引言

钛是20 世纪50 年代发展起来的一种沉要的结构金属，钛脊合金拥有密度低、比强度和比刚度高、耐侵蚀机能和低温机能好、抗委顿和蠕变机能好、无毒、无磁性，并且与碳 纤维复合伙料的相容性较好等很多优异个性，是一种拥有很大发展潜力和利用远景的新型职能资料，是航空航天工业中极其沉要的结构资料，被誉为在崛起的“第三金属”、“智能金属”等，是沉要的战术金属资料[1-5]
。

1954年美国研造出第一个实用型钛合金——Ti-6Al-4V合金，由于拥有较高的强度和较好的耐热性、塑性、韧性、成形性、可焊性以及耐蚀性， 其使用量占到了钛合金总使用量的75％~85％，成为多多钛合金中的王牌合金[6]
。

近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛和钛合金加工材的出产和消费都达到了很高的水平
。我国钛资源丰硕，储量居世界前列，随着“等离子高温分离 钛-铝矿”技术的研发成功，中国成为继美国和俄罗斯之后能直接出产金属钛粉末的世界第三大钛工业国
。在航空领域中，钛合金棒、钛合金板、钛合金管等钛脊合金已经成为不成或缺的资料，阐扬着关键作 用[2，7]
。

航空钛合金的利用水平已成为衡量新一代飞机和新型发起机先进性的沉要标志之一，可大幅度提高结构减沉成效和安全靠得住性[8]
。目前常用的航空钛合金重要有高温钛合金，如美国的Ti-6242S、Ti-1100，英国的IMI834，俄罗斯的BT36 以及中国的Ti-60 等;高强钛合金，如β 型钛合金Ti-1023、Ti-15-3、β-21S、α-β 型两相钛合金BT22 以及中国的TB8、TB10、Ti-1300 等;危险容限钛合金，如Ti-62222S 合金、TC4-DT 和TC21 合金等;阻燃钛合金，如美国的Alloy C(Ti-35V-15Cr)、英国的Ti-25V-15Cr-2Al-xC 阻燃合金以及中国的Ti-40 等[3，9-13]
。

1、航空钛合金的利用

航空钛合金（钛合金棒、钛合金管、钛合金板、钛合金锻件）重要利用于飞机结构件、发起机结构件以及航空紧固件等[14-17]
。飞机结构钛合金使用温度要求通常为350 ℃以下，要求其拥有高的比强度、优良的韧性、优异的抗 委顿机能、优良的焊接工艺机能等，重要利用部位有起落架部件、框、梁、机身蒙皮、隔热罩等
。发起机用钛合金要求拥有高的比强度、热不变性好、抗氧化和抗蠕变机能优良，重要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
。航空紧固件用钛合金要求拥有较好的加工性、无磁性、耐侵蚀性等，重要蕴含钛合金铆钉、钛合金螺栓等
。

1.1 钛合金在国表航空工业中的利用

在军用飞机方面，国表第三代战斗机用钛量占机体结构总质量的20％ ~ 25％，美国第五代战斗机F-35 用钛量达到27％(质量分数，下同)，F-22 战机用钛量则高达41％，其机身    主承力梁和框架选取钛合金整体铸造而成，创造了迄今为止战斗机钛用量的最高世界纪录
。美国B1 轰炸机和B2 轰炸机钛合金用量别离为21％和26％
。史上用钛量最大的飞机 是美国空军使用的喷气式远程高空高速战术窥伺机SR-71(黑鸟)，其钛合金使用量高达93％，被称为“全钛飞机”
。美国运输机用钛量也由早期服役的C5 的6％ 增至C17 的 10.3％，俄罗斯伊尔76 运输机用钛量更是达到了12％[18-21]
。

在民用飞机方面，钛合金用量也在逐步增长，空客飞机钛用量已从第三代A320 的4.5％增至第四代A340 的6％，A380 的用钛量增长到了10％，单机用钛量就达60 t，而A350 客机迪胙用量进一步提高到14％左右
。同时，波音飞机用钛量从最初波音707 的0.5％逐步增至波音747 的4％，再到波音777 的7％，而波音787 的用钛量已提高到15％左右，其增速根基与空客飞机维持同步
。俄罗斯的新型客机MS21 钛合金用量占比高达25％， 是目前民用运输机中的最高纪录[19-21]
。

1.2 钛合金在国内航空工业中的利用

我国的航空钛合金用量也在不休提升
。军用歼击机从初始用钛量只有2％的歼8，逐步增长至用钛量为4％的歼10，歼11 用钛量增长到15％，歼20 用钛量为20％，直到歼31用钛量增至25％
。大型军用运输机“运20”(鲲鹏)迪胙合金用量为10％，与美国先进的C-17 运输机迪胙合金用量(10.3％)相当
。

在民用飞机上，商用客机ARJ21 迪胙合金用量为4.8％，而C919 大型客机宽泛选取钛合金，其用钛量已达到9.3％，略高于波音777(7％)
。C919 飞机钛合金重要利用部位有机 头、悬挂、尾翼、表翼和中央翼盒等[3，22]
。

2 、我国航空钛合金利用的近况及面对的挑战

2.1 我国航空钛合金利用近况

随着我国航空事业的发展，对航空钛合金的需要也逐步增大
。我国钛资源储量极度丰硕，居世界首位，然而约42％迪胙材被用于传统化工领域，用于航空领域迪胙材占比不到

20％，远远低于50％左右的国际均匀水平
。我国民用航空飞机正处于发展时期，两款主力机型—ARJ-21 和C919 将必要大量的航空钛材，中俄结合研造的宽体客机CR929 预计钛合金使用量将达到15％左右
。未来空军新老机型的加快更替将是大势所趋，即将大量列装我国空军的新一代运输机和新一代战斗机，预计用钛量远远逾越传统机型，将产生数以倍 计的高端钛合金增量需要
。

目前，我国航空钛合金产业获得了很大的发展，自主研发的新型钛合金数量已超过30 种，其中很多已成熟并批量用于飞机机体和发起机，建成了拥有肯定规模的航空钛合金研造与出产基地，成立了整套航空钛合金资料、热工艺及理化检测尺度，但与钛工业蓬勃国度相比仍有肯定差距，尚不能满足国度工程的需要[8，10]
。

2.2 我国航空钛合金利用面对的挑战

经过半个世纪的发展，我国航空钛合金从设计、造备及工程利用等方面都获得了很猛进展，并得到了宽泛的利用，但依然面对新的挑战
。

首先，在机能上，国内近十年来在新型钛合金的钻研方面非；钤，钛合金钻研水平与国表相当，在某些方面甚至超过国表水平
。但是前期的研造重要是在仿造的基础上，经 过持久的摸索，我国部门钛合金的研造已经拥有自主知识产权，如危险容限的TC21 钛合金等，然而在新型钛合金的工程利用方面还有很大的发展空间[23-28]
。

其次，在成本上，航空钛合金产品由于原资料价值昂贵、加工工艺复杂，以及航空产品的机能要求高档特点，航空钛合金产品的成本不成预防线处于较高的水平
。针对降低高 机能钛合金的使用成本，钻研者目前重要从两方面做出致力:一方面，降低钛合金原料自身的成本，如利用更廉价的元素(如Fe 等)来取代钛合金中的贵沉元素(V、Cr 等);另一方面，降低钛合金的加工成本，增长资料利用率，如利用近净成形技术来代替传统的铸锻工艺
。目枪合金的低成本化大多还处于研造阶段，尚未实现航空钛合金产品的工程利用[6，29-33]
。

最后，随着航空钛合金近净成形新工艺的发展，激光增材造作技术为航空钛合金的加工成形启发了一条新的工艺蹊径
。经过多多学者的钻研，在机能方面激光增材造作钛合金的强度、硬度、塑性及致密度等指标都已经达到锻件水平，但是由于造作过程中，熔池和基板存在很大的温度梯度，最终成形件在分歧方向的力学机能各向异性显著
。另表增材造作专用航空钛合金开发滞后、金属增材造作构件无损检测步骤的不美满以及有关增材造作技术系统化尺度的不足，在很大水平上造约了航空钛合金增材造作技术的工程利用[34-35]
。

3、航空钛合金的发展趋向

随着航空科技的迅速发展，面对不休提高的国防建设要求，新一代飞机必须满足超高速、高空、长航时、超远航程的需要
。为了提高飞机的靠得住性，先进飞机和发起机越来越多 地增长了钛合金等高机能资料的用量，且结构越来越复杂[34]
。因而，航空钛合金将向着低成本、高机能的方向发展，同时不休进行新型商标的自主研发和新工艺的开发
。

3.1 强化低成本航空钛合金的钻研

航空工业对资料的要求越发注沉机能与成本的平衡，不再一味钻营高机能，低成本化将贯通选材、结构设计、造作工艺、检测评价以及守护等产品的全性命周期，降低钛合金成 本已经是行业发展的必然趋向[7]
。用通常的Fe 元素代替昂贵的Nb、Mo 和V 等元素，以及大力发展近净成形技术将成为降低航空钛合金工程利用成本的两个沉点方向
。

3.2 强化高机能航空钛合金的钻研

只管钛合金拥有优良的综合机能，但现有的航空钛合金仍不能齐全满足航空领域对资料高机能的要求
。目前高温钛合金现实长时使用很难突破600 ℃，对于600 ℃以上航空钛合金的钻研仍处于试验及中试阶段，与大领域开发利用还有很大的距离[8]
。另表，阻燃钛合金、高强高韧及危险容限型钛合金的批次不变性钻研及利用已成为多多学者关注的沉点
。未来对于高机能航空钛合金的钻研将偏差于对现有合金进行深刻挖掘，同时开发新商标合金的钻研
。

3.3 加强增材造作在航空钛合金中的利用

随着近年来增材造作技术的发展及利用，激光增材造作钛合金技术克服了传统技术难以出产复杂钛合金构件、钛合金冷加工变形抗力大等弊端，对大型整体结构件的造作提供 了新的技术蹊径，且其拥有与锻件相当的力学机能，北京航空航天大学已成功研造了(某大型轰炸机)某发起机钛合金加强框[35-40]
。航空钛合金的增材造作技术的钻研及利用将 为航空钛合金加工成形启发一条新的先进造作蹊径
。

4、结语

一代资料，一代设备
。航空钛合金在军事需要牵引和高新技术的推动下在高速向前推动，资料技术发展的又一次飞跃即将到来
。未来我国航空用钛合金的需要将会有较大 水平的增长
。因而，我国各科研及出产单元应加强科研力度，在堆集现实经验的基础上，阐扬自主创新能力，旋转仿造，独立创新资料商标，成立拥有中国特色的航空钛合金材 料系统
。

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