（中铝沈阳有色金属加工有限公司）
摘要：钛及钛合金具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等优良特性，是优质结构材料及新型功能材料。文章结合钛及其合金的发展论述了钛及其合金在航空航天工业、电力工业、石油化学工业、航海工业及汽车工业的应用。
关键词：钛合金；性能特点；发展应用
引言
随着经济的迅速发展和生产力的不断提高，钛（Ti）及钛合金的可应用范围越来越广阔。就当前来说，钛合金的主要作用仍然是作为高温合金在航空发动机中使用，其应用领域有待进一步拓宽。从使用温度来说，在21世纪初虽然已经突破了20世纪50年代的400℃极限，提升到600℃。但是如何解决600℃以上的钛合金蠕变抗力和高温抗氧化性会随温度不断升高而迅速下降这一难题，成为高温钛合金发展必须突破的瓶颈。
一、钛和钛合金的基本性能
一个国家有色金属的消费量和生产量是衡量该国家综合实力的重要标志之一。我国已发展成为居世界第二位的有色金属生产大国和消费大国，钛、钨、铜、锌等有色金属及其合金是我国重要的战略金属材料。我国的人均战略有色金属资源占有量大大低于世界平均水平，加强战略金属新材料的开发应用，促进其资源保护具有重要的战略意义。钛及钛合金由于具有重量轻、强度大耐热性强、耐腐蚀、生物相容性好、无磁性、无毒性、工作温度区宽、加工成形性好等许多优良特性，被誉为未来金属、空间金属和海洋金属其应用已遍及现代新技术的各个领域在国民经济中占有重要地位。
钛的体积质量为4.51g/cm3,比强度高,与高强度钢相比相同强度水平可降低重量40%以上。钛的熔点为1678°C,比铁的熔点高,是轻金属中的高熔点金属沸点3287°C。纯钛材容易加工,钛的塑性主要依赖于纯度。钛越纯,塑性越大。常温下钛为α相,呈密排六方结构在882C转变为体心立方结构的β相。纯钛的电阻率和导热率与奥氏体不锈钢大致相当。钛的比容与奥氏体不锈钢相当,但由于密度小,则热容小,容易加热,也容易冷却。纯钛具有良好的抗腐蚀性能,不受大气和海水的影响。在常温下不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀;只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。在大多数水溶液中,都能在表面生成钝化氧化膜。因此钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性,比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好。可以用钛代替不锈钢、镍基合金和其它稀有金属,制作各种热交换器、反应器、高压容器和蒸馏塔等设备。钛及钛合金对提高耐蚀产品质量、延长设备使用寿命、减少消耗、降低能耗、降低成本、防止污染、改善劳动条件的作用。
二、我国高温钛合金的应用与发展
我国对于高温钛合金的研制和开发最早开始于北京有色金属研究总院，而当前随着生产力发展的需要，西北有色金属研究院以及中国科学院金属研究所等科研院所也加入到了这一阵营中，成为我国高温钛合金研究的主力。
就研究成果来说，我国当前已经研究出了一些性能较为优越的合金。TC11 钛合金属于α+β特征的钛合金，综合性能较为突出，在500℃的环境中依然保持优异的热强性能，同时还具有高室温强度。从热加工工艺角度来说，TC11 钛合金能够以各种方式进行焊接和机械加工。就其应用来说，当前已经在航空发动机制造中得到了广泛应用，比如在压气盘、叶片以及鼓筒这些零件中均可以使用，在飞机结构件上也可以使用。通过对其α、β区进行一定的热变形以及热处理，TC11最高长期工作温度可以达到500℃，用其生产的半成品也有很多，比如棒材、锻件以及铸件等。
Ti-55钛合金属于近α型的耐热材料，研究人员通过添加稀土元素钕（Nd），从而使得其合金组织得到了一定程度的细化，大幅度提高了其抗氧化能力。
而这种稀土元素Nd在该合金中的内氧化，也从整体上降低了合金基体中的氧含量，从而完成了锡原子向稀土氧化物的有效转移，能够有效阻止Ti3X 相的析出。Ti-55钛合金长期工作的温度大约为550℃左右，当前该合金已经在航空发动机中得到了广泛应用，比如高压段的压气机盘、鼓筒以及叶片中。从工艺上来说，Ti-55钛合金具有优越的工艺塑性，能够用于多种压力的加工成型，当前所使用的多种机械加工方式也均为适用。Ti-55钛合金生产的半成品包括棒材、锻件、板材等。
我国研制成功的能够在600 ℃环境下工作的钛合金包括Ti60钛合金和Ti600 钛合金2种。前者由中科院金属研究所负责研制，是对Ti-55钛合金的有效改进，具有优越的性能。它的一大特征就是合金化时在其中融入了0.85% 的Nd元素，并利用内氧化形式形成富含多种元素的合金材料，比如Nd元素、Sn元素以及氧（O）元素的稀土相，通过这种形式有效降低了基体中的O含量，因而具有净化基体以及提高合金稳定性的优良功能。Ti600合金同样属于一种600℃高温钛合金，它由西北有色金属研究院通过大量攻关实验后研制完成。在这2种合金的研制过程中，研究人员发现对于600 ℃高温钛合金来说，最为关键的问题是高温蠕变性能包括热稳定性能具有较高的敏感性，如果金属成分出现波动、间隙元素含量不合理或者杂质含量不合理，加工工艺不成熟或者选择不当都可能影响合金性能。
三、钛合金的发展展望
高温钛合金的研制与应用在世界范围内都受到了高度重视，各国学者、政府都积极参与其中，对于我国来说，在高温钛合金的应用研究上依然与欧美存在一定差距，而这种差距的原因并不全部是由于研究水平所导致，更多的体现在工业化生产水平以及应用上，我国高温钛合金当前仍然有相当一部分属于实验室或者半工业试制性的成果，未能得到应用。综合本文对于国内外高温钛合金的研制现状的综述，笔者认为高温钛合金的发展存在以下几个规律和趋势：
①各国高温钛合金的设计，都表现出了从少元到多元的转化，从简单到复杂的转化，使得合金化发展逐步趋向合理，虽然各国研究者使用的研究手段、研究思想包括侧重点都有所不同，但从发展的结果来看确是殊途同归。
②从各国的合金体系来说，当前高温钛合金延吉中占据主流的仍然是近α钛合金，包括在此基础上延伸出来的合金。
③在高温钛合金中加入质量分数在0.1%～0.5%之间的Si元素，能够有效增强合金强度，提高合金高温抗蠕变性能，因而在各国高温钛合金中Si 元素基本都被使用。
④部分稀土元素，比如Nd元素、钇元素、铈元素加入到钛合金中能够起到脱氧作用，从而大大降低氧含量，从而成为一种高熔点化合物，使得研制出的合金具有抗氧化性能。
四、总结
综上所述，高温钛合金在工业领域上的重要意义已经为世界各国研究者所重视，我国也应当积极借鉴外国研究者的研究方法、研究思想，结合我国的实际情况，加快对高温钛合金的研究工作，以促进我国工业生产的长足进步。
参考文献
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作者简介：王博（1991.01-），男，本科，研究方向：钛及钛合金的金属性能和应用。