以鈦為基加入其他合金元素組成的合金稱作鈦合金。鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優(yōu)點(diǎn),是較為理想的航天工程結(jié)構(gòu)材料。

　　研究范圍： 鈦合金可分為結(jié)構(gòu)鈦合金和耐熱鈦合金,或型鈦合金、型鈦合金和＋型鈦合金。研究范圍還包括鈦合金的成形技術(shù)、粉末冶金技術(shù)、快速凝固技術(shù)、鈦合金的軍用和民用等。

　　(一) 發(fā)展過(guò)程

　　50年代初～70年代初

　　需求動(dòng)力： 為滿足航空工業(yè)對(duì)材料的需求,鈦合金受到重視并得以發(fā)展,技術(shù)基礎(chǔ)主要是冶金學(xué)和工藝學(xué)。

　　主要特點(diǎn)： 該階段的特點(diǎn)是從材料的探索研究逐步轉(zhuǎn)向應(yīng)用。主要材料有Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn等,主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天用壓力容器、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等。

　　典型成果和產(chǎn)品：典型材料:Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn

　　70年代～90年代

　　需求動(dòng)力： 鈦合金應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,使鈦工業(yè)得到迅速發(fā)展,新工藝和新技術(shù)推動(dòng)鈦合金成形工藝的發(fā)展。

　　主要特點(diǎn)： 該階段的特點(diǎn):(1)鈦在航空航天工業(yè)應(yīng)用量不斷增加,在其它行業(yè)如海洋工程、化工、電力、冶金、醫(yī)療等方面的應(yīng)用也日趨增多,成為第三金屬。(2)新型鈦合金不斷問(wèn)世,如高強(qiáng)鈦合金、耐熱鈦合金等。(3)采用新工藝技術(shù)如超塑成形、快速凝固技術(shù)和等溫鍛造等。(4)為擴(kuò)大應(yīng)用而重視降低成本問(wèn)題。

　　典型成果和產(chǎn)品：典型材料: Ti-1100, Ti-1023, IMI834, Timetal62S, SP-700等

　　(二) 現(xiàn)有水平及發(fā)展趨勢(shì)

　　鈦合金是航空航天工業(yè)應(yīng)用較廣的一種金屬材料,按用途可分為結(jié)構(gòu)鈦合金和高溫鈦合金(使用溫度>400℃)。

　　結(jié)構(gòu)鈦合金以Ti-6Al-4V為代表,該合金已廣泛用于飛機(jī)、導(dǎo)彈上,并已由次承力結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)為主結(jié)構(gòu)件。為適應(yīng)更高強(qiáng)度和韌性的要求(如強(qiáng)度提高至1275～1373MPa,比強(qiáng)度提高至29～33,彈性模量提高至196GPa),近年研制了許多新型鈦合金,如美國(guó)的Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al;Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr(-C),Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo-0.23Si,Ti-4.5Al-1.5Cr;英國(guó)的Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si(IMI500)、日本的SPF00、CR800、SP700和前蘇聯(lián)的BT22等。其中Ti-15-333鑄件和-C可取代沉淀硬化不銹鋼和鎳基合金,Ti-6-22-22在美國(guó)先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)（ATF）的樣機(jī)F－22A中的用量占22%（重量）。日本的SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe),不僅強(qiáng)度高,而且在755℃達(dá)超塑性,延伸率可達(dá)2000%,成形性好,加工成本低,可取代Ti-6Al-4V,已用于航天構(gòu)件。

　　高溫鈦合金近年來(lái)取得一定進(jìn)展,在該領(lǐng)域中,美國(guó)和英國(guó)占據(jù)優(yōu)勢(shì)。但兩國(guó)采用的開(kāi)發(fā)方法和側(cè)重點(diǎn)則截然不同。英國(guó)采用的是以相固溶強(qiáng)化為提高蠕變強(qiáng)度的必要手段而無(wú)需相共存的方法,側(cè)重于研究近型合金,即開(kāi)發(fā)以提高蠕變強(qiáng)度為主的Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si(使用溫度400℃)、Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si(IMI679,使用溫度450℃)、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si(IMI685)合金和以改善疲勞強(qiáng)度為主的Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si(IMI829)和Ti-5.5Al-4.5Sn-4Zr-0.4Mo-0.8Nb-0.4Si(IMI834)。

　　美國(guó)則采用通過(guò)犧牲疲勞強(qiáng)度來(lái)提高蠕變強(qiáng)度的方法,側(cè)重研究鉬含量較高的合金,如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(6242,使用溫度470℃)、6242S(使用溫度500℃)合金。隨后,又研究開(kāi)發(fā)了Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si合金(Ti-1100),其使用溫度提高到600℃。

　　最近美國(guó)又研制了Timetal21S(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si)(又稱21S),使用溫度704℃,可用于制造高溫導(dǎo)管及壓力管,被優(yōu)選為美國(guó)國(guó)家空天飛機(jī)(NASP)機(jī)體用金屬基復(fù)合材料的基體材料。目前,這些新型高溫鈦合金均尚未進(jìn)入實(shí)用化階段。

　　目前高強(qiáng)度鈦合金超塑性成形技術(shù)發(fā)展很快,其發(fā)展趨勢(shì)是氣壓成形等溫鍛造和真空成形法。

　　美國(guó)在鈦合金的研制和應(yīng)用方面,一直處于領(lǐng)先水平,據(jù)統(tǒng)計(jì)在美國(guó)的航空工業(yè)中,鈦的消費(fèi)比例為70%,美國(guó)在鈦合金的成形方面,主要采用了超塑性條件下的等溫鍛造和板材成形。為降低成本,擴(kuò)大應(yīng)用,美國(guó)推出新牌號(hào)的合金,如Timetal62S(Ti-6Al-2Fe-0.1Si),以鐵代釩在成本上優(yōu)于Ti-6Al-V,而且性能與之相當(dāng)。

　　前蘇聯(lián)鈦工業(yè)已有35年以上的歷史,它的發(fā)展過(guò)程平穩(wěn),沒(méi)有大的起伏。生產(chǎn)了大量的與Ti-6Al-4V及Ti-5Al-2.5Sn類似的合金以及一系列高溫高強(qiáng)合金,并研究了特種耐蝕鈦合金,如4200、4210、4207等,在航天工業(yè)中,前蘇聯(lián)廣泛采用超塑性條件下鈦合金的氣壓成形工藝。

　　英國(guó)在耐熱鈦合金的研究和應(yīng)用方面同美國(guó)各占優(yōu)勢(shì),但其側(cè)重研究近型合金,即大力開(kāi)發(fā)以提高蠕變強(qiáng)度為重點(diǎn)的合金,如Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si、Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si(IMI879)、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si(IMI685)等,其中IMI685在歐洲已獲得廣泛應(yīng)用。

　　近年來(lái),日本在鈦合金的研究方面也取得了較大進(jìn)展,如為降低成本開(kāi)發(fā)了SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)合金,該合金的成形性能優(yōu)于Ti-6Al-4V。日本采用低應(yīng)變率的超塑性真空成形工藝。

　　(三) 主要研究機(jī)構(gòu)

　　美國(guó)鈦金屬公司(American Titanium Metal Company)，主攻技術(shù)及工程：鈦合金

　　蘇聯(lián)全蘇輕合金研究所()，主攻技術(shù)及工程：主攻技術(shù): 鈦合金