钛合金种类及应用范围的优化调整

近年来，各国正在开发低成本和高性能的新型钛合金，努力使钛合金进入具有巨大市场潜力的民用工业领域。国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以下几个方面。

1.高温钛合金

世界上第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300～350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用温度为450～500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。

目前已成功地应用在军用和民用飞机发动机中的新型高温钛合金有：英国的IMI829、IMI834合金；美国的Ti-1100合金；俄罗斯的BT18Y、BT36合金等。

2.钛铝基钛合金

与一般钛合金相比，钛铝化合物为基的Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金属间化合物的最大优点是高温性能好（最高使用温度分别为816℃和982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻（密度仅为镍基高温合金的1/2），这些优点使其成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料。

目前，已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-V-0.5Mo在美国开始批量生产。其他近年来发展的Ti3Al为基的钛合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等。TiAl（γ）为基的钛合金受关注的成分范围为Ti-（46～52）Al-（1～10）M（at.%），此处M为V、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一种元素。最近，TiAl3为基的钛合金开始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金。

3.高强高韧β型钛合金

β型钛合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13V-11Cr-3Al）。β型钛合金具有良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的力学性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的综合性能。新型高强高韧β型钛合金最具代表性的有以下几种：

Ti1023（Ti-10V-2Fe-3Al），该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当，具有优异的锻造性能。(www.xing528.com)

Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），该合金冷加工性能比工业纯钛好，时效后的室温抗拉强度可达1000 MPa以上。

β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，可制成厚度为0.064mm的箔材。

日本钢管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）钛合金，强度高，超塑性延伸率高达2000%，且超塑成形温度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成形-扩散连接（SPF/DB）技术制造各种航空航天构件。

俄罗斯研制出的BT-22（TI-5V-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉强度可达1105 MPa以上。

4.阻燃钛合金

常规钛合金在特定的条件下有燃烧倾向，这在很大程度上限制了其应用。针对这种情况，各国都开展了对阻燃钛合金的研究并取得了一定的突破。美国研制出的Alloy c（也称为Ti-1720），名义成分为50Ti-35V-15Cr（质量份数），是一种对持续燃烧不敏感的阻燃钛合金，已用于F119发动机。BTT-1和BTT-3为俄罗斯研制的阻燃钛合金，均为Ti-Cu-Al系合金，具有良好的热变形工艺性能，可用其制成复杂的零件。

5.医用钛合金

钛无毒、质轻、强度高且有优良的生物相容性，是理想的医用金属材料，可用作植入人体的植入物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4V、ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且可能对人体造成危害，这一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，可用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，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-aTa-0.2Pd-0.20N-0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4V、ELI。

与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水平以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有五种β钛合金被推荐至医学领域，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。估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V。