鈦合金在航天領(lǐng)域按照強(qiáng)度可分為低強(qiáng)度鈦合金?、中強(qiáng)度鈦合金、高強(qiáng)度鈦合金、超高強(qiáng)度鈦合金

   鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。中國于1956年開始鈦和鈦合金研究；60年代中期開始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料，比重、強(qiáng)度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比強(qiáng)度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上用作后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩、機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件。60年代開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。鈦合金在軍用飛機(jī)中的用量迅速增加，達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%～25%。

    飛機(jī)結(jié)構(gòu)鈦合金按抗拉強(qiáng)度這一特征要素可分為低強(qiáng)度鈦合金、中強(qiáng)度鈦合金、高強(qiáng)度鈦合金、超高強(qiáng)度鈦合金。低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鈦合金 抗拉強(qiáng)度<700MPa，如TA1（370MPa）、TA2（440MPa）、TA3（540MPa）、TA16（480～667MPa）、TA17（638～882MPa）、TA18（620MPa）、TA21、TC1（590MPa）、TC2、Ti31（637MPa）、ZTA5（480MPa）、TA5（TA5-A）（585MPa）、Ti70（700MPa）、ZTi60（590MPa）等合金，其共同的特點是低合金化、高塑性和高韌性，并具有高可焊性、可成型性和優(yōu)良的耐海水腐蝕性等，主要用來制造各種鈑金件、蒙皮、管材零件等。根據(jù)低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鈦合金在各應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用情況分析，確定低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鈦合金主干牌號有TA17（板材）、TC2（板材）、TA18（管材）、Ti31（板材、鍛件、鈦管）、Ti70（板材）、ZTi60（鑄件）等。中強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鈦合金 700MPa≤抗拉強(qiáng)度<1000MPa，主要有TC4、TC4-DT、TC6、TA15、Ti75（730MPa）、Ti80（880MPa）等，其主要特點是具有良好的綜合性能，既有較高的強(qiáng)度，又有足夠的塑性以及優(yōu)良的焊接性能，多用于制造承力構(gòu)件與厚板。經(jīng)分析，中強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鈦合金主干牌號有TA7（板材、鍛件）、TC4（鈦板、鍛件、絲材）、TA15（厚板、鍛件）、Ti75（鍛件）、Ti80（板材、鍛件）。高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鈦合金 1000MPa≤抗拉強(qiáng)度<1250MPa，主要有TB5、TB6、TB8、TC16、TC18、TC21等，主要用于制造強(qiáng)度要求高、代替鋼可達(dá)到高減重效果的承力結(jié)構(gòu)件、鈑金零件和緊固件等。經(jīng)綜合分析，高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鈦合金主干牌號確定為TC21（鍛件）、TC16（絲材）、TB6（鍛件）。

    鈦及鈦合金始終受到航天火箭技術(shù)裝備研制人員的關(guān)注。實際上沒有一種航天火箭是不使用鈦及鈦合金的。鈦合金在航天火箭中所占質(zhì)量為5％一30％。在“能源—暴風(fēng)雪”號、“和平—1”號、“進(jìn)步”號、“金星”號、“月球”號航天器中也得到非常廣泛的應(yīng)用。

　　在航天火箭技術(shù)裝備中采用的。合金和近α合金包括OT4、OT4—1、BT5—1、ПT3B。用OT4合金板材制造液體燃料火箭發(fā)動機(jī)的燃燒倉和“和平—1”號軌道站對接件，用OT4—1合金制造發(fā)動機(jī)吊架構(gòu)件、燃料箱、管接頭和托架等。 BT5－1和ПT3B合金用于制造容器－增壓系統(tǒng)蓄壓器和低溫液體儲存箱BT5—1合金用于制造液氫輸送泵葉輪。葉輪制造工藝為傳統(tǒng)冶金工序鑄錠—模鍛與顆粒冶金相結(jié)合。帶有葉片的蓋輪和厚度為3mm的主輪采用顆粒冶金方法制成，并在顆粒加壓燒結(jié)過程中以擴(kuò)散焊的方法與模鍛主輪焊合。靜力加載時，斷裂是發(fā)生在顆粒坯料上或模鍛件上的，這說明擴(kuò)散焊是很可靠的。“能源”號運載火箭葉輪的順利運行證明，該工藝具有很好的效果。

　　先進(jìn)航天火箭技術(shù)產(chǎn)品用的高脈沖推重比發(fā)動機(jī)的開發(fā)，要求采用低溫強(qiáng)度和塑性更高的鈦合金。為此俄羅斯“復(fù)合材料”股份公司金屬研究院正在進(jìn)行將BT6c合金用于這種項目的工藝測定工作循環(huán)。用這種合金制造了工作溫度可達(dá)-200℃的φ600mm的模鍛件、蓄壓器用的板材、承載托架和管接頭用的坯料。目前正在探索將該合金工作溫度降低到一253'C的途徑，其中之一是用顆粒冶金法制取零件。這種工藝可保證坯料各個部位都具有均勻的細(xì)晶組織，并使整個坯料的性能具有各向同性。用BT6c合金顆粒經(jīng)α＋β區(qū)熱等靜壓+一段焙燒后制取致密坯料，強(qiáng)度比BT5—1KT合金高100MPa，疲勞性能更高。

　　重要的問題是要研制和開發(fā)一種σb>800MPa、抗氧化溫度達(dá)850℃的新型近α合金，以取代不銹鋼大型焊接結(jié)構(gòu)。該合金將含有鉿和鈮，其特點是工藝塑性要高，在高達(dá)850'C的溫度下仍具有抗氧化性能，焊接時稍加保護(hù)即可，不需采用具有保護(hù)氣氛的載人太空倉式的昂貴焊接設(shè)備。除此而外，合金的焊接接頭不需要退火消除殘余應(yīng)力。

　　在航天火箭中應(yīng)用最廣的鈦合金是兩相合金B(yǎng)T6c、BTl4、BT3—1、BT23、BTl6、BT9(BT8)，這些合金主要在熱處理強(qiáng)化狀態(tài)下使用。退火狀態(tài)BT6c合金可應(yīng)用于蓄壓器中，但該合金大多應(yīng)用在σb＝1050MPa—1100MPa的熱處理強(qiáng)化狀態(tài)。

　　類似的應(yīng)用還有σb＝1100MPa～1150MPa的BTl4合金。σb≥900MPa的退火狀態(tài)BTl4合金可用作直徑80mm～120mm的管狀梁形構(gòu)件，還用于制造在－196℃下工作的緊固件。

　　近年來開發(fā)了BT23合金外徑達(dá)350mm半球坯料的等溫沖壓工藝。與整體熱沖壓相比，這種工藝可使沖壓件的質(zhì)量從36kg降低到8.5kg，壁厚由22mm減少到10mm，金屬利用率從0.15提高到0.64。

　　在航天火箭中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的還有BT5л、BT20л合金鑄件，質(zhì)量達(dá)100kg。研制并試驗了強(qiáng)度為1050MPa—1100MPa的鑄造鈦合金(Ti—6A1-20Zr-2Mo)，獲得了重達(dá)200kg的鑄件。開發(fā)了鑄件熱等靜壓加工。經(jīng)該工藝加工后，鑄件的成品率由70％提高到92％，鑄件的延伸率提高30％，沖擊韌性提高50％～150％，疲勞強(qiáng)度提高50％。

　　還使用了具有“形狀記憶”效應(yīng)的鈦—鎳系合金。TH1合金用作自開天線、推桿、接觸器以及航天系統(tǒng)減震部件。形狀恢復(fù)溫度為一80℃的THlk低溫合金可用于制造各種液壓系統(tǒng)和動力系統(tǒng)中管道與設(shè)備的連接件。

　　目前，正重點研究Ti-Aｌ金屬間化合物基合金。該合金具有獨特的性能組合，有高的熱強(qiáng)性和彈性模量以及低的密度，使這些合金成為新一代航天火箭中最有使用前途的合金。“復(fù)合材料”科研生產(chǎn)聯(lián)合公司正在研制用這些材料制取坯料的綜合工藝設(shè)備，包括熔煉設(shè)備、制取顆粒裝備、等溫變形設(shè)備等。