空冷
；时效温度(500±10)℃、保温功夫8～24 h，空冷或炉冷
。TB2合金经该工艺处置后，其时效后的R_m在1100～1200MPa，A在12％左右
。该合金在固溶处置状态下拥有优良的冷成形机能和焊接机能，在固溶时效状态下拥有高的强度和优良的塑性相匹配
。但这种合金作为大型锻件时，铸造抗力较大，必要在1000℃的高温下铸造，但也难以保障整个截面获得足够的变形量
。TB2合金是在我国人造卫星上作为结构资料利用的第一个高强度钛合金，该合金重要用于星箭衔接带已在我国各类型号的卫星上使用了20屡次，至今仍在使用
。同时该合金造作的铆钉、紧固件、固体火箭发起机壳体也利用于航空航天领域
。

2.2 TB10合金

北京有色金属钻研总院在对TB2合金刷新的基础上，通过降低Cr含量，自主研造了高强高韧近β型钛合金Ti-3m-5Mo-5V-2Cr，合金商标TB10 
。该合金中β不变元素总含量在临界浓度左近，使得合金兼有(α+β)合金和亚不变β型合金的机能特点，拥有比强度高，断裂韧度好等特点
。为了获得合金优良的综合机能，通常选取两相区固溶加二次时效的步骤，其典型热处置工艺为固溶温度750～770℃，保温30～60 min，水淬
；时效处置500～540℃，保温8h，空冷实时效处置600～620℃，保温30min，空冷
。TB10合金锻件经该工艺处置后，其R_m可达1110MPa，K_IC为70.5 MPa·m^1/2
。TB10合金重要用于航天结构件，也可用于造作飞机机身和机翼结构中的铸造零件
。

3、存在问题及发展趋向

由于航空航天业必要轻质的高强高韧钛合金，因而高强高韧钛合金就成为列国争相钻研迪胙合金系列之一
。但现有钛合金的强度和韧性匹配不能满足航空要求，并且合金成本太高，合金机能对工艺参数敏感等问题使其利用受到了肯定限度
。高强高韧钛合金的拉伸延性低和可锻性差也限度了其作为大型锻件在航空航天领域的进一步利用
。综合国内表的钻研近况以及高强高韧钛合金所存在的问题，作者分析以为高强高韧钛合金的发展指标及趋向重要为：

1、发展研造R_m≥1300 MPa，K_IC≥55Pa·m^1/2拥有自主知识产权的新型高强高韧钛合金
。现有高强高韧钛合金的强韧性匹配仍不如现有高强韧钢(现有超高强合金钢的强度可达1500 MPa以上)，限度了钛合金的利用
。随着对钛合金机能要求的提高，发展R_m≥1300 MPa，K_IC≥55 Pa·m^1/2迪胙合金是以来高强高韧钛合金发展的重要趋向
。

2、发展Ti-Al-Mo-V-Cr系高强高韧钛合金，通过调整合金元素种类及含量的提高和进一步优化合金机能
。钻研发现目前高强高韧钛合金的成分 根基以Ti-Al-Mo-V-Cr系为主，通过增长合金元素Fe或zr提高合金的强度及断裂韧性，同时合金成分选择应预防熔炼时产生合金成吩飓析
。

3、进一步索求加工工艺与合金组织及机能的关系，由于高强高韧钛合金的一些机能对工艺参数极度敏感，所以必要严格节造加工工艺
。对大型高强高韧钛合金工件而言，合金机能的均一个重要问题，因而不休钻研加工工艺与合金的组织、机能关系是极度必要的
。

4、发展拥有优异的淬透性及优良的铸造机能为主的大型锻件用高强高韧钛合金
。高强高韧钛合金与合金结构钢相比，其变形抗力高，变形温度领域窄，可锻性差，限度其作为大型结构件的利用，因而发展可代替合金钢的大型锻件钛合金是高强韧钛合金的发展趋向之一
。