引言
由于鈦合金具有高比強(qiáng)度、較寬的工作溫度范圍和優(yōu)異的腐蝕抗力，因而在航空及宇航工業(yè)得以廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)50年代，軍用飛機(jī)進(jìn)入了超音速時(shí)代，航空發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)地進(jìn)人噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代，要求使用在室溫、中溫下具有更高比強(qiáng)度的新材料，原有的鋁、鋼結(jié)構(gòu)已不能滿足新的需求，而鈦合金恰恰在這一時(shí)期剛剛具備了工業(yè)生產(chǎn)能力，正適應(yīng)了超音速軍機(jī)發(fā)展的需要。
世界鈦市場(chǎng)中最大的用戶始終屬于航空，當(dāng)今世界航空工業(yè)的興衰仍對(duì)鈦合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用起舉足輕重的作用。相應(yīng)地，衡量一個(gè)國(guó)家航空工業(yè)發(fā)展水平的一個(gè)重要標(biāo)志就是航空用鈦的需求量占鈦總需求量的百分比。世界范圍內(nèi)航空鈦加工材需求占鈦材總需求量的50%左右，其中美國(guó)1990年至1997年期間航空航天工業(yè)的鈦材需求量約占美國(guó)鈦材總需求量的70%，在航空航天工業(yè)中民用量又為軍
用量的2倍多，而我國(guó)鈦加工材應(yīng)用于航空工業(yè)的份額不足20%，還有極大的發(fā)展空間。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和大飛機(jī)計(jì)劃的啟動(dòng)，先進(jìn)大飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高性能、低成本、高效率、低污染提出了極高要求，是先進(jìn)航空鈦合金材料和熱工藝發(fā)展的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。
1、鈦及鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用
由于碳復(fù)合材料和鈦合金都具有密度小、比強(qiáng)度高等優(yōu)異性能，特別是鈦合金與碳復(fù)合材料有很好的相容性，因此，鈦是一種較理想的航空結(jié)構(gòu)材料。就目前的趨勢(shì)來(lái)看，越是先進(jìn)的新型飛機(jī)，越是寬體飛機(jī)，用鈦量越大(見(jiàn)圖1)。
由于寬體A350客機(jī)碳復(fù)合材料用量大，所以用鈦量約100t，高于A380客機(jī)的90t。圖2給出了A350客機(jī)用鈦的主要部位和部件，主要有起落架、機(jī)翼結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)懸架、機(jī)翼高壓油管氣管、緊固件、艙門、機(jī)艙面板或隔板、座椅導(dǎo)軌、尾錐和輔助動(dòng)力艙的隔熱屏等。不僅是機(jī)身，目前大飛機(jī)用主流的高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)也大量用鈦。軍機(jī)與民用飛機(jī)的用材趨勢(shì)相同，而且用鈦的比例更高。在20世紀(jì)80年代以后美國(guó)沒(méi)計(jì)的先進(jìn)軍用戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)中，鈦合金用量已穩(wěn)定在20%以上。
1.1 飛機(jī)機(jī)體的鈦用量
在軍機(jī)方面，使用新材料的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于民用飛機(jī)。此外美國(guó)1970年開(kāi)始服役的C-5上鈦合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，而1992年開(kāi)始服役的C-17已增至10.3%，鈦零件總質(zhì)量達(dá)6.8t/架。俄羅斯的伊爾76運(yùn)輸機(jī)的鈦合金用量達(dá)12%。此外，美B-2轟炸機(jī)、法幻影2000及俄Cy-27CK戰(zhàn)斗機(jī)的鈦用量分別為26%、23%、18%，美國(guó)2006年以后服役的世界最先進(jìn)第四代戰(zhàn)斗機(jī)F22的用鈦量高達(dá)39%～41%。我國(guó)20世紀(jì)60年代投產(chǎn)的殲七飛機(jī)的鈦零件質(zhì)量只有9kg，70年代殲八白天型飛機(jī)的鈦零件質(zhì)量增至60kg，80年代抓住殲八Ⅱ研制的機(jī)遇，使飛機(jī)的鈦用量達(dá)到總結(jié)構(gòu)質(zhì)量的2%，鈦零件質(zhì)量達(dá)到93kg，殲十的鈦用量進(jìn)一步增至3%。這些進(jìn)步雖然得之不易，但與國(guó)外第三代、第四代飛機(jī)的鈦用量相比，仍然存在很大差距。
表1中列出的F/A18E/F、F/A22、F-35、三大戰(zhàn)斗/攻擊機(jī)和2轟炸機(jī)是美國(guó)在2015年前保持空中優(yōu)勢(shì)的4塊“王牌”。由表1可知，總的發(fā)展趨勢(shì)是鈦在飛機(jī)機(jī)體上的用量不斷增大，F(xiàn)/A-18在不斷改型的過(guò)程中其鈦用量也不斷增多。
民用飛機(jī)的鈦用量也在不斷增大，見(jiàn)表2。在民用客機(jī)方面，雙通道飛機(jī)的用鈦量大大高于單通道飛機(jī)的。如波音公司的一架波音737、747、777鈦用量分別為18t、45t和59t，而一架波音787飛機(jī)用鈦量達(dá)到136t，占全機(jī)質(zhì)量的15%，用鈦量比例增加十分顯著?？湛凸疽嗍侨绱?，一架A320、A330和A340的用鈦量分別為12t、18t和25t，而一架A380采用了全鈦掛架，用鈦量達(dá)到146t，占全機(jī)質(zhì)量的10％，較之A350的9%有顯著進(jìn)步。2008下半年空客A380和波音787試飛后其量產(chǎn)期推后了一年半至2010年，預(yù)計(jì)2011年這兩種型號(hào)的飛機(jī)將量產(chǎn)，從而帶動(dòng)世界航空用鈦材的需求。未來(lái)大型飛機(jī)取代支線，寬體取代窄體將成為趨勢(shì)。據(jù)國(guó)際航空權(quán)威組織Theairlinemonitor預(yù)測(cè)，2008年2010年僅雙通道飛機(jī)一個(gè)單項(xiàng)的用鈦量就將達(dá)到近7萬(wàn)t，而鈦加工材產(chǎn)量居于世界第二的中國(guó)14家企業(yè)2009年的鈦材總產(chǎn)量只有2.77萬(wàn)t，市場(chǎng)潛力巨大。但是由于民用飛機(jī)更強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性和安全性，因而不能像新型戰(zhàn)斗機(jī)一樣達(dá)到單架用鈦比例很高的狀態(tài)。我國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)的鈦用量也在不斷增大。20世紀(jì)880年代開(kāi)始服役的殲八系列的鈦用量為2％，兩種新一代戰(zhàn)斗機(jī)的鈦用量分別為4%和15%，更新一代的高性能新型戰(zhàn)斗機(jī)的鈦用量將達(dá)到25%～30%。
1.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦用量
表3統(tǒng)計(jì)了一些西方國(guó)家航空發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦用量。從表3可知，國(guó)外先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)上的鈦用量通常保持在20%～35%。我國(guó)早期生產(chǎn)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)均不用鈦,1978年開(kāi)始研制并于1988年初設(shè)計(jì)定型的渦噴13發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦用量達(dá)到13%，2002年設(shè)計(jì)定型的昆侖渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)是我同笫一個(gè)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，鈦用量提高至15%，即將設(shè)計(jì)定型的我國(guó)第一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)又進(jìn)一步把鈦用量提高到25%。
在飛機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，主要根據(jù)零件的工作溫度和應(yīng)力水平選擇合金牌號(hào)，同時(shí)結(jié)合零件的制造工藝方案考慮相應(yīng)的成型和焊接等丁藝性能。不同類型的鈦合金的特點(diǎn)不同，使用的具體部位也有差別：α型合金不能熱處理強(qiáng)化，只有中等水平的室溫強(qiáng)度，但組織穩(wěn)定，抗蠕變性能好，可在較高溫度下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，是創(chuàng)制新型耐熱鈦合金的基礎(chǔ)，一般用作承力較大的鈑金件和鍛件；β型合金在固溶狀態(tài)有良好的工藝塑性，便于加工成形，時(shí)效處理后可獲得很高的強(qiáng)度性能，但對(duì)雜質(zhì)元素敏感性高，組織不夠穩(wěn)定，耐熱性較低，不宜在高溫下使用，一般用作緊固件和飛機(jī)結(jié)構(gòu)件；α+β型合金具有良好的熱強(qiáng)性和冷成型性，綜合性能好，并且可淬火和時(shí)效強(qiáng)化，一般用作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身構(gòu)件。
表4足部分典型鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用情況。
1.3 航空用鈦合金分類
鈦合金作為當(dāng)代飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料之一，可以減輕飛機(jī)的質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)效率。在飛機(jī)用材中鈦的比例，客機(jī)波音777為7%，運(yùn)輸機(jī)C-17為10.3，戰(zhàn)斗機(jī)F-4為8%，F(xiàn)-15為25.8%，F(xiàn)-22為39%。幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)航空應(yīng)用所研究的鈦合金等均取得了很大進(jìn)步，許多合金也得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)航空用鈦合金的強(qiáng)度及服役環(huán)境特點(diǎn)，可將其分為高溫鈦合金、高強(qiáng)鈦合金、損傷容限型鈦合金和阻燃鈦合金等。
1.3.1 高溫鈦合金
20世紀(jì)50年代以Ti一6Al—4V合金)（TC4鈦合金）為代表，其使用溫度為350℃，經(jīng)過(guò)研究者的努力，最終得到了以IMI834合金為代表的使用溫度600℃高溫鈦合金。目前，國(guó)際先進(jìn)的高溫鈦合金主要有美國(guó)的Ti-6242S、Ti-1100，英國(guó)的IMI834，俄羅斯的BT36以及中國(guó)的Ti-60，表5為600℃部分高溫鈦合金的特點(diǎn)。
Ti-6242S(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)鈦合金是美國(guó)于20世紀(jì)60年代為了滿足噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求而研制的一種近α型鈦合金。該合金的最高使用溫度為540℃，室溫的σb=930MPa，特點(diǎn)是具有強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度、韌性和熱穩(wěn)定性的良好結(jié)合，并具有良好的焊接性能，主要應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)板材零件、飛機(jī)機(jī)體熱端零件。
Ti-1100(Ti-6Al-2.75Sn4Zr-0.4Mo-0.45Si)合金是近α型鈦合金，使用溫度達(dá)到600℃，特點(diǎn)是具有較低的韌性和較大的疲勞裂紋擴(kuò)展速率。該合金已用于制造萊康明公司T55-712改型發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)輪盤和低壓渦輪葉片等零件。IMI834(Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si)合金是英國(guó)在1984年研制成功的一種近α型鈦合金。該合金在β兩相區(qū)固溶時(shí)效處理后，室溫的σb≥930MPa，具有高蠕變強(qiáng)度和良好的疲勞強(qiáng)度和變形能力，可適用于鈦的各種方式進(jìn)行焊接，現(xiàn)已用于波音777機(jī)的大型發(fā)動(dòng)機(jī)Trent700上。
BT36(Ti-6.2Al-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-0.1Y5.0W-0.15Si)合金是俄羅斯于1992年研制成功的一種使用溫度在600～650℃的鈦合金。
Ti-60(Ti-5.8Al-4.8Sn-2.0Zr-1.0Mo-0.35Si-0.85Nd)合金是由中國(guó)科學(xué)院金屬研究所、寶雞有色金屬加工廠共同研帶的一種使用溫度為6OO℃的高溫鈦合金。該合金已進(jìn)行了半工業(yè)性中試試驗(yàn)(包括壓氣機(jī)盤模鍛)和全面性能測(cè)定。
目前，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的傳統(tǒng)高溫鈦合金的最高使用溫度仍為600℃。高于600℃時(shí)，蠕變抗力和高溫抗氧化性急劇下降，成為限制鈦合金向更高溫度發(fā)展的兩大主要障礙，因此研制600℃的新型高性能的高溫鈦合金迫在眉睫。
1.3.2 高強(qiáng)鈦合金
高強(qiáng)鈦合金一般指抗拉強(qiáng)度在1000MPa以上的合金。目前，代表國(guó)際先進(jìn)水平并在飛機(jī)上獲得實(shí)際應(yīng)用的高強(qiáng)度鈦合金主要有β型鈦合金Ti-10-2-3、Ti-15-3、β-21S、α+β型兩相鈦合金B(yǎng)T22以及中國(guó)的TB10等。
Ti-1023(Ti-10V-2Fe-3Al)合金是迄為止應(yīng)用最廣泛的一種高強(qiáng)韌的近β鈦合金。它是一種為適應(yīng)損傷容限性設(shè)計(jì)原則而產(chǎn)生的高結(jié)構(gòu)效益、高可靠性和低制造成本的鍛造鈦合金。其拉伸強(qiáng)度、斷裂韌性和疲勞性能明顯優(yōu)于Ti-6Al-4V，并與飛機(jī)結(jié)構(gòu)中常用的30CrMnSiA高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼相當(dāng)。該合金具有優(yōu)異的鍛造性能，在760℃可進(jìn)行等溫鍛造，提供各種近凈型加工鍛件，現(xiàn)已應(yīng)用于波音777客機(jī)、
A380客機(jī)等。
Ti15-3(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)合金是一種近β型的高強(qiáng)抗腐蝕合金。熱處理強(qiáng)化板材的σb≥1310MPa，δ5≥5%，顯微組織為β基體和彌散的α相。合金具有優(yōu)良的冷變形性、時(shí)效硬化性能和可焊接性能等特點(diǎn)。已應(yīng)用到波音777上的應(yīng)用控制系統(tǒng)管道和滅火罐。
β-21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si)合金是Fimet公司在1989年為麥道公司提供一種用于航天飛機(jī)的鈦金屬基復(fù)合材料中所需的抗氧化箔材而開(kāi)發(fā)的。由于合金具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能，適用于發(fā)動(dòng)機(jī)襯套和噴管等，現(xiàn)已被美國(guó)同家宇航局確定用作碳化硅鈦基復(fù)合材料的基體材料。
BT22(Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr)合金是前蘇聯(lián)在20世紀(jì)70年代研制成功的一種高合金化、高強(qiáng)度的近β型鈦合金。其拉伸強(qiáng)度大于等于1105MPa，已成功用作機(jī)身、機(jī)翼、起落架和其它高承載部件。
北京有色金屬研究總院自主研制的TB10(Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al)合金具有比強(qiáng)度高、斷裂韌度好、淬透性高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在我國(guó)航空領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用。
現(xiàn)有鈦合金的強(qiáng)度，尤其是強(qiáng)韌性匹配不能滿足航空要求，而且合金成本太高，合金性能對(duì)工藝參數(shù)敏感等問(wèn)題使其應(yīng)用受到了一定限制。因此，研制強(qiáng)韌匹配、開(kāi)發(fā)低成本的高強(qiáng)鈦合金得尤為重要。
1.3.3 損傷容限鈦合金
具有很島斷裂韌性和很慢裂紋擴(kuò)展速率的中強(qiáng)或高強(qiáng)鈦合金，即損傷容限型鈦合金的開(kāi)發(fā)受到了各國(guó)的重視。目前，高斷裂韌度、低裂紋擴(kuò)展速率的損傷容限鈦合金主要有Ti-6Al-4V(β-ELI)、Ti-62222S合金和新型兩相高強(qiáng)高韌TC21合金。
Ti-6Al-4V(β-ELI)屬于900MPa強(qiáng)度級(jí)別的高損傷容限型鈦合金。其鍛件主要性能可達(dá)到：σb≥895MPa，σ0.2≥795MPa，δ5≥8%，φ≥15%，KR≥75MPa.m1/2。Ti-6Al-4V(β-EiI)合金已應(yīng)用于波音777客機(jī)的安定面連接接頭和FA-22飛機(jī)的機(jī)體。
Ti-6-22-22S(Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.2Si)合金是由美國(guó)RMI公司研制的一種航空用α-β型鈦合金。該合金的主要優(yōu)點(diǎn)為：具有良好的強(qiáng)韌性匹配，經(jīng)熱處理后合金的σb≥1035MPa，KIC≥77MPa·m1/2；深淬透性(斷面直徑可達(dá)100mm)；極好的超塑性成型性能。該合金已作為F-22戰(zhàn)斗機(jī)、教練機(jī)及聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)用材料。
TC21(Ti-Al-Mo-Sn-Zr-Cr-Si-X系)是西北有色金屬研究院研制的一種新型兩相高強(qiáng)、高韌、高損傷容限型鈦合會(huì)L1，具有優(yōu)良的強(qiáng)度、塑性、韌性和低的裂紋擴(kuò)展速率匹配。該合金已經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室、中試及工業(yè)規(guī)模3個(gè)周期的深入研究。實(shí)驗(yàn)表明，該合金的φ20mm棒材經(jīng)過(guò)(Tβ=20～50℃)×1hAC+600℃×4hAC的固溶、時(shí)效處理后，其組織是由等軸α和網(wǎng)籃組織共同構(gòu)成的雙態(tài)組織，σb≥l105MPa、σ0.2≥1000MPa、δ≥15%、φ≥43%，具有良好的綜合性能。
隨著我國(guó)航空系統(tǒng)損傷容限設(shè)計(jì)技術(shù)的迅速普及，對(duì)高損傷容限鈦合金的需求將日益迫切。同時(shí)，需深入研究鈦合金損傷容限性能機(jī)理以及完善對(duì)損傷容限性能的表征與評(píng)價(jià)技術(shù)。
1.3.4 阻燃鈦合金
為了避免鈦燃燒并滿足高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，各國(guó)開(kāi)展了對(duì)阻燃鈦合金的研制。阻燃鈦合金主要有兩個(gè)合金系：Ti-V-Cr系，如美國(guó)的AlloyC；Ti-Al-Cu系，如俄羅斯的BTT-1、我國(guó)的Ti-40。表6為兩種典型阻燃鈦合金的性能。
AlloyC(Ti-35V-15Cr)是美國(guó)研制的一種β型鈦合金，是目前工業(yè)用β鈦合金鉬當(dāng)量最高的合金。該合金產(chǎn)品已應(yīng)用于F119的尾噴管和加力燃燒室。
BTT-1和BTT-3為俄羅斯研制的阻燃鈦合金，均為Ti-Cu-Al系合金(具體成分未見(jiàn)公布)。BTT-1合金具有良好的熱加工性能，可制成形狀復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)零件，如壓氣機(jī)機(jī)匣和葉片等，工作溫度可達(dá)450℃，其典型零件已在試車臺(tái)上通過(guò)試驗(yàn)。BTT-3合金的工藝塑性優(yōu)于BTT-1的，阻燃性能也得到了顯著提高，適合于軋制板材和箔材。
Ti-40(Ti-25V-15Cr-0.4Si)合金是西北有色金屬研究院研制的一種新型全β型阻燃鈦合金，室溫下只有β相存在。該合金具有良好的機(jī)械性能和優(yōu)良的阻燃性能，其阻燃性能與美國(guó)的AlloyC合金相當(dāng)。該合金的主要缺點(diǎn)是熱加工困難，不能像常規(guī)鈦合金一樣自由鍛造，否則將極易開(kāi)裂。
目前，除美國(guó)和俄羅斯的部分典型阻燃鈦合金得到了實(shí)際應(yīng)用外，其他各國(guó)對(duì)阻燃鈦合金的研究仍處于研究階段。
阻燃鈦合金的類型較少、成本較高以及對(duì)阻燃性能評(píng)價(jià)方法的不統(tǒng)一都阻礙了阻燃鈦合金的發(fā)展。與Ti-V-Cr系阻燃鈦合金相比，Ti-Cu-Al系阻燃鈦合金的綜合力學(xué)性能較差，工作溫度也較低。對(duì)如何進(jìn)一步提高該系合金的力學(xué)性能需進(jìn)行更深入的研究。Ti-V-Cr系阻燃鈦合金含有大量貴金屬元素V，導(dǎo)致成本較高，限制了其應(yīng)用。國(guó)內(nèi)已有學(xué)者采用價(jià)格較低的Mo部分替代V進(jìn)行了一定嘗試的研究。
2、鈦加工材在我國(guó)航空工業(yè)中的應(yīng)用
2.1應(yīng)用現(xiàn)狀
我國(guó)航空領(lǐng)域的鈦材需求量在世界航空領(lǐng)域的鈦材需求量中所占的比例很小，在我國(guó)鈦材總需求量中所占的比例也一直處于低位。2006年航空領(lǐng)域鈦材需70%。我國(guó)航空領(lǐng)域鈦材需求量在總需求量所占比例偏低的主要原因有3條：其一，我國(guó)的民用干線飛機(jī)都是從國(guó)外購(gòu)買；其二，一些新型軍用飛機(jī)尚未批量生產(chǎn)；其三，已批量生產(chǎn)的軍用飛機(jī)的鈦用量不高，一般情況下，機(jī)體小于等于5，發(fā)動(dòng)機(jī)小于等于20%(所占結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
中國(guó)大飛機(jī)、航天空間站、嫦娥計(jì)劃都會(huì)大量使用鈦材。尤其是大飛機(jī)項(xiàng)目，鈦材的應(yīng)用量將逐步增大。盡管我國(guó)鈦工業(yè)在近幾年里取得了長(zhǎng)足發(fā)展，基本上滿足了國(guó)內(nèi)各項(xiàng)建設(shè)的需要，但客觀地說(shuō)，我國(guó)鈦工業(yè)還不能立即完全滿足航空工業(yè)大發(fā)展對(duì)鈦材的各種需求。因此，我國(guó)大飛機(jī)項(xiàng)目的啟動(dòng)對(duì)我國(guó)鈦工業(yè)來(lái)說(shuō)既是機(jī)遇，更是挑戰(zhàn)。
從20世紀(jì)50年代至80年代，國(guó)際上發(fā)展鈦合金的主要方向是不斷提高性能以滿足工業(yè)發(fā)展需要，特別是軍用飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量的需要，即所謂的“斤斤計(jì)較”甚至“克克計(jì)較”。雖然我國(guó)在高性能鈦合金的研究方面取得了一些成就，但是與國(guó)外相比，在高阻燃性能鈦合金、高耐熱性能鈦合金和高強(qiáng)度的β和β型鈦合金等方面仍存在較大差距。而20世紀(jì)90年代蘇聯(lián)解體后，雖然美英發(fā)展高性能鈦合金的努力仍在繼續(xù)，但是勢(shì)頭已有所減緩，降低成本的呼聲越來(lái)越高，從“斤斤計(jì)較”轉(zhuǎn)為“元元計(jì)較”的氣氛越來(lái)越濃。
2.2我國(guó)航空鈦合金新世紀(jì)面臨的挑戰(zhàn)
高用量：與國(guó)外相比，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦用量存在的差距比飛機(jī)機(jī)體的要小得多，但要把航空發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦用量進(jìn)一步提高至30%左右，其難度仍相當(dāng)大。
高性能：與其它航空結(jié)構(gòu)材料一樣，高性能是要求其具有高性能的同時(shí)又具有良好的性能匹配，即必須綜合考慮其力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能、工藝性能和缺陷的可控性。我國(guó)在航空用高性能鈦合金方面的研究與國(guó)外鈦合金高性能方面的發(fā)展水平相比還存在一定的差距。
低成本：國(guó)外在降低成本方面雖然取得了一些成就，但仍有許多領(lǐng)域有待研究和開(kāi)發(fā)。以阻燃鈦合金為例，美國(guó)發(fā)明的AlloyC雖然具有優(yōu)良的阻燃特性和高溫力學(xué)性能，但由于它需要添加大量昂貴的V和較差的可鍛性而導(dǎo)致價(jià)格很高，因此只有在F119發(fā)動(dòng)機(jī)中正式應(yīng)用，其他發(fā)動(dòng)機(jī)均望而卻步。至于圍內(nèi)鈦合金產(chǎn)品在成本方面的問(wèn)題就更多了，由于管理和技術(shù)落后等原岡，產(chǎn)品價(jià)格在國(guó)際上競(jìng)爭(zhēng)力差，在國(guó)內(nèi)則不利于進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)朋。因此，必須認(rèn)真研討降低鈦產(chǎn)品成本的途徑，確定近、中、長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，確立可降低成本的科研、開(kāi)發(fā)和技改項(xiàng)目，從而促進(jìn)我國(guó)鈦資源的充分利用，推動(dòng)我國(guó)鈦產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。
3、結(jié)語(yǔ)
對(duì)現(xiàn)有高溫用鈦合金進(jìn)行成分調(diào)整或研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型高強(qiáng)韌鈦合金，研發(fā)新的使用溫度突破600℃的高溫鈦合金，降低鈦合金成本等將成為航空用鈦合金的研究及發(fā)展方向。大力開(kāi)展計(jì)算機(jī)模擬和控制鈦合金工藝、組織、性能的研究是我同鈦合金領(lǐng)域提高質(zhì)量和降低成本的根本措施。此外，嘗試用價(jià)格較低的合金元素取代較昂貴的金屬元素或改善加工工藝以降低鈦合金成本，進(jìn)一步擴(kuò)大其使用范圍。一方面我們要奮起趕超國(guó)際高性能鈦合金的先進(jìn)水平，另一方面應(yīng)認(rèn)真研討降低鈦產(chǎn)品成本的途徑，確立相應(yīng)的科研、開(kāi)發(fā)和技改項(xiàng)目，從而促進(jìn)我國(guó)鈦資源的充分利用，推動(dòng)我國(guó)鈦產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。
相關(guān)鏈接
