钛是以希腊神话中的大力神（Titans）来定名的，它的发现要追忆到18世纪末期。1791年，英国牧师兼业余矿物学家威廉·格列戈尔从一种玄色的磁铁矿砂（钛磁铁矿）中发现了一种新元素，并称其为“墨纳昆”。1795年，德国化学家M·H·克拉普罗特从一种非磁性的氧化物矿（天然金红石矿）中发现了一种新元素定名为」土”。几年后证明，这两种矿物中发现的所谓“墨纳昆”和」土”其实是统一种元素（Ti）的氧化物。

钛化学活性高，在熔炼温度下会与很多元素反映，蕴含与耐火资料表表产生反映，故钛提炼相当难题。1910年，美国科学家选取“钠法”（钠还原TiCl4）获得纯度较高的金属钛，但钛工业并没有立即发展起来。直到第二次世界大战后，卢森堡科学家发现的“镁法”（镁还原TiCl4）在美国用于出产之后钛工业才起头起步。1948年杜国公司已经能够出产出吨位级海绵钛，海绵钛的规；霾於祟压ひ档幕。

20世纪50年代以来，随着航空航天工业的急剧发展，钛合金资料及其利用得到了极大发展。1953年首飞的路格拉斯DC-7飞机，初次将钛合金利用在发起机舱和隔热板的设计中。1964年，首个“全钛”高空高速战术窥伺机SR-71“黑鸟”首飞，钛合金用量达到了飞机结构总沉量的93%。

钛合金的用量常被当作衡量飞机选材先进水平和航空工业发展水平的指标，与飞机作战能力亲昵有关。美国F-15飞机结构钛合金沉量占比约26%，第四代战斗机F-22飞机结构钛合金沉量占比则高达38.8%。F15飞机建设的F100-PW100涡轮电扇发起机钛用量为25%～30%，F-22的V2500发起机钛用量提高到了31%。

目前，航空工业迪胙材用量占世界钛材市场总量一半以上，是实至名归的航空资料。

1、航空钛脊合金

钛元素散布宽泛，其含量超过地壳质量的0.4%，全球探明储量约34亿吨，在所有元素中含量居第10位。海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼，能力铸成钛锭，而后经加工造成各类钛材。只管真空熔炼工艺要求严格、设备复杂、成本高，但仍是获得优质钛、钛合金铸锭的唯一可行蹊径，这也是钛合金成本高昂的原因之一。依照有关尺度，航空用钛合金铸锭需经过三次真空熔炼获得，以确保其成分的均匀性。

海绵钛出产是钛工业的基础环节，近年来我国海绵钛的产量已经位居世界前列，但高品质的海绵钛产量偏低，优质零级海绵钛出产比例仅为40%。我国迪胙合金产品总体质量仍需提高、产业结构仍需优化。

纯钛的强度很低，做成航空航天结构资料没有工业实用价值。第一个得到工业化利用迪胙合金是1953年美国凯斯勒和翰森开发的Ti-6Al-4V（TC4）。由于它拥有耐热、强韧、可焊接、耐侵蚀和抗委顿蹬着异机能，已成为目前利用领域最广的一种钛合金。20世纪70年代以来，在TC4钛合金基础上又开发出了一系列的耐蚀钛合金。目前，结构钛合金已逐步向高强、高韧、高模量、抗委顿和危险容限等方向发展。

2、钛合金分类及造作方式

在钛合金资料定名方面，国内通常将α型钛合金（蕴含近α型合金）以TA定名，β型钛合金（蕴含近β型合金）以TB定名，两相混合的α+β型钛合金以TC定名。如利用最为宽泛的两项混合型钛合金Ti-6Al-4V，其对应的国内商标为TC4。国度尺度GB/T3620.1-2007在1994年版本基础上，新纳入54个商标、删除两个商标，钛脊合金商标总数量达到76个。钛合金的资料种类有棒材、丝材、板材、带材、锻件等。

经过最近三个“五年打算”的资料研造，拥有中国特色的新一代飞机骨干钛合金资料已初具规模。我国自主研发的中强高危险容限型钛合金TC4-DT，名义成分与TC4一样，但降低了氧含量、断裂韧度得到提高。Ti45Nb（丝材）、TA18（管材）、TB8（板材、丝材、锻件）、TC21（锻件）等新资料也得到了优良的利用。结合已有的TC1/TC2（板材）、TC4（锻件、板材、丝材）和ZTC4铸造钛合金，形成了从低强高塑性、中强高塑性、高强高塑性、超高强钛合金和铸造钛合金的齐全主干资料系统。

钛合金及其零部件的造备与加工步骤重要蕴含真空熔炼、铸造、机械加工、热处置、净近成形、焊接及表表处置。由于钛拥有高化学活性，钛及其合金的铸锭熔炼必须选取真空熔炼步骤。铸造变形是扭转铸钛组织、获得所必要的组织类型的关键伎俩。钛合金的机械加工重要蕴含铣削加工、车削、镗孔、钻孔、攻丝等。高切削温度、与刀具产生化学反映、弹性模量较低是钛合金难以加工的重要原因。钛合金的热处置重要有退火、固溶和时效等。

近净成形技术蕴含精密铸造、等温铸造、粉末冶金、超塑成形/扩散衔接、激光急剧成形、粉末注射成形等。近净成形是提高资料利用率、通过工艺节造可达到肯定的机能和表形尺寸要求的先进加工技术。先进迪胙合金焊接技术有激光焊接、电子束焊接等。钛合金对表表状态、表表齐全性极度敏感，由于其表表硬度低而易产生微动磨蚀等问题。近些年来，钛合金表表处置技术也获得了长足的发展。热渗镀、气相沉积、三束改性、转化膜、形变强化、热喷涂、化学镀、电镀等技术发展迅速。

3、钛合金在航空航天上的利用

钛合金在航空工业上的利用分为飞机结构钛合金和发起机结构钛合金。航天方面，钛合金重要作为火箭、导弹及宇宙飞船等的结构、容器造作资料。飞机结构钛合金使用温度要求通常为350℃以下，要求拥有高的比强度、优良的韧性、优异的抗委顿机能、优良的焊接工艺机能等。发起机用钛合金要求拥有高的比强度、热不变性好、抗氧化、抗蠕变等机能。航天飞行器除航空用钛合金的机能需要表，还要求可能耐高温、抗辐射等。

飞机钛合金结构件重要利用部位有起落架部件、框、梁、机身蒙皮、隔热罩等。俄罗斯的伊尔-76飞机选取高强度BT22钛合金造作起落架和承力梁等关键部件。波音747主起落架传动横梁资料为Ti-6Al-4V，锻件长6.20米、宽0.95米，质量达1545千克。高强高韧Ti-62222S钛合金被用在C-17飞机水安全谧面转轴关键部位。F-22飞机发起机所处的后机身区域及机尾隔热罩设计为钛合金薄壁结构，具备优良的耐温机能。

航空发起机方面，钛合金资料的利用领域有压气机盘、叶片、鼓筒、高压压气机转子、压气机机匣等。现代涡轮发起机结构沉量的30%左右为选取钛合金资料造作，钛合金的利用降低了压缩机叶片和电扇叶片的质量，同时还耽搁了零部件的寿命与查抄距离。波音747-8GENX发起机电扇叶片的前缘与尖部，选取了钛合金防护套，在10年的服役期内仅做过3次更换。

航空用钛合金锻件必要经过铸锭、造坯、模锻、机加等过程，获得所必要的资料组织和机能，往往用其来造作飞机骨架主承力构件和发起机转子等。依照HB5024-1989，大型锻件的表径不幼于500毫米。随着飞机和发起机的发展，航空锻件的质量要求越来越高、尺寸越来越大、状态越来越复杂。飞机结构件表形复杂，资料利用率通常不超过10%。F-22飞机四个大型主承力加强框资料为Ti-6Al-4V ELI，模锻件的投影面积为4.06～5.67平方米。近年来，我国航空钛合金的专业化铸造设备有了大幅度提升，现已经能够出产出5平方米级此外钛合金整体锻件。

航天飞行器在超高温、超低温、高真空、高应力、强侵蚀等极端前提下工作，除必要高明的结构设计技术表，还依赖资料所拥有的优异个性和职能。钛合金在造作燃料储箱、火箭发起机壳体、火箭喷嘴导管、人造卫星表壳等方面得到了典型利用。

由于钛合金资料优异的机能，某些航空飞行器的沉点部位也选取钛合金资料造作。如进气路唇口是选取钛合金资料3D打印方式造作的零件，实现了结构件与职能件的整体化设计、造作等。

航空航天工业中常用迪胙合金紧固件重要蕴含铆钉、螺栓及特种紧固件等。

美国F-22飞机上使用迪胙合金紧固件有：高强钛合金螺栓、环槽钉、光杆锥度高锁螺栓、自夹持螺栓、钛铌铆钉及粘接螺母。我国2014年首飞的国产商用大飞机C919，单机钛合金紧固件用量达20万件以上。钛合金紧固件的开发和利用，为飞机结构的进一步减沉提供了可能。波音747飞机紧固件以钛代钢后，其结构沉量减轻1814千克。俄罗斯的伊尔-96飞机一架用14.2万紧固件，以钛代钢后减沉600千克。

钛合金拥有优异的耐侵蚀机能，其正电位与碳纤维复合伙料相匹配，可有效预防紧固件的电位侵蚀。Ti45Nb合金是美国航空航天工业大量利用的铆钉资料，该资料在退火状态拥有较好的拉伸机能和剪切强度，可代替纯钛铆钉。Ti45Nb资料还拥有较高的塑性，适合于复合伙料造作用衔接铆钉。

近年来，美铝公司开发的Timeta1555钛合金高强螺栓，其固溶时效后抗拉强度达1300MPa以上、双剪切强度大于745MPa，延长率大于10%。为了紧跟国际高端钛合金紧固件的发展趋向，西工大超晶公司与信阳航天尺度件厂结合研发了紧固件专用TB8钛合金棒丝材，用其造作的螺栓抗拉强度高达1280MPa。钛合金紧固件研发是一项极度复杂和持久的工作。

4、钛合金产业发展方向

未来航空飞行器对钛合金的需要应该是兼具更高强度、更高韧性、更高危险机能、更高耐高温机能等。钛合金资料利用发展方向将是：新型高明强度结构钛合金、高机能的危险容限型钛合金、低成本抗委顿钛合金、新型高温结构钛合金、先进TiAl基资料、钛基复合伙料等方面。

现代飞行器对结构减沉的需要越来越火急，除钛合金资料表，复合伙料在飞行结构上也得到了大量利用。波音787飞机复合伙料用量达到了50%，空客A380复材用量也达到了25%。就目前来讲，复合伙料还不能全面代替金属，金属资料还不成或缺。钛合金与碳纤维加强的复合伙料弹性模量匹配、热膨胀系数相近；并拥有很好的化学相容性，不易产生电位侵蚀。F-18“大黄蜂”的翼身接头曾选取了钛合金接头零件与复合伙料蒙皮阶梯形粘接的设计。经过数年的服役考验，该项设计的靠得住性得到了验证。伴随复材用量的增长，钛合金资料用量也将进一步增长。

从近年来的开源信息可知，美国对下一代飞机结构资料的要求是更轻质高效、成本可控。依照2006年北嵋造算，F-22的单机成本约为3.61亿美元。F-35最初成本指标为3500万美元，后增至1.38亿美元。在重大的成本开支中，钛合金造作成本高是一个不成忽视的成分。低成本钛合金是用Fe、O等元素包办比力昂贵的V、Mo等元素。美国Timetal公司选取廉价的Fe-Mo中央合金大局增长Fe元素，包办价值昂贵的V元素，开发出了一种高强度低成本的β型钛合金Timetal-LCB，指标是代替价值较贵的Ti-10V-2Fe-3Al合金。

钛合金焊接、近净成形、冷成形等也是提高资料利用率、降低工艺成本的有效方式。电子束焊接、激光焊接等先进焊接技术，已在国内的一些型毫髋擅到了成功利用。北航、西工大等一批激光成形团队，在钛合金新技术利用方面获得了不错的成就。

在新型高温钛合金钻研方面，国内曾在英国IMI829的550℃高温钛合金和美国的600℃的Ti-1100高温钛合金的基础上，别离增长不到1%的稀土元素Gd和Y元素，通过形成稀土氧化物，净化晶界、细化晶粒，提高了合金的强度、蠕变和悠久机能。TA12（Ti55）是中科院金属所与宝钛集团、北京航空资料钻研院共同研造的一种近α型高温钛合金，设计使用温度为550℃。目前，Ti55资料相对成熟，不变的使用温度领域为550℃～600℃。Ti65资料的设计使用温度为600℃～650℃，相应的钻研工作在有序发展中。

近年来国表把选取急剧凝固/粉末冶金技术、纤维或颗粒加强复合伙料研造钛合金作为高温钛合金的发展方向，使钛合金的使用温度可提高到650℃以上。中科院金属所研发的钨芯钛基复合伙料，已经在肯定领域内得到了利用。