1、 国内外 Ti-6Al-4V 钛合金发展

钛合金有高强度这一特点，是当代先进飞行器、航空发动机以及深海载人 潜器的主要结构材料之一，钛合金的实际应用程度也成为一个国家飞行、航行 器先进与否的标志。Ti-6Al-4V 是钛合金家族中被最早产出的钛合金，也是众多钛合金之中被最广泛使用、冶炼技术最为成熟的（α + β）两相钛合金，成分包括百分之四的钒元素以及百分之六的元素铝元素，都是稳定的元素，这使其与其他合金相比更加稳定。钛合金在各国的发展已有近四十年的历史，并且形成 了各自的牌号。如美国的牌号有 UNSR、AMS、 ASTM、T8191 等，英国的牌 号为 TA、DTD、TMI。欧洲的牌号是 Ti-P、TiP，俄罗斯为 BT，法国的是 TA， 中国的钛合金牌号则是 TC4。但是不论在哪个国家，像这样普通的 Ti-6Al-4V 钛合金成分有一些共同的特点，即与 Ti 组成合金的元素可选范围较广，同时合 金之中所允许含有杂质的比例较高；不仅如此，这种钛合金的抗拉抗压强度都 很大，一般位于 00MPa~1000MPa 之间，延伸率在百分之四到十六之间，具体 的数值将会随杂质的含量、加工工艺、以及产品规格而发生波动。例如钛合金典型的断裂韧性值Kic在退火态下一般为 55MPa√m，但是当其处于双态组织时， 断裂韧性值可能达到 65 MPa√m。普通合金拥有较高的冶金缺陷，从而导致的Ti-6Al-4V 合金会含有较高的杂质含量，这会使其使用寿命变短且韧性较低。近几年，欧美发达国家研制出一种超低间隙 Ti-6Al-4V（ELI），它拥有杂质较少 的特点，因此可满足大多数工况要求。从下表可看出普通 Ti-6Al-4V 合金与超 低间隙 Ti-6Al-4V 合金的区别，各个国家也形成了自己的超低间隙钛合金牌号， 英国的超低间隙钛合金牌号有 M139ELI，美国的牌号为 AMS430、ASTMF458， 中国有自主研制出的 TC4-DT。95177

2、 国内外钛合金在实际工程应用的发展与研究

Ti-6Al-4V 钛合金是应用最为广泛的一种钛合金，各国科学家对它的研究已 有将近 40 年的历史。在所有钛合金的应用中，Ti-6Al-4V 钛合金要占到一半以 上，是用量最大的钛合金。Ti-6Al-4V 钛合金在经过热处理之后，能够在很大的 范围内控制其性能，所以其应用领域被不断扩展。在各个领域之中，航空工业 部门是最早且最多使用钛合金作为材料的部门。大多数钛合金被应用在飞机的 机身、机翼和各种承重构建上以及叶片等承受较大应力的部件上。例如美国的 主力战机 F22、外贸版战机 F-35 包括舰载机 F/A-18，使用的钛合金结构框架都 是使用比较成熟的钛合金制成的，Ti-6Al-4V 钛合金的用量几乎占到飞机结构总 重量的 36%，而 F22 的的机身框架（重达 1590KG）是世界上最大的钛合金锻 件。随着时代的发展，陆地资源的匮乏，而海洋拥有丰富的矿产资源，人类探 索的步伐已经从陆地转向深海，钛合金越来越多的被用到深海载人潜器。耐压 壳体材料的选择，关系到一种潜水器是否拥有可靠的结构气密性和先进性，目前世界上主流的耐压壳体制作材料有高强度钢、钛合金、高强度铝合金、复合 材料、陶瓷材料以及透明玻璃。当潜水器结构已定时，必须要考虑使用高比强 度的材料，经过比较可发现在相同体积的情况下，钛合金的重量较小（只有高 强度钢的百分之六十）而强度较大（拥有 1000MPa 以上的强度）。同时钛合金 低磁性、表面易产生坚固的纯态氧化膜耐化学腐蚀的特点，决定了其在壳体制 作的优势地位。下表 1-1 中列出不同材料的性能对比，从而可以发现使用钛合 金作为深海潜器以及潜艇的耐压壳体的可行性。

图 1-2 飞机的钛合金结构框架