钛与航空的不解之缘

钛一诞生，就与航空结下不解之缘，似乎就是为航空而“生”，为航空而“长大成人”的。就世界范围而言，从20世纪50年代到现在，钛市场中最大的用户始终属于航空。因此，人们通常把钛称为“空中金属”，有时干脆称为“航空之子”。

金福航空螺钉

美国战斗机和轰炸机的钛用量也不断创新高，在F/A-22上达到了高峰，坐上了第一把交椅。我国商用客机机体机构钛用量从ARJ21的4.8%提高至C919的7.3%-9.3%（波音757和777分别为6%和7%-8%）。我国歼击机机体结构的钛用量按不同机种从早期的“零”和2%逐步提高至15%、20%和25%。

1、高强高韧β型钛合金

β型钛合金具有良好的加工性能，易锻造、可轧制、焊接，可通过固溶时效处理获得较高强度和断裂韧性。目前，在飞机上获得实际应用的高强高韧β型钛合金主要有以下几种：

Ti-1023(Ti-10V-2Fe-3Al)钛合金是由美国Timet公司于1971年研制的。它是一种为适应损伤容限性设计原则而产生的高结构效益、高可靠性和低制造成本的锻造钛合金，该合金的Al当量为4.0，Mo当量为11.1，(α+β)/β相转变温度为790～805℃，具有较大的淬透性和显著的热处理强化效果，具有优异的锻造性能，在760℃可进行等温锻造，提供各种近净型加工锻件。经热处理后，该合金的σb为965～1310MPa，KIC为99～33 MPa·m1/2。已经用于波音777客机起落架主梁，空客A380的主起落架支柱。

钛在飞机上的应用

2、高温钛合金

高温钛合金是现代航空发动机的关键材料之一，高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展。高温钛合金主要用作飞机发动机的压气机盘和叶片、机匣，以减轻发动机质量，提高推重比。发动机对高温钛合金的要求非常苛刻，它要求材料具有室温性能、高温强度、蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和断裂韧性的良好匹配。20世纪50年代最早用于航空发动机的Ti-6Al-4V合金服役温度一般不超过350℃；随后相继研制出使用温度为400℃左右的IMI550、BT3-l等合金；60年代，各国先后成功研制了使用温度在450℃~500℃的 IMI679、IMI685、Ti6246、Ti6242等合金；目前，世界范围内研制出的最高使用温度为600℃的高温钛合金有英国的IM1834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT36及中国的Ti-60。

目前较为典型的损伤容限钛合金有两种，一种是国外研制的高强高韧损伤容限钛合金TC21，一种是中国研制的中强高韧损伤容限钛合金TC4-DT。

TC21(Ti-Al-Mo-Sn-Zr-Cr-Si-X) 合金是西北有色金属研究院于2001 年研制的一种高强、高韧、损伤容限型两相钛合金，是我国研制的第一个具有自主知识产权的高强损伤容限型钛合金，北京航空材料研究院为该合金的应用研究单位。该合金一般使用状态的组织为网篮状或三态组织，具有优良的强度、塑性、韧性和低的裂纹扩展速率匹配。

4、阻燃钛合金

作为航空发动机材料使用时，普通钛合金可能会产生“钛火”，为了解决这个问题，各国开展了对阻燃钛合金的研制。下面主要介绍几种有代表性的阻燃钛合金： Alloy C(Ti-35V-15Cr)合金是美国P&W公司于20世纪80年代研制的一种β型钛合金。该合金的钼当量为47.5，是目前工业用β钛合金钼当量最高的合金，具有良好的室温和高温塑性、蠕变和疲劳性能，可制成板材、带材、棒材以及锻件等。该合金已经应用于F119发动机（F/A-22战斗机的动力装置）的高压压气机机匣、导向叶片和矢量尾喷管，并于1993年1月成功地进行了飞行实验。

BTT-1和BTT-3为俄罗斯从摩擦机制入手研制的阻燃钛合金，均为Ti-Cu-Al系合金（添加Mo、V、Zr）。BTT-l具有良好的热加工性能，可制成形状复杂的发动机零件，如压气机机匣和叶片，工作温度可达450℃。BTT-3合金的工艺塑性比BTT-l合金更好，特别适合于制造各种板材和箔材零件。BTT-3的阻燃能力也高于BTT-l，在相同的试验条件下，Ti-6Al-4V的摩擦着火温度为100℃，BTT-l为650℃，BTT-3则大于800℃。