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氧、氮、碳和氫是鈦合金的主要雜質(zhì)。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對(duì)鈦合金有顯著強(qiáng)化效果,但卻使塑性下降。通常規(guī)定鈦中氧和氮的含量分別在0.15-0.2％和0.04-0.05％以下。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過(guò)多的氫會(huì)產(chǎn)生氫化物,使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在0.015％以下。氫在鈦中的溶解是可逆的,可以用真空退火除去。

第一個(gè)實(shí)用的鈦合金是1954年美國(guó)研制成功的Ti-6Al-4V合金,由于它的耐熱性、強(qiáng)度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好,而成為鈦合金工業(yè)中的王牌合金,該合金使用量已占全部鈦合金的75%～85%。其他許多鈦合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。

20世紀(jì)50～60年代,主要是發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金,70年代開(kāi)發(fā)出一批耐蝕鈦合金,80年代以來(lái),耐蝕鈦合金和高強(qiáng)鈦合金得到進(jìn)一步發(fā)展。耐熱鈦合金的使用溫度已從50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出現(xiàn),使鈦在發(fā)動(dòng)機(jī)的使用部位正由發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端（風(fēng)扇和壓氣機(jī)）向發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端（渦輪）方向推進(jìn)。結(jié)構(gòu)鈦合金向高強(qiáng)、高塑、高強(qiáng)高韌、高模量和高損傷容限方向發(fā)展。

另外,20世紀(jì)70年代以來(lái),還出現(xiàn)了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形狀記憶合金,并在工程上獲得日益廣泛的應(yīng)用。

目前,世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種,最著名的合金有20～30種,如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。

α鈦合金

它是α相固溶體組成的單相合金,不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下,均是α相,組織穩(wěn)定,耐磨性高于純鈦,抗氧化能力強(qiáng)。在500℃～600℃的溫度下,仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能,但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,室溫強(qiáng)度不高。

β鈦合金

它是β相固溶體組成的單相合金,未熱處理即具有較高的強(qiáng)度,淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化,室溫強(qiáng)度可達(dá)1372～1666 MPa；但熱穩(wěn)定性較差,不宜在高溫下使用。

α+β鈦合金

它是雙相合金,具有良好的綜合性能,組織穩(wěn)定性好,有良好的韌性、塑性和高溫變形性能,能較好地進(jìn)行熱壓力加工,能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50%～100%；高溫強(qiáng)度高,可在400℃～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作,其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。

三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好,α+β鈦合金次之,β鈦合金最差。α鈦合金代號(hào)為T(mén)A,β鈦合金代號(hào)為T(mén)B,α+β鈦合金代號(hào)為T(mén)C。

鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金（鈦-鉬,鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。典型合金的成分和性能見(jiàn)表。

熱處理 鈦合金通過(guò)調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認(rèn)為細(xì)小等軸組織具有較好的塑性、熱穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度；針狀組織具有較高的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。

強(qiáng)度高

鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右,僅為鋼的60%,純鈦的強(qiáng)度才接近普通鋼的強(qiáng)度,一些高強(qiáng)度鈦合金超過(guò)了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料,見(jiàn)表7-1,可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。

熱強(qiáng)度高

使用溫度比鋁合金高幾百度,在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度,可在450～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作這兩類(lèi)鈦合金在150℃～500℃范圍內(nèi)仍有很高的比強(qiáng)度,而鋁合金在150℃時(shí)比強(qiáng)度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達(dá)500℃,鋁合金則在200℃以下。

抗蝕性好

鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作,其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼；對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)；對(duì)堿、氯化物、氯的有機(jī)物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對(duì)具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。

低溫性能好

鈦合金在低溫和超低溫下,仍能保持其力學(xué)性能。低溫性能好,間隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。因此,鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。

化學(xué)活性大

鈦的化學(xué)活性大,與大氣中O、N、H、CO、CO₂、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。含碳量大于0.2%時(shí),會(huì)在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC；溫度較高時(shí),與N作用也會(huì)形成TiN硬質(zhì)表層；在600℃以上時(shí),鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層；氫含量上升,也會(huì)形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達(dá)0.1～0.15 mm,硬化程度為20%～30%。鈦的化學(xué)親和性也大,易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。

導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性模量小

鈦的導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/（m.K）約為鎳的1/4,鐵的1/5,鋁的1/14,而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2,故其剛性差、易變形,不宜制作細(xì)長(zhǎng)桿和薄壁件,切削時(shí)加工表面的回彈量很大,約為不銹鋼的2～3倍,造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結(jié)磨損。

鈦合金的密度低,可以降低運(yùn)動(dòng)零件的慣性質(zhì)量,同時(shí)鈦氣門(mén)彈簧可以增加自由振動(dòng),減弱車(chē)身的振顫,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及輸出功率。

減小運(yùn)動(dòng)零件的慣性質(zhì)量,從而使摩擦力減小,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率。選擇鈦合金可以減輕相關(guān)零件的負(fù)載應(yīng)力,縮小零件的尺寸,從而使發(fā)動(dòng)機(jī)及整車(chē)的質(zhì)量減輕。零部件慣性質(zhì)量的降低,使得振動(dòng)和噪聲減弱,改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。 鈦合金在其他部件上的應(yīng)用可提高人員的舒適度和汽車(chē)的美觀(guān)等。在汽車(chē)工業(yè)上的應(yīng)用,鈦合金在節(jié)能降耗方面起到了不可估量的作用。

鈦合金零部件盡管具有如此優(yōu)越的性能,但距鈦及其合金普遍應(yīng)用在汽車(chē)工業(yè)中還有很大的距離,原因包括價(jià)格昂貴、成形性不好及焊接性能差等問(wèn)題。

隨著近年來(lái)鈦合金近凈成形技術(shù)及電子束焊、等離子弧焊、激光焊等現(xiàn)代焊接技術(shù)的發(fā)展,鈦合金的成形及焊接問(wèn)題已不再是制約鈦合金應(yīng)用的關(guān)鍵因素,阻礙鈦合金普遍應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)的最主要原因還是成本過(guò)高。

無(wú)論是金屬最初的冶煉還是后續(xù)的加工,鈦合金的價(jià)格都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他金屬。汽車(chē)工業(yè)能夠接受的鈦制零件成本,用連桿鈦材8～13美元/kg,氣閥用鈦材13～20美元/kg,彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)及緊固件用鈦材希望在8美元/kg以下。而目前用鈦材料生產(chǎn)的零件成本比這些價(jià)格高了很多,鈦板材的生產(chǎn)成本大多數(shù)高于33美元/kg,是鋁板材的6～15倍,鋼板材的45～83倍。

鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件,其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。60年代中期,鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用,用于制作電解工業(yè)的電極,發(fā)電站的冷凝器,石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。

中國(guó)于1956年開(kāi)始鈦和鈦合金研究；60年代中期開(kāi)始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。

鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料,比重、強(qiáng)度和使用溫度介于鋁和鋼之間,但比強(qiáng)度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國(guó)首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上用作后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩、機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件。60年代開(kāi)始鈦合金的使用部位從后機(jī)身移向中機(jī)身、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。鈦合金在軍用飛機(jī)中的用量迅速增加,達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%～25%。70年代起,民用機(jī)開(kāi)始大量使用鈦合金,如波音747客機(jī)用鈦量達(dá)3640公斤以上。馬赫數(shù)小于 2.5的飛機(jī)用鈦主要是為了代替鋼,以減輕結(jié)構(gòu)重量。又如,美國(guó)SR-71 高空高速偵察機(jī)(飛行馬赫數(shù)為3,飛行高度26212米),鈦占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的93%,號(hào)稱(chēng)“全鈦”飛機(jī)。當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比從4～6提高到8～10,壓氣機(jī)出口溫度相應(yīng)地從200～300°C增加到500～600°C時(shí),原來(lái)用鋁制造的低壓壓氣機(jī)盤(pán)和葉片就必須改用鈦合金,或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機(jī)盤(pán)和葉片,以減輕結(jié)構(gòu)重量。70年代,鈦合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的用量一般占結(jié)構(gòu)總重量的20%～30%,主要用于制造壓氣機(jī)部件,如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤(pán)和葉片、鑄鈦壓氣機(jī)機(jī)匣、中介機(jī)匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度,耐腐蝕和耐低溫性能來(lái)制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體。人造地球衛(wèi)星、登月艙、載人飛船和航天飛機(jī) 也都使用鈦合金板材焊接件。

利用鈦合金強(qiáng)度大、超級(jí)耐腐蝕的特點(diǎn)制成的高強(qiáng)度彈簧,已經(jīng)廣泛運(yùn)用于床墊等民用領(lǐng)域。通過(guò)在床墊彈簧中使用鈦合金技術(shù)的品牌,其中新型的鈦合金彈簧,能順應(yīng)身體曲線(xiàn),達(dá)到由軟至硬、由淺入深的獨(dú)特承托效果,輕松享受深度睡眠。并且,經(jīng)兩次高溫定型處理,彈簧的彈性和回復(fù)力得到有效提升,耐用度增強(qiáng)。 因?yàn)榇矇|屬于耐用消費(fèi)品,消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)后會(huì)不間斷使用數(shù)年甚至10年以上,而消費(fèi)者睡眠中每一次翻身、起臥都是對(duì)彈簧的一次考驗(yàn)及使用壽命的消耗。以單張床墊使用10年計(jì)算,單個(gè)彈簧的物理變形次數(shù)將超過(guò)10萬(wàn)次。而高強(qiáng)度的鈦合金彈簧由于有著優(yōu)良的抗屈服度物理性質(zhì),因此雖歷經(jīng)長(zhǎng)年使用卻依然能保持如初的狀態(tài)。 有的大品牌床墊采用了的鋼絲彈簧采用了數(shù)條優(yōu)質(zhì)的鋼絲屈繞而成,回彈力極強(qiáng),比如美國(guó)本土制造的Simmons品牌獨(dú)立袋裝床墊,部分產(chǎn)品所用的鋼絲彈簧便是由數(shù)股細(xì)鋼絲屈繞而成的。

總結(jié),鈦合金的熱處理工藝可以歸納為：

1、消除應(yīng)力退火：目的是為消除或減少加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。防止在一些腐蝕環(huán)境中的化學(xué)侵蝕和減少變形。

2、完全退火：目的是為了獲得好的韌性,改善加工性能,有利于再加工以及提高尺寸和組織的穩(wěn)定性。

3、固溶處理和時(shí)效：目的是為了提高其強(qiáng)度,α鈦合金和穩(wěn)定的β鈦合金不能進(jìn)行強(qiáng)化熱處理,在生產(chǎn)中只進(jìn)行退火。α+β鈦合金和含有少量α相的亞穩(wěn)β鈦合金可以通過(guò)固溶處理和時(shí)效使合金進(jìn)一步強(qiáng)化。

此外,為了滿(mǎn)足工件的特殊要求,工業(yè)上還采用雙重退火、等溫退火、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。

鈦合金的硬度大于HB350時(shí)切削加工特別困難,小于HB300時(shí)則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象,也難于切削。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個(gè)方面,關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué)、物理、力學(xué)性能間的綜合對(duì)其切削加工性的影響。鈦合金有如下切削特點(diǎn)：

1、變形系數(shù)小：這是鈦合金切削加工的顯著特點(diǎn),變形系數(shù)小于或接近于1。切屑在前刀面上滑動(dòng)摩擦的路程大大增大,加速刀具磨損。

2、切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小(只相當(dāng)于45號(hào)鋼的1/5～1/7),切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短,切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出,集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),切削溫度很高。在相同的切削條件下,切削溫度可比切削45號(hào)鋼時(shí)高出一倍以上。

3、單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時(shí)約小20%,由于切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短,單位接觸面積上的切削力大大增加,容易造成崩刃。同時(shí),由于鈦合金的彈性模量小,加工時(shí)在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形,引起振動(dòng),加大刀具磨損并影響零件的精度。因此,要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。

4、冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦的化學(xué)活性大,在高的切削溫度下,很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時(shí)切削過(guò)程中的塑性變形也會(huì)造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會(huì)降低零件的疲勞強(qiáng)度,而且能加劇刀具磨損,是切削鈦合金時(shí)的一個(gè)很重要特點(diǎn)。

5、刀具易磨損：毛坯經(jīng)過(guò)沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后,形成硬而脆的不均勻外皮,極易造成崩刃現(xiàn)象,使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外,由于鈦合金對(duì)刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng),在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下,刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。車(chē)削鈦合金時(shí),有時(shí)前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴(yán)重；進(jìn)給量f<0.1 mm/r時(shí),磨損主要發(fā)生在后刀面上；當(dāng)f>0.2 mm/r時(shí),前刀面將出現(xiàn)磨損；用硬質(zhì)合金刀具精車(chē)和半精車(chē)時(shí),后刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。

在銑削加工中,由于鈦合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)低,而且切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短,切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出,集中在切削變形區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),加工時(shí)切削刃刃口處會(huì)產(chǎn)生極高的切削溫度,將大大縮短刀具壽命。對(duì)于鈦合金Ti6Al4V來(lái)說(shuō),在刀具強(qiáng)度和機(jī)床功率允許的條件下,切削溫度的高低是影響刀具壽命的關(guān)鍵因素,而并非切削力的大小。

折疊刀具材料
切削加工鈦合金應(yīng)從降低切削溫度和減少粘結(jié)兩方面出發(fā),選用紅硬性好、抗彎強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料,YG類(lèi)硬質(zhì)合金比較合適。由于高速鋼的耐熱性差,因此應(yīng)盡量采用硬質(zhì)合金制作的刀具。常用的硬質(zhì)合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。

涂層刀片和YT類(lèi)硬質(zhì)合金會(huì)與鈦合金產(chǎn)生劇烈的親和作用,加劇刀具的粘結(jié)磨損,不宜用來(lái)切削鈦合金；對(duì)于復(fù)雜、多刃刀具,可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料,適于制作切削鈦合金的鉆頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。

采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金,可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下,切削速度可達(dá)200 m/min；若不用切削液,在同等磨損量時(shí),允許的切削速度僅為100m/min。

注意事項(xiàng)

在切削鈦合金的過(guò)程中,應(yīng)注意的事項(xiàng)有：

1、由于鈦合金的彈性模量小,工件在加工中的夾緊變形和受力變形大,會(huì)降低工件的加工精度；工件安裝時(shí)夾緊力不宜過(guò)大,必要時(shí)可增加輔助支承。

2、如果使用含氫的切削液,切削過(guò)程中在高溫下將分解釋放出氫氣,被鈦吸收引起氫脆；也可能引起鈦合金高溫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

3、切削液中的氯化物使用時(shí)還可能分解或揮發(fā)有毒氣體,使用時(shí)宜采取安全防護(hù)措施,否則不應(yīng)使用；切削后應(yīng)及時(shí)用不含氯的清洗劑徹底清洗零件,清除含氯殘留物。

4、禁止使用鉛或鋅基合金制作的工、夾具與鈦合金接觸,銅、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。

5、與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈；經(jīng)清洗過(guò)的鈦合金零件,要防止油脂或指印污染,否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應(yīng)力腐蝕。

6、一般情況下切削加工鈦合金時(shí),沒(méi)有發(fā)火危險(xiǎn),只有在微量切削時(shí),切下的細(xì)小切屑才有發(fā)火燃燒現(xiàn)象。為了避免火災(zāi),除大量澆注切削液之外,還應(yīng)防止切屑在機(jī)床上堆積,刀具用鈍后立即進(jìn)行更換,或降低切削速度,加大進(jìn)給量以加大切屑厚度。若一旦著火,應(yīng)采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等滅火器材進(jìn)行撲滅,嚴(yán)禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器,也不能澆水,因?yàn)樗�能加速燃�?甚至導(dǎo)致氫爆炸。

高溫鈦合金

世界上第一個(gè)研制成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V,使用溫度為300-350℃。隨后相繼研制出使用溫度達(dá)400℃的IMI550、BT3-1等合金,以及使用溫度為450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地應(yīng)用在軍用和民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的新型高溫鈦合金有.英國(guó)的IMI829、IMI834合金；美國(guó)的Ti-1100合金；俄羅斯的BT18Y、BT36合金等。表7為部分國(guó)家新型高溫鈦合金的最高使用溫度[26]。

近幾年國(guó)外把采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)、纖維或顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料研制鈦合金作為高溫鈦合金的發(fā)展方向,使鈦合金的使用溫度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美國(guó)麥道公司采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)成功地研制出一種高純度、高致密性鈦合金,在760℃下其強(qiáng)度相當(dāng)于目前室溫下使用的鈦合金強(qiáng)度[26]。

鈦鋁化合物為基的鈦合金

與一般鈦合金相比,鈦鋁化合物為基鈉Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金屬間化合物的最大優(yōu)點(diǎn)是高溫性能好（最高使用溫度分別為816和982℃）、抗氧化能力強(qiáng)、抗蠕變性能好和重量輕（密度僅為鎳基高溫合金的1/2）,這些優(yōu)點(diǎn)使其成為未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)及飛機(jī)結(jié)構(gòu)件最具競(jìng)爭(zhēng)力的材料[26]。

目前,已有兩個(gè)Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美國(guó)開(kāi)始批量生產(chǎn)。其他近年來(lái)發(fā)展的Ti3Al為基的鈦合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl（γ）為基的鈦合金受關(guān)注的成分范圍為T(mén)i-（46-52）Al-（1-10）M（at.%）,此處M為v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一種元素。最近,TiAl3為基的鈦合金開(kāi)始引起注意,如Ti-65Al-10Ni合金[1]。

高強(qiáng)高韌β型鈦合金

β型鈦合金最早是20世紀(jì)50年代中期由美國(guó)Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型鈦合金具有良好的冷熱加工性能,易鍛造,可軋制、焊接,可通過(guò)固溶-時(shí)效處理獲得較高的機(jī)械性能、良好的環(huán)境抗力及強(qiáng)度與斷裂韌性的很好配合。新型高強(qiáng)高韌β型鈦合金最具代表性的有以下幾種[26,30]：

Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al）,該合金與飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中常用的30CrMnSiA高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼性能相當(dāng),具有優(yōu)異的鍛造性能；

Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn）,該合金冷加工性能比工業(yè)純鈦還好,時(shí)效后的室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)1000MPa以上；

β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si）,該合金是由美國(guó)鈦金屬公司Timet分部研制的一種新型抗氧化、超高強(qiáng)鈦合金,具有良好的抗氧化性能,冷熱加工性能優(yōu)良,可制成厚度為0.064mm的箔材；

日本鋼管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）鈦合金,該合金強(qiáng)度高,超塑性延伸率高達(dá)2000%,且超塑成形溫度比Ti-6Al-4V低140℃,可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-擴(kuò)散連接（SPF/DB）技術(shù)制造各種航空航天構(gòu)件；

俄羅斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al）,其抗拉強(qiáng)度可達(dá)1105MPA以上。

阻燃鈦合金

常規(guī)鈦合金在特定的條件下有燃烷的傾向,這在很大程度上限制了其應(yīng)用。針對(duì)這種情況,各國(guó)都展開(kāi)了對(duì)阻燃鈦合金的研究并取得一定突破。羌國(guó)研制出的Alloy c（也稱(chēng)為T(mén)i-1720）,名義成分為50Ti-35v-15Cr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）,是一種對(duì)持續(xù)燃燒不敏感的阻燃鈦合金,己用于F119發(fā)動(dòng)機(jī)。BTT-1和BTT-3為俄羅斯研制的阻燃鈦合金,均為T(mén)i-Cu-Al系合金,具有相當(dāng)好的熱變形工藝性能,可用其制成復(fù)雜的零件。

醫(yī)用鈦合金

鈦無(wú)毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性,是非常理想的醫(yī)用金屬材料,可用作植入人體的植入物等。目前,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者會(huì)析出極微量的釩和鋁離子,降低了其細(xì)胞適應(yīng)性且有可能對(duì)人體造成危害,這一問(wèn)題早已引起醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。美國(guó)早在20世紀(jì)80年代中期便開(kāi)始研制無(wú)鋁、無(wú)釩、具有生物相容性的鈦合金,將其用于矯形術(shù)。日本、英國(guó)等也在該方面做了大量的研究工作,并取得一些新的進(jìn)展。例如,日本已開(kāi)發(fā)出一系列具有優(yōu)良生物相容性的α+β鈦合金,包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20,這些合金的腐蝕強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能均優(yōu)于Ti-6Al-4v ELI。與α+β鈦合金相比,β鈦合金具有更高的強(qiáng)度水乎,以及更好的切口性能和韌性,更適于作為植入物植入人體。在美國(guó),已有9種β鈦合金被推薦至醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估計(jì)在不久的將來(lái),此類(lèi)具有高強(qiáng)度、低彈性模量以及優(yōu)異成形性和抗腐蝕性能的廬鈦合金很有可能取代目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。