張利軍，薛祥義，2，常 輝，2

(1.西安超晶科技發(fā)展有限責任公司，陜西西安710016)

(2.西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室，陜西西安710072)

我國航空用變形鈦合金材料

張利軍1，薛祥義1，2，常 輝1，2

(1.西安超晶科技發(fā)展有限責任公司，陜西西安710016)

(2.西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室，陜西西安710072)

鈦合金材料作為一種20世紀中葉出現并發(fā)展起來的新興結構材料，因其具有優(yōu)異的耐腐蝕性、高的比強度以及無磁性等一系列獨特的優(yōu)點，在航空航天等高端工業(yè)部門獲得了廣泛應用，目前飛機機體結構中的隔框、大梁、起落架以及航空發(fā)動機壓氣機匣、輪盤、葉片等承力部件大量使用鈦合金材料制造。在上世紀60年代，美國、英國、前蘇聯等工業(yè)發(fā)達國家就已經在飛機及航空發(fā)動機制造中大量使用鈦合金材料。我國鈦合金材料在航空工業(yè)中的應用起步較晚，上世紀80年代開始才陸續(xù)在飛機及航空發(fā)動機制造中少量使用鈦合金材料，但是進入21世紀之后，我國航空工業(yè)鈦合金材料的應用水平大幅度提升。對我國目前已經進入工業(yè)化生產并在航空工業(yè)中獲得工程化應用的變形鈦合金材料進行了系統闡述。

鈦合金;航空;飛機;溫度

1 前言

材料科學與工程是現代科學技術的重要領域，航空材料則處于材料科學與工程最富有挑戰(zhàn)性的研究前沿，是決定航空產品技術水平和發(fā)展的關鍵因素之一。航空產品設計和制造的先進性很大程度上取決于航空材料的水平，因此航空材料是發(fā)展航空技術的物質基礎和先導［1］。

鈦及鈦合金具有比強度高、抗腐蝕性好、耐高溫等一系列突出優(yōu)點，能夠進行各種方式的零件成形、焊接和機械加工，50多年來，航空科研和生產發(fā)展與鈦合金的推廣應用有著緊密的聯系。早在上世紀50年代初期，有一些軍用飛機上就開始用工業(yè)純鈦制造后機身隔熱板、機尾罩、減速板等受力不大的結構件。上世紀60年代開始，鈦合金在飛機上的應用逐步擴大到承力隔框、梁等主要受力結構件，同時航空發(fā)動機壓氣機部分大量開始采用鈦合金［2］。美國在上世紀70年代的軍用戰(zhàn)斗機上，鈦合金的用量就已經達到結構重量的四分之一了。目前，鈦合金已經發(fā)展成為現代航空工業(yè)設計與生產中廣有前途的金屬結構材料，目前對于飛機的先進程度以鈦合金的使用量來劃分。

1978年在原國家計委和國防科工委的要求下，我國原第三機械工業(yè)部(現中國航空工業(yè)集團公司前身)、冶金工業(yè)部等單位組成了航空材料赴英考察組趕赴英國進行了為期一個半月的考察工作。其中航空材料赴英考察組鈦合金分組參觀了國際航空博覽會，并先后考察了英國宇航公司的6個飛機廠、英國羅羅公司的3個航空發(fā)動機廠、英國帝國金屬公司鈦分公司的冶煉廠和鍛造廠以及英國皇家航空研究院等單位。通過這次考察學習，我國航空界人士才真正認識到鈦合金在航空工業(yè)中的重要程度以及我們國家航空材料與西方發(fā)達國家的差距。當時我們國家航空工業(yè)主要生產機種為J6飛機和WP6航空發(fā)動機，鈦合金在飛機及航空發(fā)動機中的工程應用幾乎為零。為此考察組上書國家計委、國防科工委和三機部，要求解決鈦合金加工工藝和質量方面的關鍵技術以及編制鈦合金產品相關技術標準，以加快我國航空工業(yè)用鈦的發(fā)展，同時推動我國航空工業(yè)現代化的發(fā)展［3］。在此種背景條件下，我國原冶金部撫順特鋼廠、寶雞有色金屬加工廠等單位開展了工業(yè)規(guī)模鈦合金研制生產，航空工業(yè)部621所、148廠、3007廠等單位開展了鈦合金鍛件的研制生產，其中航空148廠于1984年為美國波音公司成功研制生產出了B747飛機用大型TC4鈦合金模鍛件，1985年該廠被正式批準為波音鈦鍛件合格供應商。上世紀80年代，我國WP13等航空發(fā)動機開始大量使用鈦合金制造壓氣機盤、葉片、機匣等部件，同時J7、J8等改型飛機開始使用TC4、TB5、TB6等鈦合金零部件。上世紀90年代至今，隨著我國新一代渦扇航空發(fā)動機和第3代戰(zhàn)斗機的研制生產，鈦合金在我國航空工業(yè)中的應用得到了快速發(fā)展，例如其中J11系列飛機用鈦占整個機體結構的18%左右。在這期間為了適應航空工業(yè)用鈦需要，逐步形成了我國航空鈦合金系列標準，包括國家標準、航空工業(yè)標準、國家軍用標、型號標準、企業(yè)標準等。

本文結合GB/T 3620.1－2007《鈦及鈦合金牌號和化學成分》、GB/T 2965－2007《鈦及鈦合金棒材》、GJB 2218－1994《航空用鈦及鈦合金棒材和鍛坯規(guī)范》、GJB 2744A－2007《航空用鈦及鈦合金鍛件規(guī)范》、11－CL－045C《TA15鈦合金棒材》、《航空材料手冊》等文獻資料，對目前我國航空工業(yè)使用的主要變形鈦合金材料進行了匯總分類，并對其成分、發(fā)明情況、使用特性進行了簡要介紹。表1列出了我國航空用主要變形鈦合金材料，并對每種材料逐一扼要介紹。

表1 我國航空用主要變形鈦合金材料Table 1 Deformation Titanium Alloys of China Aviation Industry

2 我國航空用變形鈦合金

2.1 α型鈦合金

2.1.1 TA7鈦合金

合金名義成分為 Ti-5Al-2.5Sn，該合金是前蘇聯1957年研制的BT5-1鈦合金，主要用于500℃以下工作的航空發(fā)動機機匣等零件［2］。我國于1965年仿制，命名為TA7，用于制造渦噴13發(fā)動機前機匣殼體，封嚴圈殼體、環(huán)件和模鍛件轉接座等［1］，目前該合金在我國的多種型號航空發(fā)動機環(huán)形零件制造中獲得了大量應用。該合金β穩(wěn)定元素含量為零，中性元素Sn≈2.5%，主要靠Al固溶強化α相，α+β/β轉變溫度1 040～1 090℃，不能熱處理強化，通常在退火狀態(tài)下使用，在室溫和高溫下具有良好的斷裂韌性，焊接性能良好，但工藝塑性較差。長期工作溫度可達500℃，短時工作溫度可達800℃，室溫抗拉強度≥785 MPa，大量用于制造航空發(fā)動機環(huán)軋件，目前也用于航空鈦合金鑄件的生產。

2.1.2 TA13鈦合金

合金名義成分為Ti-2.5Cu，該合金是英國研制的IMI230鈦合金，我國上世紀70年代從英國引進了斯貝航空發(fā)動機(MK202)全套生產技術，隨著斯貝航空發(fā)動機的國產化，寶雞有色金屬加工廠等相關單位開展了IMI230鈦合金的仿制，命名為TA13。該合金最初一直在退火狀態(tài)下使用，后來發(fā)現，該合金在淬火狀態(tài)下具有非常好的塑性，可以進行各種復雜板材的零件冷加工成形，然后在時效過程中析出彌散的Ti2Cu金屬化合物顆粒使強度提高大約25%［2］。所以該合金是目前唯一能夠熱處理強化的α型鈦合金，α+β/β轉變溫度895℃ ±10℃，合金具有良好的工藝塑性、焊接性能、熱穩(wěn)定性，一般在退火狀態(tài)下使用，室溫抗拉強度≥610 MPa，長期工作溫度可達350℃ ，我國已經使用該合金成功制造了航空發(fā)動機燃燒室外引射機匣、后錐體、排氣收集器加強帶、加強圈、支撐圈等［1］。

2.2 近α型合金

2.2.1 TC1鈦合金

合金名義成分為Ti-2Al-1.5Mn，該合金是前蘇聯研制的OT4-1鈦合金，我國于上世紀60年代開始仿制生產，后命名為TC1［2］。該合金是1種中等強度、高塑性的近α型合金，α+β/β轉變溫度920～930℃，具有良好的熱穩(wěn)定性、焊接性能及工藝塑性，長期工作溫度可達350℃，室溫抗拉強度≥590 MPa。大量用于飛機及航空發(fā)動機鈑金沖壓件的生產。由于該合金中的Mn元素在真空熔煉狀態(tài)下熔煉時容易揮發(fā)，所以該合金熔煉時一般在充氬狀態(tài)下進行［1］。

2.2.2 TC2鈦合金

合金名義成分為Ti-4Al-1.5Mn，該合金是前蘇聯研制的OT4鈦合金，我國于上世紀60年代初期開始仿制，后命名為TC2［2］。該合金是1種低強度、高塑性的近α型合金，α+β/β轉變溫度940℃ ±20℃，具有良好的熱穩(wěn)定性、焊接性能及工藝塑性，長期工作溫度可達350℃，短時使用溫度為750℃，室溫抗拉強度≥685 MPa。目前廣泛用于制造飛機結構和航空發(fā)動機的各種板材沖壓成形零件及蒙皮。由于該合金中的Mn元素在真空熔煉狀態(tài)下熔煉時容易揮發(fā)，所以該合金熔煉時和TC1鈦合金一樣在充氬狀態(tài)下進行［1］。

2.2.3 TA11鈦合金

合金名義成分Ti-8Al-1Mo-1V，該合金是美國上世紀發(fā)明，具有較高的彈性模量和較低的密度，是目前比剛度最高的工業(yè)鈦合金。合金α+β/β轉變溫度1 040℃左右，長期工作溫度可達450℃，雙重退火狀態(tài)下室溫抗拉強度≥895 MPa。主要用于制造航空發(fā)動機高壓壓氣機盤、壓氣機葉片、壓氣機機匣等［1］。我國大量使用該合金制造航空發(fā)動機轉子葉片，該合金對氯化物應力腐蝕較敏感。

2.2.4 TA12鈦合金

相近牌號英國IMI829(Ti55)，合金名義成分Ti-5.5Al-4Sn-2Zr-1Mo-1Nb-0.25Si，該合金長期工作溫度可達550℃，用于制造航空發(fā)動機壓氣機盤、鼓筒、葉片等。該合金具有良好的塑性，適合于各種壓力加工成形。我國使用該合金制造的渦噴發(fā)動機鼓筒、高壓壓氣機盤、轉子葉片等都已經通過了長期試車。合金α+β/β轉變溫度1 005℃左右，一般在雙重或三重退火狀態(tài)下使用，室溫抗拉強度≥950 MPa［1］。

2.2.5 TA15鈦合金

合金名義成分Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，該合金是前蘇聯上個世紀60年代初研制成功的BT20近α型鈦合金。我國上個世紀90年代從俄羅斯引進了Su-27飛機生產線，為了滿足Su-27飛機的國產化需求，國內相關單位隨即開展了BT20鈦合金的國產化工作，我國仿制后命名為TA15鈦合金，該合金制造的結構件占是Su-27飛機整機結構的15%以上，該合金兼有α型合金及α+β兩相鈦合金的優(yōu)點，具有中等的室溫和高溫強度、良好的熱穩(wěn)定性、焊接性能，工藝塑性良好［4］。該合金長時間(3 000 h)工作溫度可達500℃，450℃工作時壽命可達6 000 h。合金α+β/β轉變溫度1 020℃ ±30℃，退火狀態(tài)下室溫抗拉強度≥930 MPa［1］。目前主要用于制造飛機和航空發(fā)動機主要承力結構件，尤其是焊接件。

2.2.6 TA18鈦合金

合金名義成分Ti-3Al-2.5V，該合金是美國上個世紀發(fā)明的近α型鈦合金。我國上個世紀80年代開始仿制，后命名為TA18鈦合金。該合金具有良好的冷成形性能和焊接性能，主要用于制造飛機和航空發(fā)動機各種燃油、液壓管件，合金 α+β/β轉變溫度925℃ ±10℃，一般在退火狀態(tài)下使用，最高工作溫度約為315 ℃ ，室溫抗拉強度≥620 MPa［1］。

2.2.7 TA19鈦合金

合金名義成分Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo，該合金是美國20世紀60年代為了滿足改善鈦合金高溫性能的需要，特別是為了滿足噴氣航空發(fā)動機使用要求而研制的1種近α型鈦合金。合金α+β/β轉變溫度990℃ ±10℃，合金最高使用溫度540℃，長期工作溫度540℃，雙重或三重退火狀態(tài)下使用，室溫抗拉強度≥930 MPa［1］。特點是具有強度、蠕變強度、韌性和熱穩(wěn)定性能的良好結合，并具有良好的焊接性能，主要用于制造燃氣渦輪發(fā)動機零件，發(fā)動機結構板材零件，飛機熱端零件［5］。目前國外大量使用Ti6242合金制造航空發(fā)動機的轉動部件。如普惠公司制造的JT9D及2037發(fā)動機是用Ti6242合金制造發(fā)動機的壓氣機盤和轉子葉片，通用電子公司的CF6-5、CF6-80等發(fā)動機的壓氣機盤和轉子葉片也使用了Ti6242合金［6－7］。我國上個世紀90年代開始仿制，后命名為TA19，我國用于制造航空發(fā)動機機匣等零件。該合金也可應用于鑄件的生產，其鑄造牌號為ZTC6鈦合金。

2.3 α+β型雙相鈦合金

2.3.1 TC4鈦合金

合金名義成分為Ti-6Al-4V，該合金最初由美國在1954年首先研制成功，目前已經發(fā)展成為1種國際性的鈦合金，是目前人們對其研究最為全面、最為深入的鈦合金。在航空、航天、民用等工業(yè)中得到了廣泛應用。我國牌號TC4，該具有優(yōu)異的綜合力學性能，已經廣泛用于制造飛機結構中的梁、框、起落架，航空發(fā)動機風扇、壓氣機盤、機匣、葉片等，同時也大量用于其它各工業(yè)行業(yè)中，目前占鈦合金產量的一半以上［8］。該合金具有良好的工藝塑性和超塑性，合金α+β/β轉變溫度980～1 010℃，長期工作溫度可達400℃，一般在退火或固溶時效狀態(tài)下使用，室溫抗拉強度≥895 MPa。我國目前廣泛用于制造飛機主要承力結構件和航空發(fā)動機風扇盤、壓氣機盤、葉片等。

TC4合金中的間隙雜質雖然能提高合金的強度，但是這種雜質不僅嚴重降低合金的塑性和斷裂韌性，而且會加快疲勞裂紋擴展速率，并使其他一些重要性能，如熱穩(wěn)定性、蠕變抗力、缺口敏感性等變壞，所以近年來國內外為了適應飛機結構設計所需的損傷－容限要求，研制生產出了高純度的Ti-6Al-4V(ELI)合金，其O含量小于0.13%，C含量小于0.08%，適宜于低溫或要求高的斷裂韌性時使用。

2.3.2 TC6鈦合金

該合金是前蘇聯研制的BT3-1鈦合金，合金名義成分為Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，目前在俄羅斯得到廣泛應用。該合金是1種綜合性能良好的馬氏體型α+β型雙相鈦合金，一般在退火狀態(tài)下使用，也可進行適當的熱處理強化。具有較高的室溫強度，室溫抗拉強度≥980 MPa。具有良好的熱強性能，可長時間在400～450℃溫度下工作，合金α+β/β轉變溫度960～1 000℃，該合金具有良好的熱加工性能。目前主要用于制造航空發(fā)動機壓氣機盤和葉片等，也用于制造中等強度的飛機主要承力結構件等，如隔框、接頭等［1］。

2.3.3 TC11鈦合金

該合金是前蘇聯1958年開始研制、1966年研制成功的用于500℃的BT9熱強鈦合金，合金名義成分為Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si，我國于上世紀70年代末80年代初開始仿制，后命名為TC11鈦合金。TC11是1種綜合性能良好的中α+β型鈦合金，在500℃以下有優(yōu)異的熱強性能(高溫強度、蠕變抗力等)，并具有較高的室溫強度。該合金具有良好的熱加工工藝性，合金α+β/β轉變溫度1 000℃ ±20℃。該合金常用于制造航空發(fā)動機壓氣機盤、葉片、鼓筒等零件，也用于制造飛機結構件。TC11合金通過α+β區(qū)熱加工和α+β熱處理，獲得最高長期工作溫度為500℃，室溫下其強度≥1 030 MPa。通過近β鍛造工藝生產的TC11壓氣機盤鍛件長期工作溫度可達520℃［9］。該合金是我國目前使用范圍最廣、使用量最大、技術最為成熟的熱強鈦合金，目前幾乎所有型號的航空發(fā)動機都有應用。

2.3.4 TC16鈦合金

合金名義成分Ti-3Al-5Mo-4.5V，該合金是前蘇聯上個世紀研制的BT16馬氏體型α+β型雙相鈦合金。我國上個世紀90年代從俄羅斯引進了Su-27飛機生產線，為了滿足Su-27飛機的國產化需求，國內相關單位隨即開展了BT16鈦合金的國產化工作，我國仿制后命名為TC16鈦合金。該合金主要用于制造工作溫度350℃以下條件下工作的航空標準件，合金α+β/β轉變溫度860℃±20℃，該合金退火狀態(tài)下強度中等，但塑性非常好，可以像β型鈦合金一樣冷鐓成形制造螺栓、鉚釘等標準件。強化熱處理后可獲得高的強度，室溫強度≥1 030 MPa。我國在新型飛機上已經開始使用TC16鈦合金制造的螺栓、鉚釘。

2.3.5 TC17鈦合金

合金名義成分Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，該合金是上個世紀70年代美國通用電氣公司以提高綜合性能為目的而發(fā)展起來的1種高強度、高韌性和高淬透性的近β型變形鈦合金，我國從“七五”期間開始仿制，國產牌號TC17。合金最高工作溫度427℃，室溫下其抗拉強度≥1 120 MPa［1，10］。我國目前使用該合金制造航空發(fā)動機風扇盤、壓氣機盤等。

2.3.6 TC18鈦合金

合金名義成分為Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，該合金是前蘇聯航空材料研究院于上世紀70年代中期研制成功的1種高合金化、高強度近β型合金，俄羅斯牌號BT22，該合金具有高強、高韌、高淬透性，故稱“三高”鈦合金，退火狀態(tài)下強度極限可達1 080 MPa，強化熱處理狀態(tài)下可達1 200 MPa或更高，具有滿意的延伸率、斷面收縮率和沖擊韌性。根據不同性能和用途分為3種不同等級:①Rm≥1 078 MPa，KIC≥70 MPa·m1/2;②Rm≥1 127 MPa，KIC≥65 MPa·m1/2;③Rm≥1 176 MPa，KIC≥53 MPa·m1/2。在伊爾76、伊爾86、伊爾96、及圖204、安124等飛機上大量制造承力框及起落架部件［11－12］。隨著我國軍機型號的不斷發(fā)展及大型運輸機研制的開展［13］，我國開始仿制該合金，我國仿制后命名為TC18(2007版GB/T3620.1－2007)。

2.3.7 TC21鈦合金

TC21鈦合金是西北有色金屬研究院、北京航空材料研究院等單位聯合研制的具有我國自主知識產權的第1個高強高韌損傷容限鈦合金，合金名義成分Ti-6Al-2Mo-1.5Cr-2Zr-2Sn-2Nb。該合金目前用于制造飛機重要結構件［14］。目前使用狀態(tài)下 Rm≥1 100 MPa，KIC≥70 MPa·m1/2。該合金已經在我國第3代先進飛機上獲得了工程化應用。

2.3.8 TC25鈦合金

TC25鈦合金是我國近年來在仿制某型航空發(fā)動機過程中仿制的俄羅斯BT25鈦合金，BT25是前蘇聯1971年研制的馬氏體型的α+β兩相熱強鈦合金，合金里添加了高熔點的Mo，W大大提高了合金的熱強性和耐熱性，也提高了合金的工作壽命，BT25合金在常溫、高溫下均具有優(yōu)異的力學性能，其使用溫度可達550℃，合金名義成分Ti-6.5Al-2Mo-1Zr-1Sn-1W-0.2Si。BT25合金可在適當的熱變形條件、熱處理制度下(950～970℃，1 h，空冷+530～570℃，6 h，空冷)可獲得較為理想的綜合性能。作為馬氏體型α+β兩相鈦合金，BT25合金較該系列其它熱強合金的突出優(yōu)點是其工作使用溫度500～550℃，在500℃以下工作時間達6 000 h，在550℃工作時間達3 000 h，因此被推薦用于制造高壓壓氣機零件(主要是壓氣機盤)。BT25合金制造的半成品有鍛件、模鍛件、棒材和其他形式的半成品［15－18］。

2.4 β及近β鈦合金

2.4.1 TB3鈦合金

TB3鈦合金是1種可熱處理強化的亞穩(wěn)定β型鈦合金，合金名義成分為Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al。該合金的主要優(yōu)點是固溶處理狀態(tài)具有優(yōu)異的冷成形性能，其冷鐓比(Dt/D0)可達2.8，固溶+時效制度處理后可獲得高的強度，主要用于制造使用溫度低于300℃的1 100 MPa級以上高強度航空航天緊固件［1］。

2.4.2 TB6鈦合金

上世紀50年代的朝鮮戰(zhàn)爭，美國飛機在戰(zhàn)場被擊落擊傷近1 000架，60年代的越南戰(zhàn)爭，美國飛機的損失更加慘重，累計4 000多架。兩次大的戰(zhàn)爭美國的財力損失很大，但大大促進了美國鈦工業(yè)和鈦加工技術的發(fā)展。美國在總結越南戰(zhàn)爭中飛機事故時發(fā)現，飛機機體結構常常出現一種低應力的斷裂事故，即構件的工作應力低于材料的屈服強度而發(fā)生的脆性斷裂事故。經材料和力學家的分析發(fā)現，構件內部常常存在一種宏觀尺度裂紋。這種裂紋有可能是鑄造、鍛造、熱處理，甚至機械加工產生的。因此，這種帶有裂紋的構件使用時的安全性、可靠性和壽命，當然不能用Rm，Rp0.2，A，Z，ak來衡量了。而是應該用裂紋失穩(wěn)擴展的抵抗能力來評價。如果材料的裂紋失穩(wěn)擴展抵抗能力越好，那么使用越安全，或者說，即使構件中存在裂紋，照樣可以使用而且不會造成斷裂或者很快就斷裂。把這個能力叫做斷裂韌性，材料上稱K1C。20世紀70年代的飛機設計者，已經考慮到提高飛機構件的結構效益和構件的壽命了。而β鈦合金正好可滿足這一點?？梢栽诟叩膹姸人缴媳圈?β兩相鈦合金具有更好的斷裂韌性。

在這種需求背景下，美國Timet公司于1971年研制生產了Ti-1023鈦合金，該合金名義成分為Ti-10V-2Fe-3Al，常規(guī)使用狀態(tài)下 Rm≥1 100 MPa，KIC≥60 MPa·m1/2，是迄今為止應用最為廣泛的一種高強高韌近β型鈦合金，是一種為適應損傷容限性設計原則而產生的高結構效益、高可靠性和低制造成本的變形鈦合金，合金中以Fe和V為主要β穩(wěn)定元素。已經應用于波音777客機起落架主梁、A380主起落架支撐等部件制造［11］。我國從1986年開始該合金材料的仿制及應用研究工作，仿制后命名為TB6鈦合金。國內生產的Ti-1023，早期用于生產殲八Ⅱ飛機58框腹鰭接頭模鍛件、用于殲七系列飛機減速板梁自由鍛件和模鍛件，在后期的JH7飛機中獲得了大量應用。該合金的主要缺點就是β穩(wěn)定元素偏析，該缺點是我們國內至今未能完全解決的技術難點。

2.4.3 TB8鈦合金

該合金是美國Timet公司于1989年針對美國國家航空航天飛機計劃NASP對抗氧化金屬及復合材料基體的需求而研制的1種亞穩(wěn)定β型鈦合金，美國牌號為β21s， 該 合 金 名 義 成 分 Ti-3Al-15Mo-2.7Nb-0.25Si。TB2，TB3，TB5，TB6等β鈦合金主要β穩(wěn)定元素都采用V，但由于V的抗氧化能力很差，所以這些β鈦合金的使用溫度一般都不超過300℃。由于β21s鈦合金是針對NASP計劃而研制的，要求合金要具有良好的抗氧化性能和高溫性能，所以β21s合金設計時β穩(wěn)定元素選用抗氧化性能良好的的高熔點Mo和Nb。該合金不僅具有優(yōu)異成形性、深淬透性、良好的抗腐蝕能力，還具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，可用于制作有溫度要求的飛機結構件或發(fā)動機部件緊固件和液壓管材等，還可用作金屬基復合材料的基體、鑄件等。該合金是飛機發(fā)動機艙附近導風罩類零件的理想材料，例如波音777飛機發(fā)動機艙導風罩選用該合金后產生了很好的效果［20－23］。

我國在20世紀90年代初開始對β21s鈦合金進行國產化研究，材料已研制成功，該合金國內相對應的牌號為TB8，主要產品型態(tài)為板材、棒材、鍛件、帶材，也可生產箔材、絲材、管材等。國內某型號飛機機身發(fā)動機風罩零件上用TB8代替1Cr18Ni9Ti不銹鋼，使飛機減重14 kg，并提高了零件的抗腐蝕性、熱穩(wěn)定性。而采用該材料代替30CrMnSiA結構鋼制造某機后，機身承力框上框段3個鍛件結構件的焊接組合件實現減重15%～20%，大大提高了飛機的結構效益。

航空航天標準件在其生產制造過程中要求材料具有良好的冷鐓成形性能，且在其熱處理后要獲得足夠高的強度。β型鈦合金由于在固溶狀態(tài)下具有優(yōu)異的冷成形性能，且其在隨后時效處理狀態(tài)下可獲得很高的強度，所以大量應用于高品質航空航天標準件的生產制造。列入我國《航空材料手冊》的用于制造航空標準件的β型鈦合金主要有TB2、TB3，這兩種β型鈦合金主要應用于1 100 MPa級標準件的制造。隨著我國航空航天工業(yè)的迅速發(fā)展，新一代標準件要求其強度水平達1 300 MPa級以上，所以研究和發(fā)展1 300 MPa級以上的β型鈦合金材料及其加工工藝成為我國材料工程技術人員的當務之急。對于冷加工成形性能優(yōu)異的1 300 MPa級超高強度β型鈦合金，我國目前尚無十分成熟的合金可用，國外資料顯示，β21S鈦合金具有優(yōu)異的冷加工成形性能及深的淬透性，熱處理后可獲得很高的強度。為此，我公司開展了超高強度緊固件用TB8合金棒絲材的研制生產及應用研究工作，目前已經研制生產出了Rm≥1 300 MPa、A≥8%的TB8鈦合金棒絲材及形成了全套冷熱加工工藝，并已經在航空航天標準件生產廠加工出了各種規(guī)格的超高強度航空航天標準件，滿足了型號設計需求。

3 結語

目前我國航空工業(yè)使用變形鈦合金材料90%以上是仿制前蘇聯、美國等工業(yè)發(fā)達國家，而且大多數是在航空發(fā)動機或飛機的仿制、技術借鑒或引進改進過程中被動進行的。雖然，我國很多材料研制單位從上世紀80年代至今研制開發(fā)了很多自主知識產權的鈦合金，但因為種種原因大多數未獲得工程化應用，最終在實驗室不了了之。所以，我們國家鈦合金工業(yè)今后發(fā)展的方向應立足于產學研用一體化發(fā)展，開發(fā)合金應立足于工程應用，真正實現研有所用。

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Deformation of Titanium Alloy Materials for China Aircraft

ZHANG Lijun1，XUE Xiangyi1，2，CHANG Hui1，2
(1.Xi'an Super Crystal Sci－Tech Development Co.，Ltd.，Xi'an 710016，China)(2.State Key Laboratory of Solidification Processing，Northwestern Polytechnical University，Xi'an 710072，China)

Titanium alloy appears as a mid-twentieth century，and developed new structural materials，because of its excellent corrosion resistance，high specific strength and non-magnetic and a series of unique advantages，such as high-end in the aerospace industry access to a wide range of applications，the current structure of the airframe bulkheads，beams，landing gear and the aircraft engine compressor tray，roulette，blades and other parts of extensive use of titanium bearing materials.60s in the last century，the United States，Britain，the former Soviet Union and other industrialized countries has been in the manufacture of aircraft and aero-engine heavy use of titanium material.Titanium alloy material of the application in the aviation industry started late 80's until the last century，one after another in the manufacture of aircraft and aircraft engines use a small amount of titanium alloy materials，but the 21st century，China＇s aviation industry application level of a large titanium alloy Rate increase，this article in China has entered the industrial production of and access to engineering applications in the aviation industry formulation of deformation of titanium alloy materials.

titanium alloy;aviation;aeroplane;temperature

張利軍

TG146.4

A

1674－3962(2012)08－0040－07

2011－06－10

張利軍，男，1981年生，工程師