第21卷 第5期 V ol.21 No.5 2004年 9月 Sept. 2004
收稿日期: 2004-7-5
作者简介：李 梁，男，在读硕士研究生，从事钛合金的应用研究工作。
钛合金的应用现状及发展前景
李 梁，孙健科，孟祥军
（洛阳船舶材料研究所，河南 洛阳471039）
摘 要: 综述了目前钛合金的主要应用领域，包括航空航天、船舶、医疗等行业，并展望了钛合金的应用前景和发展方向。
关键词: 钛合金；应用；发展
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要金属，密度小，比强度高和耐腐蚀性好。因此钛及钛合金一直是航空航天工业的“脊柱”之一。近年来，钛在石油、化工、冶金、生物医学和体育用品等领域开始得到应用，并己成为新工艺、新技术、新设备不可缺少的金属材料，钛工业进入一个新的发展时期。
1 钛合金的应用现状
1.1 航空航天
目前，钛及其合金主要用于航空航天和军事工业上[1]。据统计，钛在航空航天上的应用约占钛总产量的70%左右，包括军用飞机、民用飞机、航空发动机、航天器、人造卫星壳体连结座、高强螺栓、燃料箱、导弹尾翼、弹头壳体等。美国在这方面走在世界前列。早在20世纪60年代，美国阿波罗载人飞船登上月球，这是宇航史上划时代的大事。钛作出了卓越的贡献，飞船机体材料的5%用钛合金Ti-6Al-4V 和Ti-5Al-2.5Sn(约1.19 t)。进入20世纪80年代，美国飞机的用钛量占70%~80%，每年用钛达 1.3~1.9万多吨，其中军用飞机占整个飞机的用钛量的41%~70%[2]，如F-15战斗机，每架用钛半成品30 t(最终成品 5 t)。美国最新型的战斗机F-22，用钛量约占机体总重量的45%，其中发动机的叶轮盘、叶片和机匣、燃烧室筒体和尾喷管等均采用了钛合金。制造一架隐形战略轰炸机B-1B 的发动机及壳体结构需钛材近90 t 。美国涡轮发动机制造公司PWA 已经用Ti-35V-15Cr(Alloy-C)合金制造了F-119发动机用的喷嘴等零件。这是仅有的常
规阻燃钛合金。另外，Pratt&whitney 公司已经使用沉淀硬化型C 合金制作了F-119发动机的第4、5级可变翼片。民航客机波音777使用的钛占机体总重量的10%，其起落架传动装置除内外缸和轴之外都是由Ti-10V-2Fe-3Al 制作的，机上3台发动机的尾罩、插头、喷嘴都是由β-21S 钛合金做成的。这是所有商用飞机用钛量最多的例子。近年来，美国为了继续保持它的空中优势，正在发展下一代先进飞机如X-30、X-31等，将把现有发动机的推力比增加1倍以上，M 数由3增加到10以上[3]。这些飞机的发展自然离不开钛，钛的用量将占飞机结构重量的20%~30%，同时这些发展计划也推动了一些新合金如Ti62222,Beta21s,Ti-15-3等和Ti x Al y (α2和γ合金)以及Ti 基复合材料的发展和应用。另据报道[4]，美国空军、海军计划到2008年建造军用飞机3000架，以每架用钛10 t 计，则潜在需求为3万吨。美国民用飞机到2019年计划生产3.3万架。如果这些计划得以实现，将对钛产业界产生巨大影响。
作为美国竞争对手的俄罗斯也一直注重航空航天上钛材的使用量。其航空工业主要使用三种钛合金：（1）板材用合金（2）锻件、紧固件用合金（3）铸造合金。板材用合金主要是074系列中等强度，加工性能好的钛合金如BT1-00,BT1-0等。锻件用合金主要有BT22,其淬透深度可达200 mm ，可用于制造各种高负载航空零件。铸造合金有BT18y,BT36后者是使用温度最高的合金，推荐使用温度为 550℃~600℃，并用它制造了压气机盘。航空紧固件广泛使用BT16合金。异型铸造使用BT5,BT6, BT20,BT35合金，焊丝采用BT2CB, BT6CB,CTTT2,
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BT20-1CB,BT20-2CB合金。管接头使用THK形状记忆合金。
日本于1975年用N-Ⅰ火箭发射了“菊花1号”卫星，后又有了N-Ⅱ,H-Ⅰ，H-Ⅱ等火箭。在H-Ⅰ和H-Ⅱ的第三级和M-3B固体火箭的马达壳体都使用了钛合金。20世纪80年代，日本同英美、德国等国共同研制了中型客机用V2500发动机。它采用了较多的钛合金先进材料，具有重量轻、燃耗低、噪声小、可靠性高等特点。发动机风扇壳体为Ti-6Al-4V合金，低压和高压压缩机前端的圆盘、动翼、静翼等均使用了钛材，如Ti-6Al-4V和耐热优良的新合金Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si。将来会考虑使用新型耐热钛合金β合金等。V2500发动机用钛量为31%是民航机中最高的[5]。近年来，日本在该领域用钛量明显增加，在1991年为237 t，而2002年增至705 t[6]，估计，将来用量会更大。
20世纪70年代以来，西欧为了同美日抗衡大大加快以军事为背景的钛合金的应用研究。其中法国使用新合金Ti-17制造了GE90和M88发动机零件，其工作温度为350℃~400℃。用Ti-6242和Ti-6246合金制造了MTP390发动机的零件。法国人还利用Ti-6246合金制造了阿里亚娜-5发射器的结构零件，将β-CEZ钛合金用于M88-X未来型发动机中，其工作温度为400℃~450℃，另外法国还开发了β-CEZ合金的SPF-DB板材成型工艺，并生产了该钛合金的精密铸件，用于空中客车民航客机的舱门滑动装置。英国在钛合金应用方面也取得了一定成绩，如IMI834钛合金广泛用于罗尔斯-罗伊斯Trent700发动机中，其工作温度可达600℃，重量比镍基超合金同等部件减轻50 kg。在Trent800高压压气机中，前3级使用的也是IMI834钛合金。近几年，德国宇航中心对SiC/IMI834, SiC/Ti-25Al- 10Nb-3V-1Mo（原子分数）和SiC/Ti-22Al-25Nb（原子分数）复合材料进行了详细研究。研究结果表明，这些复合材料具有良好的性能和应用前景，其使用温度可达700℃以上，将是宇航发动机压气机部件的优选材料[7]。
经过40多年的研究，我国在这个领域取得了可喜的成绩。从“东方红”卫星上天到“神舟”飞船发射成功以及新型战机问世等，这其中都有钛合金的贡献。“九五”期间，为满足航空航天等部门需要国家把钛合金作为新材料的发展重点之一。“十五”期间又进一步开发航空航天用高温钛合金、阻燃钛合金、高强钛合金、TiAl金属间化合物、钛基复合材料。相信，通过“十五”攻关，一批新型钛合金将在航天事业中再立新功。
1.2 船舶行业
钛合金在海洋条件下有着极其优良的耐腐蚀性能、高的比强度、无磁等特点，因而被广泛应用于船舶工业。目前，钛在舰船上已应用的部位有:耐压壳体、螺旋桨和桨轴、通海管路、阀及附件、各类管接头、热交换器、冷却器、冷凝器、发动机零部件、升降装置及发射装置、声学装置零部件、系泊装置等[8]。
钛制耐压壳体主要用在深海潜水器和潜艇上，水面船基本没有采用。美国、法国、日本、中国都在不同程度上用钛的耐压壳体。如美国的“海崖”号深潜器装备了钛观察舱和操纵舱，下潜深度可达6 100 m。日本的“深海6500”使用了Ti-6Al-4V ELI 合金下潜深度达到6 500 m。国内在深潜器技术方面，也取得一定的成绩。但在大型潜艇上大量用钛的只有俄罗斯。如俄罗斯生产的阿尔法级（估计为8~12艘）和台风级核潜艇（6艘）,每艘用海绵钛3 000 t到9 000 t不等[9]，全部用钛达7.8~9万吨,十分惊人。钛合金抗空泡腐蚀性能远远优于钢和铜镍合金，在海水中的腐蚀疲劳强度同在大气中的疲劳强度相比没有降低反而略有提高，因此做为舰船的螺旋桨和桨轴可降低空泡腐蚀速度，延长使用寿命并提高推进效率。
钛合金抗高速海水冲刷，在流速13 m/s条件下使用也不会出现冲刷腐蚀现象，特别适用于工作介质为高压，高流速，动海水的管路。用钛材制造舰船的通海管路和阀还能减少管径，减薄管壁。俄罗斯、美国、英国已经使用形状记忆合金（SMA）作为船用管路的管接头。普遍采用的是Ti-Ni-SMA管接头，它可以解决钛与钢的不可焊以及拆卸不便等问题[10]。热交换器用钛已经很成熟。一般使用的钛管外径为10 mm~80 mm，壁厚0.3 mm~0.5 mm。
海水淡化装置中的蒸发器接触高温海水，蒸发后盐度增加，钛合金耐高温离子腐蚀可广泛用于海水淡化装置的蒸发器。
舰船发动机用钛合金同航空发动机一样主要用于制造发动机盘和叶片转以代替耐热钢。随着钛合金在舰船上应用的发展，船舶系泊用的钢索、导缆钳、带缆桩、抛锚装置、救生浮标、信号浮标及桅杆，升降装置、鱼雷发射装置都逐渐采用钛合金。另外，钛合金还被用来制造各种传声器、声呐导流罩、电话零件、水声换能部件等。舰船上用钛的部
第5期李梁等: 钛合金的应用现状及发展前景 21 位及采用的钛合金见表1。
表1舰船上用钛的部位及采用的钛合金[10]
应用部位采用的钛合金
耐压壳体ЛT-1M, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo
螺旋桨及桨轴纯Ti, Ti-6Al-4V
通海管路、阀及
附件
纯Ti, Ti-Al-Mn, Ti-6Al-4V,
Ti-6Al-6V-0.5Cu-0.5Fe,
Ti-3Al-2.5V,β-C,TiNi形状记忆合
金, Ti-31,Ti-75
热交换器及海水淡化装置
纯Ti, Ti-5Al, Ti-Al-Mn,
Ti-0.3Mo-0.8Ni, Ti-6Al-4V,Ti-31
发动机零件Ti-6Al-4V,Ti-5Al-2.5Sn,Ti-8Al-1Mo -1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo
声学装置及换
能器零件
纯Ti
系泊装置及发
射装置
Ti-6Al-4V, Ti-4Al-0.005B, β-C
1.3 医疗行业
医用钛合金无毒、质轻、比强度高，具有极好的生物相容性和耐腐蚀性，是较理想的医用金属材料，可用作植入人体的植入物等。
目前，医学领域广泛使用的钛仍是纯钛(TA1,TA2)和Ti-6Al-4V,Ti-5Al-2.5Fe和Ti-6Al-7Nb 合金，这些钛合金会析出极少量的钒和铝离子，降低其细胞适应性且有可能对人体造成危害。这个问题早已引起医学界的广泛关注。美国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒，具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。在美国，已有5种钛合金进入医学领域，即 TMZF, Ti13Nb13Zr, Timetal121SRX, Tiadynel610, Ti15Mo[11]。日本、韩国，英国等也在此领域做了大量的工作，并取得一些进展。如日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金,包括Ti-15Zr-4Nb-4Ta-0.2Pd, Ti- 15Zr-4Nb-4Ta-0.2Pd(0.2~0.05),Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2 Pd ,Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd-0.2O。这些合金强度高，切口性能和韧性好，适于作为人体植入物。韩国的KimTl等在1997年提出在钛中加入Zr,Nb,Ta,Pd,形成牙科钛合金，其生物相容性好[12]。我国的张玉梅等人参考目前临床常用的Co-Cr合金及IV型合金的力学性能指标合成了牙科用Ti-Zr合金，有望成为口腔修复用钛合金。另外，我国还自行设计了TAMZ型(Ti-Al-Mo-Zr等)医用合金，其相容性好，价格低廉，适合于制作牙齿支架及卡环。
医用钛合金弹性模量接近于人体骨骼，因此钛合金人工关节，包括膝关节、肘关节、踝关节等被广泛用于人体矫形手术中。据估计，我国每年对钛合金人工关节的需求量超过5000套。
德国在20世纪80年代开发了钛合金精铸假肢，它的应用推动了现代功能假肢的发展，从此各国钛合金精铸假肢得到了推广应用。1992年国际假肢矫形器大会认为，假肢将逐渐淘汰钢零件，完全向钛合金迈进。近年[13]，我国科技人员成功研制出钛制可返转婴幼儿胸骨，肋骨牵开器，截至1999年12月经国内100家医院在矫治先天性心脏病手术中临床应用，获得满意效果。最近[14]，钛轮椅在美国进入了设计和生产阶段，并在高端市场与铝轮椅竞争。钢轮椅重约22.6 kg，铝轮椅重约11.34 kg ~13.6 kg 而钛轮椅仅重6.35 kg ~9.07 kg。因此对生活在轮椅上的人来说，有很大的优势。可以避免因长期使用轮椅而引起胳膊和肩关节疾病。影响钛轮椅推广的主要障碍是医院和保险公司缺乏对钛轮椅长使用寿命所带来益处的认识，一旦突破这个瓶颈，钛轮椅用量将大大增加，毕竟，美国轮椅工业拥有约15亿美元产值的市场。据统计，钛的医用市场每年正以5%~7%的速度增长。可见，钛在医疗行业有广阔的发展前景。
1.4 体育器械
钛也正在向体育运动器材应用领域进军。目前最大的应用领域是全世界都在用钛铸造高尔夫球杆头。20世纪80年代末，日本开始研制钛合金精铸高尔夫球头（俗称木头）结果获得了良好效果。它重量轻、强度高，与不锈钢相比可以制作打击面与容积更大的球头，因此打得准、打得远。更有意义的是钛合金球头击球时，运动员球感很好，声音非常悦耳。因此钛合金球头获得了很大的发展。近年，高强钛合金(Ti-15-3合金)精铸球头，新研制的带钨合金镶块的精铸钛球头，新的阻尼钛合金球头在研制和应用上发展很快。
现在，高尔夫球头钛合金的制造已形成具有一定生产规模的产业[15]。据统计，日本市场1991年高尔夫球头销量为6万件，1995年则猛增至150万件，年销售量达7000万美元。在1996年，美国高尔夫球杆头的需求量达到1000 t~2000 t。近年来[16]，自行车、摩托艇、垒球棒、长曲棍球棒、网球拍、马具、短跑鞋钉、登山工具、滑雪板、潜水衣、滚轮冰刀、钓具、残疾人竞技轮椅等上都出现了钛合金。美国自行车生产商Merlin公司用MTS325合金生产的自行车国内占有率达70%,Merlin赛车参加
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法国自行车巡回赛并取得了几个阶段赛的胜利。据估计，体育市场占钛的最大用户航空用钛的三分之一，发展潜力还很大。
1.5 化工和能源
化工、冶金、造纸、制碱、石油和农药工业是使用钛合金较早的行业。主要用在耐腐泵、阀门、叶轮、阳极液槽、加热器、蒸发器等，它们大部分是在腐蚀性高的液体介质中运转。钛合金在这些部门中的作用，取得了良好的技术经济效果。如在铁合金厂，抽送铬-硫酸溶液的不锈钢泵使用寿命只有一年，改用钛泵用转2年后仍呈金属光泽，未发生腐蚀现象，使用寿命延长[15]。在我国氯碱工业中，同传统使用石墨阳极电解槽相比，应用钛阳极电解槽每年可节约电近10亿kWh，价值3亿多元，使用寿命延长40倍以上[17]。目前，美国和日本在这个领域用钛量分别为1984t（2001年）和2 350 t（2002年）。“十五”期间，我国对氯碱、纯碱、化肥3个行业进行扩建提高产能，据推算，钛材用量约为1 830 t[18]。
钛的许多特殊性质是它成为近海应用开发项目的理想用材。1995年Conoco挪威有限公司在北海Heidrun高压钻井立管上使用了Ti-6-4ELI挤压管和锻造法兰。该应用开创了近海石油天然气工业领域使用钛的先河。这一领域用钛材在强度、密度、弹性模量、抗疲劳断裂、韧性、抗腐蚀和寿命周期成本等方面比通常的钢竖管系统好得多。墨西哥湾的Oryx海王星钻井项目向RMI订购(15) Ti-6-4ELI 钻芯应力接头又表明了钛在这一领域的吸引力。南加利福尼亚盐海（Salton Sea）中的地热井正在使用Ti-6Al-4V/Ru旋转穿孔管材，材料在290℃超高浓度盐水的腐蚀环境中工作。碳钢铸造管的寿命一般小于1年，而钛合金管的设计寿命预期大于15年（β-C管材已服役10年）。工作寿命长是钛合金系统吸引人的关键所在，很多有关处理海水的应用项目，如热交换、救火用水、镇重物、船底系统等对钛的需求正在增长，钛具有良好的抗海水腐蚀性，是这种应用的最好用材，设计寿命为50年。挪威正考虑使用钛材制造所有海水处理系统，包括镇重物，船底系统，救火系统等[19]。预计，钛在21世纪海洋石油工业中将大有作为。
1.6其他行业[6，20~28]
⑴在建筑业中，钛的应用也越来越广泛。日本早在1973年就建造了世界首例钛屋顶，其后在日本真光明教堂神殿屋顶上用钛量达90 t~120 t。现在有上百个建筑物都使用了钛，使许多重污染地区、都市和滨海地区的腐蚀问题得到很好的解决。西班牙比尔巴鄂早些年建成的古根赫马博物馆大楼，使用了厚度为0.38 mm的钛板3.5×10 m2。近年来在全球涌现出许多应用钛或即将应用钛的新建筑。其中有苏格兰国家科技中心和奥姆尼马克斯剧院。秘鲁利马的国际银行总部以及荷兰希普瓦特?马里泰姆博物馆都是用了钛。北京国家剧院的屋顶和杭州大剧院两处共用钛板约220 t。巴黎计划在国家大剧院和阿布扎比机场大量使用钛。估计，共需钛材1200 t。另外，美国加利福尼亚州的塞里托斯千年图书馆、纽约州的一座新的古根海姆博物馆、荷兰的一座剧院和丹佛的新艺术博物馆等都计划使用钛。
⑵在农业和畜牧业中，钛也发挥一定的作用。近20年来，前苏联、日本、美国、匈牙利等国都相继开展了钛化合物的农用研究。经实验证明，钛具有增强植物的光合，促进碳水化合物的合成等作用。此外，钛还用于草地，药材和花卉的培植等方面。钛化合物对畜禽生长发育也起到重要作用。预计钛饲料添加剂的应用前景很广。
⑶在食品业和制药业中，钛用于制造容器、反应器和加热器等。
⑷在核工业中，钛用来制造核废料和腐蚀性废料的储备罐。
⑸在日用消费品中，钛用于制造手表壳、照相机外壳、野营用具、录放机、拐杖、剪子、剃须刀、打火机，首饰等等。日本星野乐器公司使用钛制作了鼓。日本市场上出现了9g重的钛合金制的眼镜架。近年来，钛领域最新趋势是生产3C应用（电脑、电信与消费电子学）的元件。如诺基亚推出新款高价手机Nokia8910外壳就使用了钛合金增加了手机的价值感。日本富士通于1999年推出纯钛板冲压的A5及B5大小的掌上型电脑，2000年IBM则推出添加钛金属的复合材料外壳，APPLE公司则在2001年推出15.2＂超大型液晶荧幕及1＂超薄机身的PowerBookG4,所用的LCD内外盖与键盘盖等均为纯钛板所制。除此之外，钛还用于计算机硬盘盘片、鼠标的指示器和显卡。这方面对钛的扩大应用极具潜力。试想，每个手机的机壳用钛量为30 g，有5 000万个手机机壳使用钛，钛薄板材的用量将为1500 t。同样笔记本电脑如用钛薄板制造，每个用量为500 g，500万个电脑将转换成2 500 t的市场。目前钛在这两方面的应用刚开始，预计会出现迅速增长。
第5期李梁等: 钛合金的应用现状及发展前景 23
⑹在军械方面，为了使武器轻型化，便于携带，空运和空投，适应特种战争的需要，美国从1945
年开始研究发展了各种钛制常规武器，如M28- 128 mm大卫?克洛克原子无后座力炮，80 mm- 105 mm迫击炮、枪榴弹发射筒等。近年来美国陆
军和海军从巴拿马和海湾战争中吸取了教训，更加
强了在这方面的投资，正在大力发展轻型、有效、
机动性好的机动车、装甲车、大炮及防弹装置以及
钛制轻型舰艇、装甲板等。钛在军用车辆中的应用
有M1主战坦克、M2战车和Bradley战车等，主要
用作坦克、战车的舱盖和顶部防护装甲，据说，待
用钛合金改进的M2战车约有1 000辆。在火炮方面，美国RMI公司从2001年起为英国宇航系统公
司研制的XM777-155 mm榴弹炮提供钛材，到2010
年将要制造821门。这是一个巨大的潜在市场，惟
一的障碍是钛产品价格太贵，因此许多钛生产厂家
正在努力降低价格，如将采用一种经济型的Ti62S
合金代替Ti6Al4V可节省15%~20%的费用。近年
也出现钛制喷火器、防弹衣等。随着低成本钛合金
的研发，钛在军械领域的应用会更广泛。
⑺在汽车工业中，钛制元件近年开始出现。主
要用在悬簧、曲轴、连杆、阀座和阀门等部位。它
具有降低噪音、振动和刚性从而提高汽车使用寿命，增大了内部空间，减少了维护要求等特点。美国Timet公司在德国大众汽车公司的新型Lupo FSI汽
车上使用了钛悬簧比标准型FSI总重减轻81.6 Kg。
这类Lupo FSI轿车燃耗最低，已在欧洲市场销售。
该车年产量为3500台。2000年，通用公司的雪佛
莱CorvetteZO6型汽车选择了钛代替不锈钢，用于
2个26磅排气系统部件中，总重减轻，性能提高。
日本丰田公司的双门敞篷轿车上采用Ti6Al4V/TiB
合金进气阀和Ti-Al-Zr-Sn-Nb-Mo-Si/TiB合金排气
阀以及钛制阀弹簧，每辆车用钛材总计408 g。该
公司最初生产了4000台这种车，其中一半使用了钛材，另外，本田公司的S2000及R型车也使用了钛材。汽车行业用钛潜力很大。1995年全球汽车用钛
仅100 t,而2002年达到1 100 t。有人预计，一旦钛
在汽车工业中得到广泛应用，那么钛材的用量将大
大超过目前航空航天工业中的用量。
最近，中科院国家天文台和南京宝色钛业有限
公司密切合作，成功地研制了空间太阳望远镜的钛
制主框架、主镜室、二维直镜架、焦面仪器箱以及
极紫外望远镜的主要结构件。这些构件的研制成功
大大推进了空间太阳望远镜的预研究工作，为我国空间科学技术领域运用钛金属开拓了一个全新的应用领域。
其他应用领域，除上述几项外，钛还用于发电设备等方面。
2 钛合金的发展方向
目前，钛合金材料主要的应用领域是航空航天，舰船等军事工业部门，开发新的应用领域，特别是在汽车、火车、磁浮列车、钛自行车，高楼外墙装饰等民用领域的应用前景十分广阔，这是钛在21世纪为人类造福的价值所在。
对于民用领域来说，钛材的价格是首要考虑的因素。因此，钛要成为普及型金属必须降低成本。可采用的途径有[21~32]：⑴降低原材料成本，发展不含或少含贵重金属元素，以低价格元素代替高价元素的合金，如以铁代替高价钒等，以及充分利用残料的合金。⑵开发低成本生产工艺，如连铸连扎(CC+HDR)，永久模铸造法等。⑶开发新的海绵钛生产工艺。⑷开发可冷变形的β钛合金。⑸采用先进的熔炼加工技术和设备，以提高生产效率。如采用冷床炉精炼（CHR）包括电子束冷床炉和等离子冷床炉精炼，电渣熔炼等。⑹采用提高材料利用率的净成型技术，如粉末冶金法、激光成形法，超塑性成形（SPF）和超塑形成型-扩散连接（SPF-DB），爆炸焊接等技术。⑺改进已有钛合金，扩大其使用范围。
3 结语
我国是世界上钛资源最丰富的国家之一，但是钛材的产量同美国、日本等工业强国相比还有一定差距。随着国民经济的快速发展，国内市场对钛材的需求将会更大。估计，近10年内国内潜在市场对钛的需求可望每年达5000 t钛加工材和10000 t海绵钛。国内的产能还不能满足这一要求，因此必须充分利用我国丰富的钛资源和多年来的发展经验，加速我国钛工业的发展。
参考文献
[1] 王金友,葛志明等.航空用钛合金[M].上海:上海冶金出
版社,1985
[2] 韩常富．国际钛市场的沉浮及钛工业动向[J]．钛工业进
展，1993 , (2)：47~51
[3] 罗国珍．参加1990年国际钛产品应用会总结报告
24 21卷
[C]．1990，(11)
[4] 杨英惠译．钛和锆[J]．现代材料动态，2002,(12)：11~14
[5] 张国才．日本钛合金的应用领域[J]．金属，1991,(4)：
(32)~35
[6] 胡清熊．钛的应用及前景展望[J]．钛工业进展，2003,(8)：
11~15
[7] 高敬, 姚丽．国内外钛合金研究发展动态[J]．世界有色
金属，2000，(2)：4~7
[8] 孟祥军等，船用钛合金发展概况[J]．钛工业进展，2000，
(5)：7~8
[9] 罗国珍. 钛的研究发展评述[J].稀有金属材料与工程，
1993, 22(5)：19
[10] 胡耀君．发展中的船用钛合金[J]．钛工业进展，1998，
(4)：1~5
[11] 汪大林，徐君伍．医用钛合金[J]．稀有金属材料与工程，
1993，22(3)：434~438
[12] 张新平等．钛及钛合金在牙科领域中的研究现状[J]．稀
有金属材料与工程，2002，31(4)：246~250
[13] 郑国强等．钛制可返转的婴幼儿胸骨、肋骨牵开器的研
制及其在心脏直视手术中的应用[J]．稀有金属材料与工程，2001，30(4)：318~319
[14] 张英明．钛市场前景看好[J]．稀有金属快报，2002, (9)：
3~5
[15] 周彦邦．钛合金铸造概论[M]．北京：航空工业出版社，
2000：307~314
[16] 王镐．钛在一些体育用品方面的应用[J]．译自
AMM,1997（10）：18~20
[17] 刘润泽等．国产钛材在民用工业中的应用和发展前景
[J]．世界有色金属，2000, (1)：42~45
[18] 马云风等．“十五”期间我国主要民用新建工程用钛量
调查[J]．钛工业进展，2003,（4~5）：74~77
[19] 刘春芳．美国钛工业的研究开发和应用进展[C]．摘译
自第八届国际钛会文集．1995
[20] 刘静安．钛合金的特性与用途[J]．有色金属加工，2002，
31（4）：2~9
[21] 周廉．美国、日本和中国钛工业发展评述[J]．稀有金
属材料与工程，2003，32（8）：577~583
[22] 陈志强．日本钛合金的开发与应用[J]．材料开发与应用，
1994，9（5）：45~49
[23] 罗国珍．钛的研究发展评述[J]．稀有金属材料与工程，
1993，22（5）：19~28
[24] 杨遇春译．世界钛的应用趋势[J]．现代材料动态，2002,
(2)：1~2
[25] 周金龙．钛金属笔记型电脑上壳体冲压成形技术[J]．塑
性工程学报，2002，9(1)：35~39
[26] 冯颖芳．钛在家用汽车上的应用[J]．稀有金属快报，2002,
(12)：16
[27] 欧阳鸿武等．TiAl基合金排气阀的研制和应用前景
[J]．材料导报，2003，17（4）：8~10
[28] 胡启千等．钛合金在空间太阳望远镜中的应用[J]．钛工
业进展，2003，20（4~5）：88~89
[29] 赵永庆等．钛合金的应用和低成本制造技术[J]．材料导
报，2003，17（4）：5~7
[30] 罗国珍等．中国钛的研究和发展[J]．稀有金属材料与工
程，1997，26（5）：1~5
[31] 文华里．世界钛生产技术与钛用途开发新动向[J]．轻金
属，1997， (8)：4~7
[32] 金红．民用钛合金的发展前景和方向[J]．钛工业进展，
1998，(4)：6~7
Application State and Prospects for Titanium Alloys
Li Liang , Sun Jianke , Meng Xiangjun
(Luoyang Ship Materials Research Institute, Luoyang 471039, China)
Abstract: Present application fields of titanium alloys, such as aerospace industry, shipping industry, biomedical industry, etc.,are reviewed. Their developments and prospects are also discussed．
Key words: titanium alloys；application；development
上海大学 本科生课程论文论文题目：钛合金在多领域的应用与发展 课程名称： 课程号： 学生姓名： 学生学号： 所在学院：材料科学与工程学院 日期：2015.05.24
摘要：钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。本文综述了钛合金在航空航天飞行器、热氢处理、发动机、高温钛合金、生物医用材料等方面的应用与发展。 关键词：钛合金；航空；氢；发动机；生物医用材料 钛合金在航空方面的应用与发展 钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点。从20世纪50年代开始,钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一,可以减轻飞机的重量,提高结构效率。在飞机用材中钛的比例,客机波音777为7%,运输机C-17为10.3%,战斗机F-4为8%,F-15为25.8%,F-22为39%。 高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展,钛合金的使用温度逐步提高,从20世纪50年代以Ti-6Al-4V合金为代表的350℃,经过IMI679和IMI829提高到了以IMI834合金为代表的600℃。目前,代表国际先进的高温钛合金有美国的Ti-6242S,Ti-1100,英国的IMI834,俄罗斯的BT36以及中国的Ti-60。表2为600℃主要高温钛合金的成分及性能特点。 Ti-6242S(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)钛合金是美国于20世纪60年代为了满足改善钛合金高温性能的需要,特别是为了满足喷气发动机使用要求而研制的一种近α型钛合金。合金的最高使用温度为540℃,室温的σb=930 MPa。特点是具有强度、蠕变强度、韧性和热稳定性的良好结合,并具有良好的焊接性能,主要应用于燃气涡轮发动机零件,发动机结构板材零件,飞机机体热端零件。 BT36(Ti-6.2A1-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-0.1Y-5.0W-0.15Si)合金是俄罗斯于1992年研制成功的一种使用温度在600～650℃的钛合金。合金中加入了5%W和约0.1%Y。加入W对提高合金的热强性有明显作用。加入微量Y可以明显地细化合金的晶粒,改善了合金的塑性和热稳定性。 Ti60(Ti-5.8 Al-4.8 Sn-2.OZr-1.0 Mo-0.35Si-0.85Nd)合金由中国科学院金属研究所在Ti55合金基础上改型设计、宝鸡有色金属加工厂参与研制的一种600℃高温钛合金。Ti60合金的特点之一是合金中加入了1%Nd(质量分数),通过内氧化方式形成富含Nd、Sn和O的稀土相,降低基体中的氧含量,从而起到净化基体,改善合金热稳定性的作用。Ti60合金已进行了半工业性中试试验(包括压气机盘模锻)和全面性能测定。 根据国内外研究现状,未来高温钛合金的发展趋势是:(1)研制600℃以上的新型高温钛合金。可对现有高温钛合金的成分进行调整,改进加工工艺,或研发新的高温钛合金,提高高温钛合金的使用温度。(2)稀土元素在高温钛合金中的作用尚待进一步研究。我国研制的含稀土元素的高温钛合金其使用温度已达到600℃,其各项性能显示均为良好。但稀土元素在合金
我国钛及钛合金板材未来发展趋势 智研数据研究中心网讯： 内容提要：随着我国石油、化工等行业对设备的要求越来越高，以及制造业整体水平的快速提升，加之国内需求拉动与国际产业转移的“双重动力”带动下，我国钛材制造业从中长期市场上看，将继续保持快速稳定增长的良好势头。钛板带材作为钛材的重要支柱，产量将会进一步扩大。生产企业要紧抓这一机遇，并逐渐向新产品新业务转移，获得更大的发展空间。 内容选自智研数据研究中心发布的《2012-2016年中国钛行业运营态势及投资前景分析报告》 近年来，我国钛材的需求量迅速增加，已成为继美国和欧洲之后的第三大钛产品消费国。另据相关统计数据分析目前整个钛及钛合金板带材市场应用情况，最大用户是石油化工领域，约占钛板带材消耗总量的60%，其他依次为航空航天领域，约占15%，体育用品行业占6%，海水淡化、核电领域占5%，舰船及海洋工程装备领域占5%，其它领域约占9%。 2007 年我国钛加工材产量为23 640 t，其中钛板材产量为10 552 t，占44. 6%;2008 年我国钛加工材产量为27 737 t，其中钛板材产量为14 707 t，占53%，比上年产量上升了39. 4%;2009 年我国钛加工材产量为24 965 t，其中板材产量为12 067 t; 保守估计2010 年我国钛加工材生产量将达到30 000 t，其中板材产量为16 000 t，板材产量的增长率远高于整个钛加工材的产量增长率。今后，国内各应用领域对钛材需求仍将持续快速增加，继续保持两位数增长态势。 我国的大飞机计划、嫦娥登月计划、太空站计划、核电发展计划以及国家“十二五”发展规划对新型能源开发、高端装备制造业扶持与鼓励，这些为钛板带材提供了前所未有的发展空间和历史契机，同时又对钛板带材提出了更高的要求。 具体表现在: ①在品种方面，对钛带及焊管用薄钛板带需求增大; ②在规格方面，对于宽幅厚钛板( 宽2 000 ～2 500 mm，厚4 ～10 mm) 、宽幅薄钛板( 宽 1 000 ～1 500 mm，厚0. 4 ～3. 5 mm) 及10 ～70 mm 厚的宽幅( 2 400 mm 以上) 厚钛板材的需求日趋增长，而目前我国大部分的钛板生产企业，其装备能力无法满足这些超大、超厚规格的要求，因此未来的两年内，宽幅、超厚钛板材的市场前景良好; ③在化学成分方面，要求均匀化，且铁、氧等杂质含量控制范围窄幅化; ④表面光洁，组织细小均匀，力学性能优异，可满足航空航天、石油化工和核电等行业的苛刻要求。
钛合金的特性及其应用,材料工程学论文,工学论文 ［摘要］综述了钛合金材料的应用及研究现状，着重介绍了钛及钛合金的主要特性，加工性能及其在航空航天、军事工业和汽车制造方面的应用，并在此基础上展望了钛合金的发展方向。 ［关键词］钛合金特性加工性能应用领域 Ti在地壳中的丰度为0.56%(质量分数，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Pb，Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富，储量为世界第一。钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。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、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。 一、钛及钛合金的特性 钛及钛合金具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面： 1.强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686—1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。 2.硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。 3.弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10－1.176×10MPa，约为钢和不锈钢的一半。 4.高温和低温性能优良。在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热
性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃；在低温下，钛合金的强度反而比在常温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在－253℃时还能保持良好的韧性。 5.钛的抗腐蚀性强。钛在550℃以下的空气中，表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中，其耐蚀性优于大多数不锈钢。 二、钛及钛合金的加工性能 1.切削加工性能 钛合金强度高、硬度大，所以要求加工设备功率大，模具、刀具应有较高的强度和硬度。切削加工时，切屑与前刀面接触面积小，刀尖应力大。与45钢相比，钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4，可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的应力反而更大，刀尖或切削刃容易磨损；钛合金摩擦因数大，而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16)；刀具与切屑的接触长度短，切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发，这些因素使得钛合金的切削温度很高，造成刀具磨损加（转载自文章资源库https://www.doczj.com/doc/5c14437530.html,，请保留此标记。）快并影响加工质量。由于钛合金弹性模量低，切削加工时工件回弹大，容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形；钛合金高温时化学活性很高，容易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层，同时进一步加剧了刀具的磨损；钛合金切削加工中，工件材料极易与刀具表面粘结，加上很高的切削温度，所以刀具易于产生扩散磨损和粘结磨损。 2.磨削加工性能 钛合金化学性质活泼、在高温下易与磨料亲和并粘附，堵塞砂轮，导致砂轮磨
钛合金的应用现状及发展趋势 摘要：本文综述了钛合金材料的发展及应用现状，着重介绍了钛合金的主要性能及其在航空航天、汽车制造和生物医药等方面的应用，并对钛合金未来的发展进行了展望。 关键字钛合金，性能，应用，发展趋势 1引言 金属元素钛在地壳中的分布范围比较广泛，据估计和推算，其含量是地壳质量的0.4%还要多一点，世界储量约34亿吨，在所有元素中含量居第10位（氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛）[1]。其丰富的储量，为金属钛及钛合金的生产和发展提供了主要的原料来源。 自20世纪50年代以来，钛及钛合金的发展已经历了半个多世纪的历程，钛合金的种类已从1954年的Ti-6Al-4V合金[2]发展到数百种。因为具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，钛合金被广泛用于各个领域，包括航空航天、汽车制造、医药卫生以及其他日常生活领域。世界上的许多国家如美国、日本、俄罗斯以及中国等都认识到钛合金材料的重要性，并相继对其进行了研究开发，得到了实际应用[2,3]。 2 钛合金的性能 2.1 钛合金的高温性能 在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽。高温钛合金不仅具有良好的室温性能和高温强度，并且在蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和断裂韧性等方面具有良好的匹配。世界上第一个研制成功的高温钛合金使用温度仅为300~350℃[4]，经历了40多年的发展，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600℃，而Ti-Al金属间化合物的崛起，打破了600℃的使用温度界限，将使用温度升至700℃以上。 2.2 钛合金的腐蚀性能 钛的抗腐蚀性强，在550℃以下的空气中，表面会迅速氧化形成薄而致密的TiO2钝化膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及碱性溶液中，其耐蚀
钛合金在多领域的应用 与发展 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
上海大学 本科生课程论文 论文题目：钛合金在多领域的应用与发展 课程名称： 课程号： 学生姓名： 学生学号： 所在学院：材料科学与工程学院 日期 摘要：钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。本文综述了钛合金在航空航天飞行器、热氢处理、发动机、高温钛合金、生物医用材料等方面的应用与发展。 关键词：钛合金；航空；氢；发动机；生物医用材料 钛合金在航空方面的应用与发展 钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点。从20世纪50年代开始, 钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一,可以减轻飞机的重量,提高结构效率。在飞机用材中钛的比例,客机波 音777为7%,运输机C-17为%,战斗机F-4为8%,F-15为%,F-22为39%。 高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展,钛合金的使用温度逐 步提高,从20世纪50年代以Ti-6Al-4V合金为代表的350℃ ,经过IMI679和 IMI829提高到了以IMI834合金为代表的600℃。目前,代表国际先进的高温钛合金有美国的Ti-6242S,Ti-1100,英国的IMI834,俄罗斯的BT36以及中国的Ti-60。表 2为600℃主要高温钛合金的成分及性能特点。 Ti-6242S钛合金是美国于20世纪60年代为了满足改善钛合金高温性能的需要,特别是为了满足喷气发动机使用要求而研制的一种近α型钛合金。合金的最高使用温度为540℃,室温的σb=930 MPa。特点是具有强度、蠕变强度、韧性和热稳定性 的良好结合,并具有良好的焊接性能,主要应用于燃气涡轮发动机零件,发动机结构 板材零件,飞机机体热端零件。 BT36合金是俄罗斯于1992年研制成功的一种使用温度在600～650℃的钛合金。合金中加入了5%W和约%Y。加入W对提高合金的热强性有明显作用。加入微量Y可以明显地细化合金的晶粒,改善了合金的塑性和热稳定性。 Ti60 合金由中国科学院金属研究所在Ti55合金基础上改型设计、宝鸡有色金属加工厂参与研制的一种600℃高温钛合金。Ti60合金的特点之一是合金中加入
钛及钛合金的分类 市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类： 一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。基本上是沿着晶界分布。 工业纯钛按GB/T3620.1—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七个标准）。并且与ISO和美国的ASTM标准相对应，例如TA1对应Gr1, TA2对应Gr2, TA3对应Gr3, TA4对应Gr4。这样有利于各个行业在选材和应用上明晰各国标准的参照，也有利于在技术和商贸上与国际上的交流。 表1 钛及钛合金牌号和化学成分
钛合金的应用与前沿发展 X X X （太原科技大学材料学院） 摘要：先进材料钛及钛合金的应用与前沿技术的发展一直是当前材料领域的热点研究课题之一。本文从钛合金的应用与前沿发展为基点出发，列举了钛合金的研究和应用在国内外取得的重大进步，并试图阐述钛合金最近一些前沿技术与中国现代化科技强国目标、西部大开发的关系，分析其优势与局限性，并展望发展趋势。 自从人类1790年发现钛元素，1951年进入工业化生产以来，钛逐渐显示出它独特的优越性能。它不仅具有金属结构材料的优越性能，而且在许多工艺介质中具有优异的耐腐蚀性能，钛的应用可以获得明显的技术进步和经济效益。它的蕴藏量是铜的十倍，是继铁、铝之后的"第三金属"，被称为"空间金属"。 从使用钛的意义上看，一个国家使用钛的多少，标志着国家的科技水平、军事实力、经济实力的强弱。所以，推广使用钛、发挥钛特性的优势作用，对促进工业发展、增强产品竞争的活力，是非常必要的，也是现代技术发展的方向。 关键词：钛 ; 钛合金 ; 开发应用 ; 前沿发展 报告正文： 钛是周期表中第ⅣB类元素，外观似钢，熔点达1 672 ℃，属难熔金属。钛在地壳中含量较丰富，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的资源极为丰富，仅四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量约达4.2亿吨。 纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是0、N、C等元素存在，会提高钛的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。 钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。 钛的另一重要特性是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，是目前所有工业金属材料中最高的。 液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称，钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金。 为促进我国钛工业的发展，选准"十一五"期间我国钛冶炼技术的发展方向，中国有色金属工业协会科技部和钛业分会合作，于2005年5月10日在北京召开了"钛冶炼技术发展规划研讨会"。曹春晓院士等28名我国钛行业的专家出席了会议。中国有色金属工业协会钮因键副会长、国家发改委肖春泉处长、国家科技部黄世兴处长、国防科工委贺守华处长等也应邀出席了会议。会议中首先由中国有色金属工业协会钮因键副会长和协会科技部张洪国主任作会议主旨发言；北京有色金属研究总院的邓国珠教授介绍了国内外钛冶炼技术的现状、我国钛冶炼技术所存在的问题，初步提出了我国"十一五"期间技术发展的主要方向；遵义钛厂胥力厂长和抚顺钛厂刘禹明副厂长分别介绍了各厂在建钛项目的进展情况、存在及需要解决的问题；北京科技大学的朱鸿民教授分析了FFC法的优缺点，介绍了一种钛冶炼新方法的初步研究结果；锦铁集团的梁志忠高工介绍了该企业大型熔盐氯化和矿物油除钒的技术。
钛及钛合金的分类 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
钛及钛合金的分类 市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类： 一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。基本上是沿着晶界分布。 工业纯钛按GB/—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七
第35卷第4期Vol.35No.4 稀有金属 CHINESE JOURNAL OF RARE METALS 2011年7月Jul．2011 收稿日期：2011－03－31；修订日期：2011－05－10 基金项目：国家科技部中韩联合研究项目（2010DFA52280）资助 作者简介：杨冬雨（1979－），男，湖南宁乡人，硕士，工程师；研究方向：钛合金*通讯联系人（E －mail ：yangdongyu@comac．cc ） 高强高韧钛合金研究与应用进展 杨冬雨1*，付艳艳2，惠松骁2，叶文君2 ，于 洋2，梁恩泉 1（1．上海飞机设计研究院标准材料设计部，上海200232；2．北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京100088） 摘要：航空航天业的发展对高强度、高断裂韧性的新型钛合金的需求越来越迫切，研究具有自主知识产权并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到世界各国的重视。综合评述了国外传统的Ti-1023、BT22合金、β-21S 合金、β-C 合金，新型Timetal555和VST55531合金以及我国的TB2和TB10合金等7种高强高韧钛合金研究及应用现状， 分析了合金的成分、组织、强度、塑性、断裂韧性等特点。根据国内外高强高韧钛合金发展现状，提出发展方向：研制R m ≥1300MPa ，K IC ≥55Pa ·m 1/2新型高强韧钛合金；新型合金成分应以Ti-Al-Mo-V-Cr 系为主；探索加工工艺与高强高韧钛合金合金组织及性能的关系；发展具有优异的淬透性及良好的锻造性能为主的大型锻件用高强高韧钛合金。 关键词：钛合金；高强；高韧；锻件 doi ：10．3969/j．issn．0258－7076．2011．04．017中图分类号：TG146．2 文献标识码：A 文章编号：0258－7076（2011）04－0575－06 Research and Application of High Strength and High Toughness Titanium Alloys Yang Dongyu 1*，Fu Yanyan 2，Hui Songxiao 2，Ye Wenjun 2，Yu Yang 2，Liang Enquan 1 （1．Department of Standard and Materials ，Shanghai Aircraft Design and Research Institute ，Shanghai 200232，China ；2．State Key Laboratory of Non-Ferrous Metals and Processes ，General Research Institute for Non-Ferrous Metals ，Beijing 100088，China ） Abstract ：With the continuous development of the aerospace industry ，the demand of new high strength and fracture toughness tita-nium alloy would grow increasingly．The research on new high strength and tough titanium alloy of intellectual property rights ，which was applied to large structures of aerospace ，aroused the interest of the world．The present development on the investigation of high strength and toughness titanium alloys was introduced ，including traditional foreign Ti-1023，BT22，β-21S ，β-C ，new type Timet-al555，VST55531and domestic TB2and TB10alloys．Meanwhile ，the characteristics of components ，structures ，strength ，plasticity and fracture toughness were analyzed．Based on the development of these titanium alloys ，the author's opinions about development trend in this field were also presented ：to develop a new high-strength and toughness titanium alloy with R m ≥1300MPa ，K IC ≥55Pa ·m 1/2；the components of new alloy should be based on Ti-Al-Mo-V-Cr series alloy ；to probe into the relationship between processing technology and microstructure and properties of high strength and toughness titanium alloy ；to develop the high strength and toughness titanium alloy with excellent hardenability and good forgeability that were used as heavy forgings．Key words ：titanium alloys ；high strength ；high toughness ；forging 钛及钛合金因具有比强度高、耐腐蚀性好等优点，已被广泛应用于在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等各个领域 ［1，2］ 。近年来，随着航空 航天业对高强度、高断裂韧性的新型结构钛合金的需要越来越迫切，因此研究具有自主知识产权， 能够替代超高强度钢并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到世界各国的重视。 高强高韧钛合金一般指抗拉强度在1000MPa 以上，断裂韧性在55MPa ·m 1/2以上的钛合金。表1为几种典型高强钛合金的概况，其中国外的高强高
《钛及钛合金牌号和化学成分》(2009/11/30 15:05) （引用地址：未提供） 目录：行业知识 浏览字体：大中小 《钛及钛合金牌号和化学成分》 目前，金属钛生产的工业方法是可劳尔法，产品为海绵钛。制取钛材传统的工艺是将海绵钛经熔铸成锭，再加工而成钛材。按此，从采矿到制成钛材的工艺过程的主要步骤为： 钛矿->采矿->选矿->太精矿->富集->富钛料->氯化->粗 TiCl4->精制->纯TiCl4->镁还原->海绵钛->熔铸->钛锭->加工->钛材或钛部件上述步骤中如果采矿得到的是金红石，则不必经过富集，可以直接进行氯化制取粗TiCI4。另外，熔铸作业应属冶金工艺，但有时也归入加工工艺。 上述工艺过程中的加工过程是指塑性加工和铸造而言。塑性加工方法又包括锻造、挤压、轧制、拉伸等。它可将钛锭加工成各种尺寸的饼材、环材、板材、管材、棒材、型材等制品，也可用铸造方法制成各种形状的零件、部件。
钛和钛合金塑性加工具有变形抗力大；常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口敏感、变形过程易与模具粘结、加热时又易吸咐有害气体等特点，塑性加工较钢、铜困难。 故钛和钛合金的加工工艺必须考虑它们的这些特点。 钛采用塑性加工，加土尺寸不受限制，又能够大批量生产，但成材率低，加工过程中产生大量废屑残料。钛材生产的原则流程如图1—1。 针对钛塑性加工的上述缺点，近年来发展了钛的粉末冶金工艺。钛的粉末冶金流程与普通粉末冶金相同，只是烧结必须要在真空下进行。它适用乎生产大批量、小尺寸的零件，特别适用于生产复杂的零部件。这种方法几乎无须再经过加工处理，成材率高，既可充分利用钛废料作原料，又可以降低生产成本，但不能生产大尺寸的钛件。钛的粉末冶金工艺流程为:钛粉(或钛合金粉)->筛分->混合->压制成形->烧结->辅助加工->钛制品。
第29卷 第5期2010年5月 中国材料进展 MATER I A LS CH I NA V ol 29 N o 5 M ay 2010 收稿日期:2009-12-24 基金项目:国家973计划项目(2007C B613807); 国家科技支撑计划项目(2007BAQ00087);973引导项目(2005CCA06400) 通信作者:赵永庆,男,1966年生,博士,教授,博士生导师 国内外钛合金研究的发展现状及趋势 赵永庆 (西北有色金属研究院,陕西西安710016) 摘 要:钛及钛合金因具有优异的综合力学性能,得到各行各业的高度重视,介绍了近10年国外、国内钛合金研究的发展 现状、趋势与差距,及时我国钛合金研制的建议。 关键词:钛合金;发展现状;趋势 中图分类号:TG 146 2+3 文献标识码:A 文章编号: 1674-3962(2010)05-0001-08 Current Situation and Developm ent Trend of Titaniu m A lloys Z HAO Y ongqing (N orth w est Institute for N on ferrousM eta l R esearch ,X i an 710016,Ch i na) Abstrac:t Because o f the i r exce llent properties ,g rea t atten tion has been pa i d t o T i and T i a lloys .T his paper rev i ew s t he ir current situati on and deve l op m ent trend i n recent ten years ,and also g ives the differences bet ween Ch i na and o ther coun tries .The suggesti ons for develop m ent o f T i a lloys are a l so put for w a rd . Key w ords :T i a lloys ;cu rrent s i tuation ;deve l op m ent trend 1 前 言 钛及钛合金因具有优异的综合力学性能,在航空、航天、船舶、石油、化工、兵器、电子等行业得到高度 重视和广泛应用。15年前国外高度重视新型钛合金的研制,近几年国外更重视钛合金性能改性和挖潜。国内从钛合金研发开始一直重视新型钛合金研制,10年前重点是仿制,之后是既创新又仿制,目前以创新研制为主。本文介绍近10年国外、国内钛合金研究的发展现状、趋势与差距,及对我国钛合金研制的建议。 2 新型钛合金的研究进展 2 1 宇航用钛合金 2 1 1 国外 由于大型航空发动机压气机对工作在300~350 用材的需要,俄罗斯的全俄轻金属研究院研究了同时添加Sn 和Zr 来改善BT22钛合金的强度和高温蠕变性能, 研制出了性能优于BT22的一种新的航空用钛合金。新合金的名义化学成分为T i 5A l 5M o 5V 1Fe 1C r 1 7Sn 2 5Zr ,被赋予正式牌号BT37。截面尺寸为150~200mm 的BT37合金模锻件和自由锻造的静强度和疲劳强度比BT3 1合金高25%;固溶强化的BT37合金的静强度和疲劳强度比金属间化合物强化的高温钛合金高20%~25%以上。用BT37合金来取代传统的BT3 1,BT6热强钛合金来制造在300~350 下工作的压气机大尺寸盘和叶片,可使质量减轻20%~25% [1-2] 。 同时国外也研制出高强钛合金T i 5553(T i 5A l 5M o 5V 3C r),T i 55531(T i 5A l 5V 5M o 3C r 1Zr)等[3-4] 。T i 5553作为高强近 钛合金可替代BT22和T i 1023钛合金大量使用在飞机的起落架上,该合金的淬透性更好,俄罗斯的V S M PO 联合体分别用 锻和 + 锻制造了该合金的大型锻件。T i 55531是空客公司与俄罗斯合作开发的新型高强高韧近 型钛合金,强度与韧性匹配良好,首次应用的实例是A380机翼与挂架的连接装置。T i 3553(T i 3A l 5M o 5V 3C r)是用做紧固件用钛合金,其强度和加工性能均优于T i 64。在承压管路系统研制成 功一种新的钛合金T i 3331(T i 3A l 3V 3M o 1Zr)[3] ,其强度比T i 3A l 2 5V 高30%左右。高强可焊钛合金T 110(T i 5 5A l 1 2M o 1 2V 4N b 2Fe)为A ntonov 飞机的重型构架设计用,合金同BT22的力学性能相当,但具有优
第25卷第2期 V ol.25 No.2 2008年 4月 April 2008 收稿日期:2007-08-20 作者简介:訾群(1968-,女,工程师,主要从事钛及钛合金的研发工作,电话:0379-********,E-mail: ziqun1111@https://www.doczj.com/doc/5c14437530.html, 。 钛合金研究新进展及应用现状 訾群 (洛阳船舶材料研究所,河南洛阳 471039 摘要:综述了钛合金的发展历程及当今的研究应用新进展,并对我国钛合金的应用前景做出展望。关键词:钛合金;发展;研究;应用 1 钛合金的发展历程 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家如美国、日本、俄罗斯以及中国等都认识到钛合金材料的重要性,并相继对其进行了研究开发,得到了实际应用[1~3]。 美国钛工业起步较早,其规模和技术目前都处在世界领先地位,一开始就注重钛合金材料的基础研究,并以此指导钛合金材料的应用和开发,取得了举世瞩目的成就。第一个实用的钛合金就是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V 合金,由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好,而成为钛合金工业中的王牌合金,该合金使用量已占全部钛合金的75%~85%。 20世纪50~60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金,70年代开发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400 ℃提高到90年代的 600~650℃。α2 (Ti 3Al和γ(TiAl 基合金的出现,使钛在发动机的使用部位正由发动
45 钛合金的研究进展与应用 刘奇先1 刘 杨2 高 凯3 （1. 山西晋煤集团金鼎煤机矿业有限责任公司，晋城 048006； 2. 哈尔滨师范大学物理与电子工程学院，哈尔滨 150001； 3. 哈尔滨啤酒（牡丹江镜泊有限公司），牡丹江 157009） 摘要：简述了国内外钛合金的研究状况与动向。具体介绍了高温钛合金、钛基复合材料、高强高韧钛合金、阻燃钛合金以及钛合金防氢脆、氧脆和磨损研究的发展。对钛合金在军事工业、生物医学及体育和汽车等民用领域上的发展和应用做了简介，最后指出我国钛合金发展中存在的问题和优势以及应用前景。 关键词：钛合金；研究进展；应用；医用金属材料；飞机；舰船 Research Progress and Application of Titanium Alloys Liu Qixian 1 Liu Yang 2 Gao Kai 3 （1. ShanXi Jinmei Group Jinding Coal Mine Machine Mining Industry Co., Ltd., JinCheng 048006; 2. School of Physics and Electronic Engineering, Harbin Normal University, Harbin, 150301; 3. Harbin Beer Co., Ltd. (Mudanjiang Jingbo Co., Ltd.), Mudanjiang 157009） Abstract ：This paper provides a systemic and fresh knowledge on the research and development trend of titanium alloys. The development of high temperature titanium alloys, titanium matrix composites, high strength and high toughness titanium alloys, fire resistant titanium alloys as well as the prevention of hydrogen brittleness, oxygen brittleness and abrasion are introduced particularly. Then the applications of titanium alloys in military industry, biomedicine, gym, automobile and so on are briefly presented. Finally, some problems and advantages during the development of titanium alloys in our country are pointed out. It is considered that titanium alloys will possess a wide application foreground. Key words ：Ti alloy ；research progress ；application ；biomedical metal materials ；aeroplane ；naval ship 1 引言 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、 军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。钛是金属材料王国中“全能的金属”、“海洋金属”、“太空的金属”，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛被视为继铁、铝之后处于发展中的“第三金属”和 作者简介：刘奇先（1983-），助理工程师，机械设计专业；研究方向：机械设计。 收稿日期：2011-07-14
钛合金的发展前景和方向 近几十年来，钛工业一直在努力进入具有巨大市场潜力的民用工业领域，但收效不大，其主要原因之一是人们总是试图将各种航空航天用钛合金“强加”给民用工业领域。在航空航天领域中，性能是首先要考虑的问题，而其它因素如价格等则排在第二位，所以，适合于领域应用的钛合金往往具有优异的性能，但价格昂贵。而对于民用工业领域来说，用一种新的材料取代现有材料，价格低廉是至关重要的。但实际情况是，目前的钛合金产品比钢贵10多倍。近几年来，由于认识到价格是钛合金进入民用领域的最大障碍，研究人员和生产厂家都在降低价格方面做了大量工作。 1、降低原材料成本 在航空航天领域中，人们为追求优异的综合性能，往往不太顾及价格问题，例如，广泛使用的钛合金大都含有价格昂贵的β稳定剂钼、钒、铬、铌等，如Ti-6Al-4V，故成本极高，不能被民用工业所接受。若用其它价格低廉的合金化元素取代上述元素，则可大幅度降低原材料成本。最具有代表性的例子是用价格为111美元/ kg的铁取代价格为22美元/ kg 的钒作β稳定剂。美国、日本等均先后将研制出的无钒钛合金用于民用工业领域。美国研制出用作汽车进气阀的Timetal 62S，其性能比Ti-6Al-4V好，但成本却比Ti-6Al-4V低15 %～20 %，而且，通过提高产品的产量仍有望进一步降低成本。Timetal LCB也是美国为打入汽车市场而研制开发的材料，它具有卓越的综合性能，尤其是它的抗疲劳性能优于其它任何一种钛合金。Timetal LCB是一种低成本亚稳态β钛合金，其主要合金化元素是低成本的Fe-Mo合金，因此铸锭成本低于其它β钛合金。如果产量足够大，可以达到降低成本的目的。又如日本为文体用品市场开发的TIX ( Ti-Fe-O-N)系列合金，由于加入了价格低廉的铁、氮、氧而使原材料成本大大降低，同时，抗拉强度(800～1000MPa)大大提高，热加工性能明显改善。加入铁还可能使晶粒细化。 目前，日本正在研制开发低成本抗腐蚀钛合金以取代传统的、价格昂贵的耐蚀合金如Ti-0.15Pd等。正在研制的合金有Ti-0.5Ni-0.05Ru( TICOREX)，Ti-0.03～0.08Pd。在这些合金中加入钌或减少高成本钯的含量，从而降低了成本。同时，添加钴或铬使合金抗腐蚀性能提高。上述合金的抗腐蚀性均好于Ti-0.15Pb。 此外，要解决原材料的价格问题，还应在世界范围内建立稳定的钛的价格和供应体制，使生产厂家能安心地使用钛。 2、钛合金产品的加工、制造成本 造成钛合金加工、制造成本较高的原因是多方面的，其中难于对钛合金进行机加工是重要原因之一。以制造汽车连杆为例，加工钛合金连杆的速度比加工钢连杆大约低50 %，因此，前者的制造成本高得多，且更为重要的是，要生产同等数量的汽车连杆，用钛合金所占用的设备是钢的两倍，且由于切削阻力大，使工具寿命降低，这些因素使得投资成本大大提高。为改善钛合金的机加工性能，从而降低其制造成本，美国Daido公司与日本Honda 公司联合开发出一种“易于机加工”钛合金；Ti-3Al-2. 5V +硫化稀土。这种钛合金的可
国内外医用钛及钛合金标准及性能 发布时间：2010-4-17 10:20:42 中国废旧物资网 一、钛在医学中的应用 1、钛作为一种新兴的材料在我国及世界制药工业、手术器械、人体植入物等领域使用已有几十年的历史，并已取得了极大地成功。 2、人体内应外伤、肿瘤造成的骨、关节损伤，采用钛及钛合金可制造人工关节、接骨板和螺钉现已广泛用于临床。还用于髋关节（包括股骨头）、膝关节、肘关节、掌指关节、指间关节、下頜骨、人造椎体（脊柱矫形器）、心脏起搏器外壳、人工心脏（心脏瓣膜）、人工种植牙、以及钛网在头盖骨整形等方面。 3、 对于植入物材料的要求可以归为三个方面：材料与人体的生物相容性、材料在人体环境中的耐腐蚀性和材料的力学性能，作为长期植入材料有下列七项具体要求： ①、耐蚀性; ②、生物相容性； ③、优越的力学性能和疲劳性能； ④、韧性； ⑤、低的弹性模量； ⑥、在组合体中有好的耐磨性； ⑦、令人满意的价格； 4、外科植入物材料主要有：金属、聚合物、陶瓷等，金属材料又包括不锈钢、鈷基合金和钛基合金。 材料性能与骨性能的比较和植入物材料的特性比较见表一和表二。从表二可以看出，不锈钢价格低廉，易于加工，但耐蚀性和生物相容性不如钛合金；鈷鉻合金的耐磨性比钛合金好，但密度较大，太重；钛及钛合金由于比强度高，生物相容性好及耐体液腐蚀性好等特点正日益受到重视。钛合金的不足之处识是耐磨性差、难于铸造，加工性能也差。 二、国内外外科植入物用钛及钛合金加工材标准情况 1、国外外科植入物用加工材标准 纯钛：国际标准化组织 ISO 5832/2 1999E《外科植入物－纯钛加工材》 美国标准：ASTM F67 2006a 《外科植入物用纯钛》 TC4: 国际标准化组织 ISO 5832/3 1996Z 《外科植入物－金属材料－Ti-6Al-4V加工材》ASTM F1472 2002 《外科植入物用Ti-6Al-4V合金加工材》 TC4ELI: ASTM F136 2002a 《外科植入物用Ti-6Al-4VELI（超低间隙）加工材规范》