我国航空用变形钛合金材料.pdf

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1、第 31 卷第 8 期2012 年 8 月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.31No.8Aug.2012收稿日期:2011 06 10第一作者:张利军，男，1981 年生，工程师我国航空用变形钛合金材料张利军1，薛祥义1，2，常辉1，2(1 西安超晶科技发展有限责任公司，陕西 西安 710016)(2 西北工业大学 凝固技术国家重点实验室，陕西 西安 710072)张利军摘要:钛合金材料作为一种 20 世纪中叶出现并发展起来的新兴结构材料，因其具有优异的耐腐蚀性、高的比强度以及无磁性等一系列独特的优点，在航空航天等高端工业部门获得了广泛应用，目前飞机机体结构中的隔框、大梁、起落

2、架以及航空发动机压气机匣、轮盘、叶片等承力部件大量使用钛合金材料制造。在上世纪 60 年代，美国、英国、前苏联等工业发达国家就已经在飞机及航空发动机制造中大量使用钛合金材料。我国钛合金材料在航空工业中的应用起步较晚，上世纪 80 年代开始才陆续在飞机及航空发动机制造中少量使用钛合金材料，但是进入 21 世纪之后，我国航空工业钛合金材料的应用水平大幅度提升。对我国目前已经进入工业化生产并在航空工业中获得工程化应用的变形钛合金材料进行了系统阐述。关键词:钛合金;航空;飞机;温度中图法分类号:TG146.4文献标识码:A文章编号:1674 3962(2012)08 0040 07Deformatio

3、n of Titanium Alloy Materials forChina AircraftZHANG Lijun1，XUE Xiangyi1，2，CHANG Hui1，2(1 Xian Super Crystal Sci Tech Development Co.，Ltd.，Xian 710016，China)(2 State Key Laboratory of Solidification Processing，Northwestern Polytechnical University，Xian 710072，China)Abstract:Titanium alloy appears as

4、 a mid-twentieth century，and developed new structural materials，because of its ex-cellent corrosion resistance，high specific strength and non-magnetic and a series of unique advantages，such as high-endin the aerospace industry access to a wide range of applications，the current structure of the airfr

5、ame bulkheads，beams，landing gear and the aircraft engine compressor tray，roulette，blades and other parts of extensive use of titanium bearingmaterials 60s in the last century，the United States，Britain，the former Soviet Union and other industrialized countrieshas been in the manufacture of aircraft a

6、nd aero-engine heavy use of titanium material Titanium alloy material of the ap-plication in the aviation industry started late 80s until the last century，one after another in the manufacture of aircraft andaircraft engines use a small amount of titanium alloy materials，but the 21st century，Chinas a

7、viation industry applicationlevel of a large titanium alloy Rate increase，this article in China has entered the industrial production of and access to en-gineering applications in the aviation industry formulation of deformation of titanium alloy materialsKey words:titanium alloy;aviation;aeroplane;

8、temperature1前言材料科学与工程是现代科学技术的重要领域，航空材料则处于材料科学与工程最富有挑战性的研究前沿，是决定航空产品技术水平和发展的关键因素之一。航空产品设计和制造的先进性很大程度上取决于航空材料的水平，因此航空材料是发展航空技术的物质基础和先导1。钛及钛合金具有比强度高、抗腐蚀性好、耐高温等一系列突出优点，能够进行各种方式的零件成形、焊接和机械加工，50 多年来，航空科研和生产发展与钛合金的推广应用有着紧密的联系。早在上世纪 50 年代初期，有一些军用飞机上就开始用工业纯钛制造后机身隔热板、机尾罩、减速板等受力不大的结构件。上世纪60 年代开始，钛合金在飞机上的应用逐步扩大

9、到承力第 8 期张利军等:我国航空用变形钛合金材料隔框、梁等主要受力结构件，同时航空发动机压气机部分大量开始采用钛合金2。美国在上世纪 70 年代的军用战斗机上，钛合金的用量就已经达到结构重量的四分之一了。目前，钛合金已经发展成为现代航空工业设计与生产中广有前途的金属结构材料，目前对于飞机的先进程度以钛合金的使用量来划分。1978 年在原国家计委和国防科工委的要求下，我国原第三机械工业部(现中国航空工业集团公司前身)、冶金工业部等单位组成了航空材料赴英考察组赶赴英国进行了为期一个半月的考察工作。其中航空材料赴英考察组钛合金分组参观了国际航空博览会，并先后考察了英国宇航公司的 6 个飞机厂、英国

10、罗罗公司的 3 个航空发动机厂、英国帝国金属公司钛分公司的冶炼厂和锻造厂以及英国皇家航空研究院等单位。通过这次考察学习，我国航空界人士才真正认识到钛合金在航空工业中的重要程度以及我们国家航空材料与西方发达国家的差距。当时我们国家航空工业主要生产机种为 J6 飞机和 WP6 航空发动机，钛合金在飞机及航空发动机中的工程应用几乎为零。为此考察组上书国家计委、国防科工委和三机部，要求解决钛合金加工工艺和质量方面的关键技术以及编制钛合金产品相关技术标准，以加快我国航空工业用钛的发展，同时推动我国航空工业现代化的发展3。在此种背景条件下，我国原冶金部抚顺特钢厂、宝鸡有色金属加工厂等单位开展了工业规模钛合

11、金研制生产，航空工业部 621 所、148 厂、3007 厂等单位开展了钛合金锻件的研制生产，其中航空 148 厂于 1984 年为美国波音公司成功研制生产出了 B747 飞机用大型 TC4 钛合金模锻件，1985 年该厂被正式批准为波音钛锻件合格供应商。上世纪 80 年代，我国 WP13 等航空发动机开始大量使用钛合金制造压气机盘、叶片、机匣等部件，同时 J7、J8 等改型飞机开始使用 TC4、TB5、TB6等钛合金零部件。上世纪 90 年代至今，随着我国新一代涡扇航空发动机和第 3 代战斗机的研制生产，钛合金在我国航空工业中的应用得到了快速发展，例如其中 J11系列飞机用钛占整个机体结构的

12、 18%左右。在这期间为了适应航空工业用钛需要，逐步形成了我国航空钛合金系列标准，包括国家标准、航空工业标准、国家军用标、型号标准、企业标准等。本文结合 GB/T 3620.1 2007钛及钛合金牌号和化学成分、GB/T 2965 2007钛及钛合金棒材、GJB2218 1994航空用钛及钛合金棒材和锻坯规范、GJB2744A 2007航空用钛及钛合金锻件规范、11 CL 045C TA15 钛合金棒材、航空材料手册 等文献资料，对目前我国航空工业使用的主要变形钛合金材料进行了汇总分类，并对其成分、发明情况、使用特性进行了简要介绍。表 1 列出了我国航空用主要变形钛合金材料，并对每种材料逐一扼

13、要介绍。表 1我国航空用主要变形钛合金材料Table 1Deformation Titanium Alloys of China Aviation IndustryNOTrademarkChemical CompositionInvented CountryTypeWork Temperature/RmLevel/MPa1TA7Ti-5Al-2.5SnUSSR5007852TA13Ti-2.5CuUK3506103TC1Ti-2Al-1.5MnUSSRNear 3505904TC2Ti-4Al-1.5MnUSSRNear 3506855TA11Ti-8Al-1Mo-1VUSNear 50089

14、56TA12Ti-5.5Al-4Sn-2Zr-1Mo-1Nb-0.25SiUKNear 5509807TA15Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1VUSSRNear 5009308TA18Ti-3Al-2.5VUSNear 3206209TA19Ti-6Al-2Sn-4Zr-2MoUSNear 50093010TC4Ti-6Al-4VUS+40089511TC6Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3SiUSSR+45098012TC11Ti-6.5Al-3.5Mo 1.5Zr-0.3SiUSSR+5001 03013TC16Ti-3Al-5Mo-4.5VUSSR+3501 0

15、3014TC17Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4CrUS+4301 12015TC18Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1FeUSSR+4001 08016TC21Ti-6Al-2Mo-1.5Cr-2Zr-2Sn-2NbCHINA+4501 10017TC25Ti-6.5Al-2Mo-1Zr-1Sn-1W-0.2SiUSSR+55098018TB3Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5AlCHINA3001 10019TB6Ti-10V-2Fe-3AlUSNear 3201 10520TB8Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2SiUS5001 25014中国材料进展第 31 卷2

16、我国航空用变形钛合金2.1 型钛合金2.1.1TA7 钛合金合金名义成分为 Ti-5Al-2.5Sn，该合金是前苏联1957 年研制的 BT5-1 钛合金，主要用于 500 以下工作的航空发动机机匣等零件2。我国于 1965 年仿制，命名为 TA7，用于制造涡喷 13 发动机前机匣壳体，封严圈壳体、环件和模锻件转接座等1，目前该合金在我国的多种型号航空发动机环形零件制造中获得了大量应用。该合金 稳定元素含量为零，中性元素 Sn2.5%，主要靠Al 固溶强化 相，+/转变温度1 040 1 090，不能热处理强化，通常在退火状态下使用，在室温和高温下具有良好的断裂韧性，焊接性能良好，但工艺塑性较

17、差。长期工作温度可达 500，短时工作温度可达 800，室温抗拉强度785 MPa，大量用于制造航空发动机环轧件，目前也用于航空钛合金铸件的生产。2.1.2TA13 钛合金合金名义成分为 Ti-2.5Cu，该合金是英国研制的IMI230 钛合金，我国上世纪 70 年代从英国引进了斯贝航空发动机(MK202)全套生产技术，随着斯贝航空发动机的国产化，宝鸡有色金属加工厂等相关单位开展了IMI230 钛合金的仿制，命名为 TA13。该合金最初一直在退火状态下使用，后来发现，该合金在淬火状态下具有非常好的塑性，可以进行各种复杂板材的零件冷加工成形，然后在时效过程中析出弥散的 Ti2Cu 金属化合物颗粒

18、使强度提高大约 25%2。所以该合金是目前唯一能够热处理强化的 型钛合金，+/转变温度895 10，合金具有良好的工艺塑性、焊接性能、热稳定性，一般在退火状态下使用，室温抗拉强度610 MPa，长期工作温度可达 350 ，我国已经使用该合金成功制造了航空发动机燃烧室外引射机匣、后锥体、排气收集器加强带、加强圈、支撑圈等1。2.2近 型合金2.2.1TC1 钛合金合金名义成分为 Ti-2Al-1.5Mn，该合金是前苏联研制的 OT4-1 钛合金，我国于上世纪 60 年代开始仿制生产，后命名为 TC12。该合金是 1 种中等强度、高塑性的近 型合金，+/转变温度 920 930，具有良好的热稳定性

19、、焊接性能及工艺塑性，长期工作温度可达 350，室温抗拉强度590 MPa。大量用于飞机及航空发动机钣金冲压件的生产。由于该合金中的 Mn 元素在真空熔炼状态下熔炼时容易挥发，所以该合金熔炼时一般在充氩状态下进行1。2.2.2TC2 钛合金合金名义成分为 Ti-4Al-1.5Mn，该合金是前苏联研制的 OT4 钛合金，我国于上世纪 60 年代初期开始仿制，后命名为 TC22。该合金是 1 种低强度、高塑性的近 型合金，+/转变温度 940 20，具有良好的热稳定性、焊接性能及工艺塑性，长期工作温度可达 350，短时使用温度为 750，室温抗拉强度685 MPa。目前广泛用于制造飞机结构和航空发

20、动机的各种板材冲压成形零件及蒙皮。由于该合金中的 Mn 元素在真空熔炼状态下熔炼时容易挥发，所以该合金熔炼时和 TC1 钛合金一样在充氩状态下进行1。2.2.3TA11 钛合金合金名义成分 Ti-8Al-1Mo-1V，该合金是美国上世纪发明，具有较高的弹性模量和较低的密度，是目前比刚度最高的工业钛合金。合金 +/转变温度 1 040 左右，长期工作温度可达 450，双重退火状态下室温抗拉强度895 MPa。主要用于制造航空发动机高压压气机盘、压气机叶片、压气机机匣等1。我国大量使用该合金制造航空发动机转子叶片，该合金对氯化物应力腐蚀较敏感。2.2.4TA12 钛合金相近牌号英国 IMI829(

21、Ti55)，合金名义成分 Ti-5.5Al-4Sn-2Zr-1Mo-1Nb-0.25Si，该合金长期工作温度可达 550，用于制造航空发动机压气机盘、鼓筒、叶片等。该合金具有良好的塑性，适合于各种压力加工成形。我国使用该合金制造的涡喷发动机鼓筒、高压压气机盘、转子叶片等都已经通过了长期试车。合金 +/转变温度 1 005 左右，一般在双重或三重退火状态下使用，室温抗拉强度950 MPa1。2.2.5TA15 钛合金合金名义成分 Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，该合金是前苏联上个世纪 60 年代初研制成功的 BT20 近 型钛合金。我国上个世纪 90 年代从俄罗斯引进了 Su-27 飞机

22、生产线，为了满足 Su-27 飞机的国产化需求，国内相关单位随即开展了 BT20 钛合金的国产化工作，我国仿制后命名为 TA15 钛合金，该合金制造的结构件占是 Su-27 飞机整机结构的 15%以上，该合金兼有 型合金及 +两相钛合金的优点，具有中等的室温和高温强度、良好的热稳定性、焊接性能，工艺塑性良好4。该合金长时间(3 000 h)工作温度可达 500，450 工作时寿命可达 6 000 h。合金 +/转变温度 1 020 30，退火状态下室温抗拉强度930 MPa1。目前主要用于制造飞机和航空发动机主要承力结构件，尤其是焊接件。2.2.6TA18 钛合金合金名义成分 Ti-3Al-2

23、.5V，该合金是美国上个世24第 8 期张利军等:我国航空用变形钛合金材料纪发明的近 型钛合金。我国上个世纪 80 年代开始仿制，后命名为 TA18 钛合金。该合金具有良好的冷成形性能和焊接性能，主要用于制造飞机和航空发动机各种燃油、液压 管 件，合 金 +/转 变 温 度 925 10，一般在退火状态下使用，最高工作温度约为315，室温抗拉强度620 MPa1。2.2.7TA19 钛合金合金名义成分 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo，该合金是美国20 世纪 60 年代为了满足改善钛合金高温性能的需要，特别是为了满足喷气航空发动机使用要求而研制的 1 种近 型钛合金。合金 +/转变温度 9

24、90 10，合金最高使用温度 540，长期工作温度 540，双重或三重退火状态下使用，室温抗拉强度930 MPa1。特点是具有强度、蠕变强度、韧性和热稳定性能的良好结合，并具有良好的焊接性能，主要用于制造燃气涡轮发动机零件，发动机结构板材零件，飞机热端零件5。目前国外大量使用 Ti6242 合金制造航空发动机的转动部件。如普惠公司制造的 JT9D 及 2037 发动机是用Ti6242 合金制造发动机的压气机盘和转子叶片，通用电子公司的 CF6-5、CF6-80 等发动机的压气机盘和转子叶片也使用了 Ti6242 合金6 7。我国上个世纪 90 年代开始仿制，后命名为 TA19，我国用于制造航空

25、发动机机匣等零件。该合金也可应用于铸件的生产，其铸造牌号为 ZTC6 钛合金。2.3+型双相钛合金2.3.1TC4 钛合金合金名义成分为 Ti-6Al-4V，该合金最初由美国在1954 年首先研制成功，目前已经发展成为 1 种国际性的钛合金，是目前人们对其研究最为全面、最为深入的钛合金。在航空、航天、民用等工业中得到了广泛应用。我国牌号 TC4，该具有优异的综合力学性能，已经广泛用于制造飞机结构中的梁、框、起落架，航空发动机风扇、压气机盘、机匣、叶片等，同时也大量用于其它各工业行业中，目前占钛合金产量的一半以上8。该合金具有良好的工艺塑性和超塑性，合金 +/转变温度980 1 010，长期工作

26、温度可达400，一般在退火或固溶时效状态下使用，室温抗拉强度895 MPa。我国目前广泛用于制造飞机主要承力结构件和航空发动机风扇盘、压气机盘、叶片等。TC4 合金中的间隙杂质虽然能提高合金的强度，但是这种杂质不仅严重降低合金的塑性和断裂韧性，而且会加快疲劳裂纹扩展速率，并使其他一些重要性能，如热稳定性、蠕变抗力、缺口敏感性等变坏，所以近年来国内外为了适应飞机结构设计所需的损伤 容限要求，研制生产出了高纯度的 Ti-6Al-4V(ELI)合金，其 O 含量小于 0.13%，C 含量小于 0.08%，适宜于低温或要求高的断裂韧性时使用。2.3.2TC6 钛合金该合金是前苏联研制的 BT3-1 钛

27、合金，合金名义成分为 Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，目前在俄罗斯得到广泛应用。该合金是 1 种综合性能良好的马氏体型+型双相钛合金，一般在退火状态下使用，也可进行适当的热处理强化。具有较高的室温强度，室温抗拉强度980 MPa。具有良好的热强性能，可长时间在 400 450 温度下工作，合金+/转变温度960 1 000，该合金具有良好的热加工性能。目前主要用于制造航空发动机压气机盘和叶片等，也用于制造中等强度的飞机主要承力结构件等，如隔框、接头等1。2.3.3TC11 钛合金该合金是前苏联 1958 年开始研制、1966 年研制成功的用于 500 的 BT9

28、热强钛合金，合金名义成分为Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si，我国于上世纪 70 年代末80 年代初开始仿制，后命名为 TC11 钛合金。TC11 是 1种综合性能良好的中 +型钛合金，在 500 以下有优异的热强性能(高温强度、蠕变抗力等)，并具有较高的室温强度。该合金具有良好的热加工工艺性，合金+/转变温度 1 000 20。该合金常用于制造航空发动机压气机盘、叶片、鼓筒等零件，也用于制造飞机结构件。TC11 合金通过 +区热加工和 +热处理，获得最高长期工作温度为 500，室温下其强度1 030 MPa。通过近 锻造工艺生产的 TC11 压气机盘锻件长期工作温度可达 5

29、20 9。该合金是我国目前使用范围最广、使用量最大、技术最为成熟的热强钛合金，目前几乎所有型号的航空发动机都有应用。2.3.4TC16 钛合金合金名义成分 Ti-3Al-5Mo-4.5V，该合金是前苏联上个世纪研制的 BT16 马氏体型 +型双相钛合金。我国上个世纪 90 年代从俄罗斯引进了 Su-27 飞机生产线，为了满足 Su-27 飞机的国产化需求，国内相关单位随即开展了 BT16 钛合金的国产化工作，我国仿制后命名为TC16 钛合金。该合金主要用于制造工作温度 350 以下条件下工作的航空标准件，合金 +/转变温度860 20，该合金退火状态下强度中等，但塑性非常好，可以像 型钛合金一

30、样冷镦成形制造螺栓、铆钉等标准件。强化热处理后可获得高的强度，室温强度1 030 MPa。我国在新型飞机上已经开始使用 TC16 钛合金制造的螺栓、铆钉。2.3.5TC17 钛合金合金名义成分 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，该合金是上34中国材料进展第 31 卷个世纪 70 年代美国通用电气公司以提高综合性能为目的而发展起来的 1 种高强度、高韧性和高淬透性的近 型变形钛合金，我国从“七五”期间开始仿制，国产牌号 TC17。合金最高工作温度 427，室温下其抗拉强度1 120 MPa1，10。我国目前使用该合金制造航空发动机风扇盘、压气机盘等。2.3.6TC18 钛合金合金名义

31、成分为 Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，该合金是前苏联航空材料研究院于上世纪 70 年代中期研制成功的1 种高合金化、高强度近 型合金，俄罗斯牌号 BT22，该合金具有高强、高韧、高淬透性，故称“三高”钛合金，退火状态下强度极限可达 1 080 MPa，强化热处理状态下可达 1 200 MPa 或更高，具有满意的延伸率、断面收缩率和冲击韧性。根据不同性能和用途分为 3 种不同等级:Rm1 078 MPa，KIC70 MPam1/2;Rm1 127 MPa，KIC65 MPam1/2;Rm1 176 MPa，KIC53 MPam1/2。在伊尔 76、伊尔 86、伊尔 96、及图204

32、、安 124 等 飞 机 上 大 量 制 造 承 力 框 及 起 落 架 部件11 12。随着我国军机型号的不断发展及大型运输机研制的开展13，我国开始仿制该合金，我国仿制后命名为 TC18(2007 版 GB/T3620.1 2007)。2.3.7TC21 钛合金TC21 钛合金是西北有色金属研究院、北京航空材料研究院等单位联合研制的具有我国自主知识产权的第1 个高强高韧损伤容限钛合金，合金名义成分 Ti-6Al-2Mo-1.5Cr-2Zr-2Sn-2Nb。该合金目前用于制造飞机重要结构件14。目前使用状态下 Rm1 100 MPa，KIC70 MPam1/2。该合金已经在我国第 3 代先进

33、飞机上获得了工程化应用。2.3.8TC25 钛合金TC25 钛合金是我国近年来在仿制某型航空发动机过程中仿制的俄罗斯 BT25 钛合金，BT25 是前苏联1971年研制的马氏体型的 +两相热强钛合金，合金里添加了高熔点的 Mo，W 大大提高了合金的热强性和耐热性，也提高了合金的工作寿命，BT25 合金在常温、高温下均具有优异的力学性能，其使用温度可达 550，合金名义成分 Ti-6.5Al-2Mo-1Zr-1Sn-1W-0.2Si。BT25 合金可 在 适 当 的 热 变 形 条 件、热 处 理 制 度 下(950 970，1 h，空冷+530 570，6 h，空冷)可获得较为理想的综合性能。

34、作为马氏体型 +两相钛合金，BT25 合金较该系列其它热强合金的突出优点是其工作使用温度 500 550，在 500 以下工作时间达 6 000 h，在 550 工作时间达 3 000 h，因此被推荐用于制造高压压气机零件(主要是压气机盘)。BT25 合金制造的半成品有锻件、模锻件、棒材和其他形式的半成品15 18。2.4 及近 钛合金2.4.1TB3 钛合金TB3 钛合金是 1 种可热处理强化的亚稳定 型钛合金，合金名义成分为 Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al。该合金的主要优点是固溶处理状态具有优异的冷成形性能，其冷镦比(Dt/D0)可达 2.8，固溶+时效制度处理后可获得高的强度，

35、主要用于制造使用温度低于 300 的 1 100MPa 级以上高强度航空航天紧固件1。2.4.2TB6 钛合金上世纪 50 年代的朝鲜战争，美国飞机在战场被击落击伤近 1 000 架，60 年代的越南战争，美国飞机的损失更加惨重，累计 4 000 多架。两次大的战争美国的财力损失很大，但大大促进了美国钛工业和钛加工技术的发展。美国在总结越南战争中飞机事故时发现，飞机机体结构常常出现一种低应力的断裂事故，即构件的工作应力低于材料的屈服强度而发生的脆性断裂事故。经材料和力学家的分析发现，构件内部常常存在一种宏观尺度裂纹。这种裂纹有可能是铸造、锻造、热处理，甚至机械加工产生的。因此，这种带有裂纹的构

36、件使用时的安全性、可靠性和寿命，当然不能用 Rm，Rp0.2，A，Z，ak来衡量了。而是应该用裂纹失稳扩展的抵抗能力来评价。如果材料的裂纹失稳扩展抵抗能力越好，那么使用越安全，或者说，即使构件中存在裂纹，照样可以使用而且不会造成断裂或者很快就断裂。把这个能力叫做断裂韧性，材料上称 K1C。20 世纪 70 年代的飞机设计者，已经考虑到提高飞机构件的结构效益和构件的寿命了。而 钛合金正好可满足这一点。可以在更高的强度水平上比 +两相钛合金具有更好的断裂韧性。在这种需求背景下，美国 Timet 公司于 1971 年研制生产了 Ti-1023 钛合金，该合金名义成分为 Ti-10V-2Fe-3Al，

37、常规使用状态下 Rm1 100 MPa，KIC60 MPam1/2，是迄今为止应用最为广泛的一种高强高韧近 型钛合金，是一种为适应损伤容限性设计原则而产生的高结构效益、高可靠性和低制造成本的变形钛合金，合金中以 Fe 和 V 为主要 稳定元素。已经应用于波音777 客机起落架主梁、A380 主起落架支撑等部件制造11。我国从 1986 年开始该合金材料的仿制及应用研究工作，仿制后命名为 TB6 钛合金。国内生产的 Ti-1023，早期用于生产歼八飞机 58 框腹鳍接头模锻件、用于歼七系列飞机减速板梁自由锻件和模锻件，在后期的 JH7 飞机中获得了大量应用。该合金的主要缺点就是 稳定元素偏析，该

38、缺点是我们国内至今未能完全解决的技术难点。44第 8 期张利军等:我国航空用变形钛合金材料2.4.3TB8 钛合金该合金是美国 Timet 公司于 1989 年针对美国国家航空航天飞机计划 NASP 对抗氧化金属及复合材料基体的需求而研制的 1 种亚稳定 型钛合金，美国牌号为21s，该 合 金 名 义 成 分 Ti-3Al-15Mo-2.7Nb-0.25Si。TB2，TB3，TB5，TB6 等 钛合金主要 稳定元素都采用 V，但由于 V 的抗氧化能力很差，所以这些 钛合金的使用温度一般都不超过 300。由于 21s 钛合金是针对 NASP 计划而研制的，要求合金要具有良好的抗氧化性能和高温性能

39、，所以 21s 合金设计时 稳定元素选用抗氧化性能良好的的高熔点 Mo 和 Nb。该合金不仅具有优异成形性、深淬透性、良好的抗腐蚀能力，还具有优异的高温抗氧化性能，可用于制作有温度要求的飞机结构件或发动机部件紧固件和液压管材等，还可用作金属基复合材料的基体、铸件等。该合金是飞机发动机舱附近导风罩类零件的理想材料，例如波音 777 飞机发动机舱导风罩选用该合金后产生了很好的效果20 23。我国在20 世纪90 年代初开始对 21s 钛合金进行国产化研究，材料已研制成功，该合金国内相对应的牌号为 TB8，主要产品型态为板材、棒材、锻件、带材，也可生产箔材、丝材、管材等。国内某型号飞机机身发动机风罩

40、零件上用 TB8 代替 1Cr18Ni9Ti 不锈钢，使飞机减重 14 kg，并提高了零件的抗腐蚀性、热稳定性。而采用该材料代替 30CrMnSiA 结构钢制造某机后，机身承力框上框段3 个锻件结构件的焊接组合件实现减重15%20%，大大提高了飞机的结构效益。航空航天标准件在其生产制造过程中要求材料具有良好的冷镦成形性能，且在其热处理后要获得足够高的强度。型钛合金由于在固溶状态下具有优异的冷成形性能，且其在随后时效处理状态下可获得很高的强度，所以大量应用于高品质航空航天标准件的生产制造。列入我国 航空材料手册 的用于制造航空标准件的 型钛合金主要有 TB2、TB3，这两种 型钛合金主要应用于

41、1 100 MPa 级标准件的制造。随着我国航空航天工业的迅速发展，新一代标准件要求其强度水平达 1 300MPa 级以上，所以研究和发展 1 300 MPa 级以上的 型钛合金材料及其加工工艺成为我国材料工程技术人员的当务之急。对于冷加工成形性能优异的 1 300 MPa 级超高强度 型钛合金，我国目前尚无十分成熟的合金可用，国外资料显示，21S 钛合金具有优异的冷加工成形性能及深的淬透性，热处理后可获得很高的强度。为此，我公司开展了超高强度紧固件用 TB8 合金棒丝材的研制生产及应用研究工作，目前已经研制生产出了 Rm1 300 MPa、A8%的 TB8 钛合金棒丝材及形成了全套冷热加工工

42、艺，并已经在航空航天标准件生产厂加工出了各种规格的超高强度航空航天标准件，满足了型号设计需求。3结语目前我国航空工业使用变形钛合金材料 90%以上是仿制前苏联、美国等工业发达国家，而且大多数是在航空发动机或飞机的仿制、技术借鉴或引进改进过程中被动进行的。虽然，我国很多材料研制单位从上世纪80 年代至今研制开发了很多自主知识产权的钛合金，但因为种种原因大多数未获得工程化应用，最终在实验室不了了之。所以，我们国家钛合金工业今后发展的方向应立足于产学研用一体化发展，开发合金应立足于工程应用，真正实现研有所用。参考文献References 1 The Editorial Committee ofChi

43、na Aeronautical Materials Hand-book(中国航空材料手册编委员)China Aeronautical Materi-als Handbook(航空材料手册)MBeiJing:China StandardPress，2002 2 Wang Jinyou(王金友)，Ge Zhiming(葛志明)Titanium Alloy forAerospace(航空用钛合金)M Shanghai:Shanghai Science andTechology Press，1985 3 The Seeing About Group of Aviation Materials to U

44、.K.TechnologyReports of Titanium Materials(赴英考察“钛合金”技术报告)R Third Machanical Industry Ministry，1978 4 Min Xinhua(闵新华)，Zhu Yipan(朱益潘)，Liou Jiansheng(刘金生)TA15 钛合金大规格棒材的锻造JRare MetalMaterials and Engineering(稀有金属材料与工程)，2008，37(Suppl.3):250 252 5 Fu Yanyan(付艳艳)，Song Yueqing(宋月清)，Xi Songxiao(惠松骁)，et al 航空

45、用钛合金的研究与应用进展 J Chinese Journalof Rare Metals(稀有金属)，2006，30(6):850 856 6 Wei Zhijian(魏志坚)，Jiang Ming(姜明)Ti6242 钛合金整体机匣大型异形环成形工艺研究 J Aviation and Aerospace(航空与航天)，1999(3):125 128 7 Shi Zhengming(史正敏)6242S 高温钛合金板材的组织特点 J China Titanium Industry(中国钛业)，2007，12(3):32 35 8 Zhang Yuan(张源)，Zhang Aili(张爱荔)，Li

46、 Huijuan(李惠娟)，et al TC4 钛合金的表面氧化及其对疲劳性能的影响 J Titanium Industry Progress(钛工业进展)，2010，27(1):25 27 9 Zhao Yongqing(赵永庆)，Xi Zhengping(奚正平)，Qu Henglei(曲恒磊)我国航空用钛合金材料研究现状JJoural ofAeronautical Metals(航 空 材 料 学 报)，2003，23(10):215219 10 Wang Xiaoying(王 晓 英)，Zhou Huajian(周 建 华)，PangKechang(庞克昌)，et alTC17 钛合金

47、盘轴等温精密锻件54中国材料进展第 31 卷J Rare Metal Materials and Engineering(稀有金属材料与工程)，2008，37(Suppl.3):227 229 11 Fu Yanyan(付艳艳)，Song Yueqing(宋月清)，Hui Songxiao(惠松骁)，et al航空用钛合金的研究与应用进展JChinese Journal of Rare Metals(稀有金属)，2006，30(6):850 856 12 Wei Shouyong(魏 寿 庸)，Wang Dingchun(王 鼎 春)，LeiJiafeng(雷家峰)，et al BT22 及其

48、改进型钛合金J ChinaTitanium Industry(中国钛业)，2007(3):21 27 13 Han Dong(韩栋)，Zhang Pengsheng(张鹏省)，Mao Xiao-nan(毛小南)，et al 两种典型热处理工艺对 TC18 钛合金组织性能的影响JTitanium Industry Progress(钛工业进展)，2009，26(6):19 21 14 Zhao Yongqing(赵永庆)，Qu Henglei(曲恒磊)，Chen Jun(陈军)损伤容限钛合金研究 J Rare Metal Materials andEngineering(稀有金属材料与工程)，2

49、008，37(Suppl.3):2629 15 Shi Xiaoyong(史小云)，Du Jianchao(杜建超)，Wang Weng-sheng(王文盛)，et al BT25 钛合金棒材的组织和性能研究 J Titanium Industry Progress(钛工业进展)，2009，26(2):28 3016 Yuan Shaochong(袁少冲)，Mao Xiaonan(毛小南)，ZhangPengsheng(张鹏省)，et al 热强钛合金 BT25 组织与性能JTitanium Industry Progress(钛工业进展)，2006，23(3):19 22 17 Yang H

50、uili(扬慧丽)，Wei Shouyong(魏寿庸)，He Shulin(何书林)，et al改进型 BT25y 钛合金热处理工艺对棒材组织性能的影响JChina Titanium Industry(中国钛业)，2007(3):36 38 18 Zhu Yipan(朱益潘)，Min Xinhua(闵新华)，Yu Weimei(于卫敏)，et al25 钛合金盘 锻盘件的组织与性能JRare Metal Materials and Engineering(稀有金属材料与工程)，2008，37(Suppl.3):46 48 19 Peng Yanping(彭艳萍)，Zeng Fanchang(曾