鈦合金用于航空及發(fā)動(dòng)機(jī)的制造材料

1948年美國(guó)杜邦公司才用鎂法成噸生產(chǎn)海綿鈦——這標(biāo)志著海綿鈦即鈦工業(yè)化生產(chǎn)的開(kāi)始。而鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。鈦在地殼中含量較豐富，含量排第九位，遠(yuǎn)高于銅、鋅、錫等常見(jiàn)金屬。鈦廣泛存在于許多巖石中，特別是砂石和粘土中。

鈦合金按用途可分為：耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金(鈦-鉬，鈦-鈀合金等)、低溫合金以及特殊功能合金(鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金)等。
盡管鈦及其合金應(yīng)用的歷史不長(zhǎng)，但由于它那超眾的性能，已經(jīng)獲得了多個(gè)光榮稱號(hào)。首先榮獲的稱號(hào)就是“空間金屬”。它重量輕、強(qiáng)度大又耐高溫，特別適于制造飛機(jī)和各種航天器。目前世界上生產(chǎn)的鈦及鈦合金，大約有四分之三都用于航空航天工業(yè)。許多原來(lái)用鋁合金的部件，都改用了鈦合金。

鈦合金主要用于飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)的制造材料，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、排氣裝置等零件以及飛機(jī)的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度，耐腐蝕和耐低溫性能來(lái)制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體。人造地球衛(wèi)星、登月艙、載人飛船和航天飛機(jī)也都使用鈦合金板材焊接件。60年代開(kāi)始鈦合金的使用部位從后機(jī)身移向中機(jī)身、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。 70年代起，民用機(jī)開(kāi)始大量使用鈦合金，如波音747客機(jī)用鈦量達(dá)3640公斤以上占機(jī)重28%。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展，在火箭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船上，也用了大量的鈦合金。

研究表明，金屬材料中的雜質(zhì)元素在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)會(huì)大幅降低材料的塑性和斷裂韌性、加快內(nèi)部裂紋擴(kuò)展速率，并惡化其他機(jī)械性能。美國(guó)依據(jù)新一代飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的損傷- 容限準(zhǔn)則需求，對(duì)結(jié)構(gòu)制造中大批量使用的Ti-6Al-4V 鈦合金進(jìn)行了成分設(shè)計(jì)優(yōu)化，研制出了低雜質(zhì)含量的Ti-6Al-4V ELI 鈦合金，主要雜質(zhì)間隙元素O 含量控制在0.13% 以內(nèi)、C 含量控制在0.08%以內(nèi)，在小幅度降低材料抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，大幅度提升了材料的斷裂韌性，降低了裂紋擴(kuò)展速率。此外，研究表明Ti-6Al-4V 鈦合金顯微組織為魏氏組織時(shí)合金的斷裂韌性較高、裂紋擴(kuò)展速率較低。美國(guó)在新機(jī)設(shè)計(jì)中使用低雜質(zhì)含量的Ti-6Al-4V ELI 鈦合金結(jié)合β 退火工藝獲得魏氏組織，使合金具有最佳的斷裂韌性和抗裂紋擴(kuò)展能力。