以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优点,是较为理想的航天工程结构材料。

　　研究范围：

　　钛合金可分为结构钛合金和耐热钛合金,或α型钛合金、β型钛合金和α+β型钛合金。研究范围还包括钛合金的成形技术、粉末冶金技术、快速凝固技术、钛合金的军用和民用等。

　　应用：

　　钛合金是一种新型结构材料，它具有优异的综合性能，如密度小(~4.5gcm-3)，比强度和比断裂韧性高，疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，低温韧性良好，抗蚀性能优异，某些钛合金的最高工作温度为550ºC，预期可达700ºC。因此它在航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用，发展迅猛。轻合金、钢等的(σ0.2/密度)与温度的关系，钛合金的比强高于其他轻金属、钢和镍合金，并且这一优势可以保持到500ºC左右，因此某些钛合金适于制造燃气轮机部件。钛产量中约80%用于航空和宇航工业。例如美国的B-1轰炸机的机体结构材料中，钛合金约占21%，主要用于制造机身、机翼、蒙皮和承力构件。F-15战斗机的机体结构材料，钛合金用量达7000kg，约占结构重量的34%。波音757客机的结构件，钛合金约占5%，用量达3640kg。麦克唐纳道格拉斯(Mc-Donnell-Dounlas)公司生产的DC10飞机，钛合金用量达5500kg，占结构重量的10%以上。在化学和一般工程领域的钛用量：美国约占其产量的15%，欧洲约占40%。由于钛及其合金的优异抗蚀性能，良好的力学性能，以及合格的组织相容性，使它用于制作假体装置等生物材料。

　　特点：

　　钛金属的密度较小，为4.5g/cm3，仅为铁的60%，通常与铝、镁等被称为轻金属，其相应的钛合金、铝合金、镁合金则称为轻合金。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对钛合金材料进行研究开发，并且得到了实际应用。 钛是二十世纪五十年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高、易焊接等特点而被广泛用于各个领域，尤其是强度高、易焊接性能有利于高尔夫杆头的制造第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al(铝)-4V(矾)合金。Ti-6Al-4V合金在耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性方面均达到较好水平。Ti-6Al-4V合金使用量已占全部钛合金的75~85%。许多其它合金可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。

　　目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有二十至三十种，例如，有Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、Ti-811、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1100、BT9、BT20、IMI829、IMI834等;用于球杆制造的有10-2-3,SP700,15-3-3-3(通常所说的β钛),22-4,DAT51。 钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物(TixAl，此处x=1或3)四类 钛合金按组织可分三类.(1钛中加入铝和锡元素.2钛中加入铝铬钼钒等合金元素.3钛中加入铝和钒等元素.)钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好.另外:钛合金的工艺性能差,切削加工困难.在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质.还有抗磨性差,生产工艺复杂. titaniumalloys 以钛为基加入其他元素组成的合金。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约8%的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛(TA1、TA2和TA3)。

　　钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。

　　中国于1956年开始钛和钛合金研究;60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。

　　特点钛合金与其他金属材料相比,有下列优点:①比强度(抗拉强度/密度)高(见图),抗拉强度可达100～140kgf/mm2，而密度仅为钢的60%。②中温强度好,使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作。③耐蚀性好,在大气中钛表面立即形成一层均匀致密的氧化膜，有抵抗多种介质侵蚀的能力。通常钛在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性，在海水、湿氯气和氯化物溶液中的耐蚀性能更为优异。但在还原性介质，如盐酸等溶液中，钛的耐蚀性能较差。④低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。⑤弹性模量低,热导率小，无铁磁性。 合金元素钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等;后者有铬、锰、铜、铁、硅等。③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在0.015%以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。 类别钛合金根据相的组成可分为三类:α合金,(α+β)合金和β合金,中国分别以TA、TC、TB表示。 ①α合金含一定量的稳定α相的元素，平衡状态下主要由α相组成。α合金比重小，热强性好、具有良好的焊接性和优异的耐蚀性,缺点是室温强度低,通常用作耐热材料和耐蚀材料。α合金通常又可分为全α合金(TA7)、近α合金(Ti-8Al-1Mo-1V)和有少量化合物的α合金(Ti-2.5Cu)。 ②(α+β)合金含一定量的稳定α相和β相的元素，平衡状态下合金的组织为α相和β相。(α+β)合金有中等强度、并可热处理强化，但焊接性能较差。(α+β)合金应用广泛,其中Ti-6Al-4V合金的产量在全部钛材中占一半以上。 ③β合金含大量稳定β相的元素，可将高温β相全部保留到室温。β合金通常又可分为可热处理β合金(亚稳定β合金和近亚稳定β合金)和热稳定β合金。可热处理β合金在淬火状态下有优异的塑性，并能通过时效处理使抗拉强度达到130～140kgf/mm2。β合金通常作高强度高韧性材料使用。缺点是比重大，成本高，焊接性能差，切削加工困难。

　　钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼，钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。典型合金的成分和性能见表不锈钢线材。

　　热处理钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度;针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性;等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。

　　常用的热处理方法有退火、固溶和时效处理。退火是为了消除内应力、提高塑性和组织稳定性，以获得较好的综合性能。通常α合金和(α+β)合金退火温度选在(α+β)—→β相转变点以下120～200℃;固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体α′相和亚稳定的β相,然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点，达到使合金强化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)—→β相转变点以下40～100℃进行，亚稳定β合金淬火在(α+β)—→β相转变点以上40～80℃进行。时效处理温度一般为450～550℃。此外,为了满足工件的特殊要求，工业上还采用双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等金属热处理工艺。