鈦是20 世紀50 年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發(fā)，并得到了實際應用。第一個實用的鈦合金是1954 年美國研制成功的Ti-6Al-4V 合金， 由于它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業(yè)中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的75% ～ 85%。其他許多鈦合金都可以看作是Ti-6Al-4V 合金的改型。

20 世紀50 ～ 60 年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動機用的高溫鈦合金和機體用的結(jié)構(gòu)鈦合金，70 年代開發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80 年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發(fā)展。耐熱鈦合金的使用溫度已從50 年代的400℃提高到90 年代的600 ～ 650 ℃。A2（Ti3Al） 和r（TiAl）基合金的出現(xiàn)，使鈦在發(fā)動機的使用部位正由發(fā)動機的冷端（風扇和壓氣機）向發(fā)動機的熱端（渦輪）方向推進。結(jié)構(gòu)鈦合金向高強、高塑、高強高韌、高模量和高損傷容限方向發(fā)展。另外，20 世紀70 年代以來，還出現(xiàn)了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb 等形狀記憶合金，并在工程上獲得日益廣泛的應用。世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種， 最著名的合金有20 ～ 30 種， 如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834 等。

目前，鈦合金已廣泛用于國民經(jīng)濟各部門，它是火箭、導彈和航天飛機不可缺少的材料。船舶、化工、電子器件和通訊設(shè)備以及若干輕工業(yè)部門中都需要大量應用鈦合金。

一、鈦合金特性

強度高， 鈦合金的密度一般在4.51g/cm3 左右， 僅為鋼的60%， 純鈦的強度才接近普通鋼的強度，一些高強度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強度。因此鈦合金的比強度（ 強度/ 密度）遠大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機的發(fā)動機構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。

熱強度高， 使用溫度比鋁合金高幾百度，在中等溫度下仍能保持所要求的強度， 可在450 ～ 500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃～ 500℃范圍內(nèi)仍有很高的比強度，而鋁合金在150℃時比強度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達500℃，鋁合金則在200℃以下。

抗蝕性好， 鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠優(yōu)于不銹鋼；對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強；對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。

低溫性能好， 鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學性能。低溫性能好， 間隙元素極低的鈦合金， 如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。

化學活性大， 鈦的化學活性大，與大氣中O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強烈的化學反應。含碳量大于0.2% 時，會在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC；溫度較高時，與N 作用也會形成TiN 硬質(zhì)表層；在600℃以上時，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層；氫含量上升，也會形成脆化層。

吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達0.1 ～ 0.15mm， 硬化程度為20% ～ 30%。鈦的化學親和性也大，易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。

導熱系數(shù)小、彈性模量小， 鈦的導熱系數(shù)λ=15.24W/（m.K）約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導熱系數(shù)比鈦的導熱系數(shù)約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2，故其剛性差、易變形，不宜制作細長桿和薄壁件，切削時加工表面的回彈量很大，約為不銹鋼的2 ～ 3 倍，造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結(jié)磨損。

二、鈦合金的主要用途

1、在航空航天領(lǐng)域中，鈦合金主  要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。

以前用鈦大國集中在西方國家，尤其是美國，60% 的鈦材都應用到這個領(lǐng)域。亞洲國家，日本和中國在此領(lǐng)域中鈦的投入量均在10% 左右。但是近年來隨著亞洲航空航天的飛速發(fā)展，鈦在航空航天領(lǐng)域的消費量將會隨之增長。從全球角度來看，航空業(yè)對鈦市場起著決定性的作用，從歷史上看，鈦行業(yè)大的周期輪回都和航空業(yè)的冷暖密切相關(guān)。

2、民用飛機

（1） 減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)效率；（2） 符合高溫部位的使用要求；（3） 符合與復合材料結(jié)構(gòu)相匹配的要求；（4） 符合高抗蝕性和長壽命的要求；

3、軍事飛機

軍用武器的開發(fā)與采購不斷向著輕便、靈活方向發(fā)展，為了滿足戰(zhàn)斗機對戰(zhàn)斗性能要求，除了采用先進的設(shè)計技術(shù)外，還必須采用額性能優(yōu)良的材料以及先進的工藝制造技術(shù)。大量選用鈦合金、提高先進鈦合金應用水平就是重要措施之一。自20 世紀60 年代以來，國外軍用飛機的鈦量逐年增加，當前歐美設(shè)計的各種先進軍用戰(zhàn)斗機和轟炸機中鈦合金用量已經(jīng)穩(wěn)定在20% 以上，并且新機型的用鈦量占比正在大幅提升。

4、汽車

降低燃油消耗、減少有害廢棄物（CO2、NOX 等）排放已經(jīng)成為汽車行業(yè)技術(shù)進步的主要動力和方向之一。研究表明，輕量化是實現(xiàn)節(jié)省燃料、減少污染的有效措施。汽車的質(zhì)量每降低10%，燃料消耗可節(jié)省8%-10%，廢氣排放可減少10%。

在駕駛方面，汽車輕量化后加速性能提高，車輛控制穩(wěn)定性、噪音、振動方面也都有改善。從碰撞安全性考慮，汽車輕量化后，碰撞時慣性小，制動距離減少。

汽車輕量化的首選途徑就是用高比強度的輕質(zhì)材料，如鋁、鎂、鈦等替代傳統(tǒng)的汽車材料（鋼鐵）。2009 年全球汽車用鈦量已達3000 噸。鈦在賽車上的應用已有許多年的歷史目前賽車幾乎都使用了鈦材，日本汽車用鈦已超過600 噸，隨著全球汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用鈦還在快速增加。

5、醫(yī)療行業(yè)

鈦在醫(yī)療領(lǐng)域有著廣泛的應用。鈦與人體骨骼接近，對人體組織具有良好的生物相容性、無毒副作用。人體植入物是與人的生命和健康密切相關(guān)的特殊的功能材料。同其它金屬材料相比較，使用鈦及鈦合金的優(yōu)勢主要有以下幾點：（1）質(zhì)輕；（2）彈性模量低；（3）無磁性；（4） 無毒性；（5） 抗腐蝕性；（6）強度高、韌性好。

外科植入物中的鈦合金用量正以每年5%-7% 的速度增長。采用鈦及鈦合金制造的股骨頭、髖關(guān)節(jié)、肱骨、顱骨、膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)、頜骨以及心辨膜、腎辨膜、血管擴張器、夾板、假體、緊固螺釘?shù)壬习俜N金屬件移植到人體中，取得了良好的效果，被醫(yī)學界給予了很高的評價。

6、化工行業(yè)

鈦具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學性能和工藝性能，被廣泛應用于國民經(jīng)濟許多部門。特別是在化工生產(chǎn)中，用鈦代替不銹鋼、鎳基合金和其它稀有金屬作為耐腐蝕材料。這對增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長設(shè)備使用壽命，減少消耗，降低能耗，降低成本，防止污染，改善勞動條件和提高勞動生產(chǎn)率等方面都有十分重要的意義。

7、海洋工程

隨著科學技術(shù)的發(fā)展和陸地資源日趨枯竭，人類開發(fā)利用海洋已經(jīng)提到日程上來了。鈦對于海水有優(yōu)異的耐蝕性能，大量運用于海水淡化、艦船、海洋熱能開發(fā)和海底資源開采等領(lǐng)域。

8、日常生活

鈦在日常生活中的應用非常廣泛，可謂無處不在，例如高爾夫球頭、自行車車架、網(wǎng)球拍、輪椅、眼鏡架等都會應用到鈦。

鈦以其輕質(zhì)、強度高的特性在體育用品中的應用，從最早的網(wǎng)球拍、羽毛球拍逐步擴展到了高爾夫球頭、球桿以及賽車等。

2008 年我國體育休閑占總消費量的13%，其中僅高爾夫球頭和球桿的用鈦量就超過了1000 噸。鈦合金做成的自行車車架也頗受歡迎，目前有近50 價公司生產(chǎn)鈦自行車，美國早已是最大的鈦自行車生產(chǎn)商和消費國。

鈦輕質(zhì)的特點也應用到眼鏡架中，而且鈦又不易與皮膚發(fā)生過敏，并且鈦表面經(jīng)陽極處理可有絢麗色彩，因此從20 世紀80 年代初就開始應用于鏡架。