各国都在研究高用量、高性能和低成本的钛合金生产技术

早在1791年，英国矿物学家威廉-格雷戈尔就首次发现了钛元素的存在。4年后，德国化学家马丁-克拉普罗特从矿石中分解出氧化钛，但要进一步提纯却很困难，因此他想到以希腊神话中被禁锢在地层内的大力神泰坦(Titans)来命名这种新元素，称之为Titanium，在元素周期表中就用Ti来表示。直到20世纪初，西方工业界通过化学还原法终于获取到纯度在99%以上的金属钛，二战后才实现了钛及其制品的商业化生产。

面世半个多世纪后，钛合金在发展上也遇到了一些瓶颈，阻碍了进一步的应用。对此，各国都在加紧研究更“给力”的钛合金和生产技术，争取在高用量、高性能和低成本方面取得新的突破。研究方向主要有：以α型钛合金为基础，通过精确控制强化元素的含量、快速凝固-粉末冶金技术等手段发展高温钛合金，将工作温度提高到600℃甚至800℃以上，以适应大推重比发动机的要求；在β型钛合金基础上不断提高拉伸强度、断裂韧性和抗疲劳性能，用高强高韧钛合金取代合金钢制造承力梁、起落架、直升机主桨毂等重要部件；常用钛合金在高温高压下容易发生失效燃烧，因此需要研究带有特殊涂层的阻燃钛合金，用在发动机的高压压气机、叶片和矢量尾喷管等处；采用韧性更好的高损伤容限钛合金，降低飞机重要部位的裂纹扩展速度，延长使用寿命；大力发展具有高比强度和耐热耐腐蚀性、又容易加工的钛基复合材料，取代较为昂贵的钛合金。在加工技术上，除了改进铸造、焊接、热处理等传统工艺，还引入超塑成形、激光成形等新技术制造复杂的飞机整体构件，有效减少成品重量和生产周期。

钛的内部显微组织在常温下为密排六方结构即α相，在高温下转变为体心立方结构即β相，添加不同的元素并进行热处理就可以获得不同性质的钛合金。工业纯钛含有少量杂质，多用于制造工作温度在350℃以下的一般构件，如飞机蒙皮和隔热板、航天器的低温容器等。以铝、锡、锆等为主要添加元素的α型钛合金具有较好的热稳定性和抗氧化性，便于焊接，适合制成飞机上受力不大的板材或管材结构件，以及在500℃下长期工作的发动机部件。以钼、钒、铬等为主要添加元素的β型钛合金则在强度和韧性上更出色，抗疲劳性也很好，有利于大幅降低飞机重量，但耐热性不高，可用于飞机内部框架、紧固件、起落架和直升机的旋翼组件等。同时加入两类稳定元素的αβ型钛合金具有良好的综合力学性能，也容易加工成型，因此应用得最为广泛。其中典型牌号Ti-6Al-4V（我国对应牌号为TC4）就占了钛合金使用量的一半以上，既可以用在机身和机翼上，也可以用在发动机部件中。