鈦合金具有比強度高、熱穩定性好、耐腐蝕性能優異等特點，因而廣泛應用于航空、航天、生物醫學以及其他工業領域。鈦合金在飛機上應用可以取得良好的減重效益，能夠滿足軍用飛機的高機動、高可靠性以及長壽命的設計需要，因而成為制造飛機關鍵結構件的主選材料。飛機越先進，鈦合金使用量越高。據統計，先進飛機結構件的鈦合金使用量已經達到 10%~40%。例如美國第三代戰機鈦合金使用量占 27%，第四代戰機 F-22 使用鈦合金高達 41%，在波音 777 飛機上鈦合金使用量大約占 11%。

本期介紹的鈦合金包括：

TC4（Ti-6Al-4V）

TC17（Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr）

TC21（Ti-6Al-2Mo-1.5Cr-2Zr-2Sn-2Nb）

化學成分

來源：崇研·材料數據庫

TC4

TC4合金是一種中等強度的α-β型兩相鈦合金，含有6%的α穩定元素Al和4%的β穩定元素V。該合金具有優異的綜合性能，在航空和航天工業中獲得了最廣泛的應用。合金長時間工作溫度可達400℃，在航空工業中主要用于制造發動機的風扇和壓氣機盤及葉片，以及飛機結構中的梁、街頭和隔框等重要承力構件。

TC4鈦合金的主要半成品是棒材、鍛件、厚板、薄板、型材和絲材等。合金主要在退火狀態下使用，也可以采用固溶失效處理進行一定的強化，然后淬透截面一般不超過25mm.

該合金具有良好的工藝塑性和超塑性，適合于各種壓力加工成形，該合金還可采用各種方式進行焊接和機械加工。

相關標準：GB/T 3620.1，GB/T 2505，AMS 4928N。

應用概況：TC4鈦合金在國內是20世紀60年代初期開始研制生產的，現已經廣泛用于制造航空發動機風扇和壓氣機的盤與葉片，以及飛機結構中的各種承力梁、框、接頭和緊固件等。

TC17

TC17合金是一種富β穩定元素的α-β型兩相鈦合金，其名義成分為Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr。該合金具有強度高、斷裂韌度好、淬透性高和鍛造溫度范圍寬等一系列有點，能夠滿足損傷容限設計的需要和高結構效益、高可靠性及低制造成本的要求。

該合金的主要半成品是棒材和鍛件。主要用于制造發動機風扇、壓氣機盤件和大截面的鍛件。通過熱處理可以調整強度、塑性和韌性的匹配，并能采用各種焊接方式進行焊接。TC17合金的最高工作溫度是427℃。

相關標準：GB/T 3620.1，XJ/BS 5127，Q/3B 4023。

應用概況：該合金用于制造各種發動機風扇、壓氣機盤件等多種零件。我國從“七五”開始研制TC17鈦合金，已經在發動機上獲得了實際應用。

TC21

TC21鈦合金是由西北有色金屬研究院研制的一種新型高強、高韌、高損失容限鈦合金，它屬于Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb（-Ni-Si）系兩相鈦合金，具有良好的強度、塑性、斷裂韌性和較低的裂紋擴展速率。原材料為TC21合金，其相變為950~960℃。原始組織主要由等軸，球狀初生α相，細小針狀次生α相及β基體組成。

名義成分為Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-1.5Cr-2Nb,是目前我國高強高韌鈦合金綜合力學性能匹配較好的鈦合金之一，可用于航空飛機的機翼接頭結構件、機身與起落架連接框、吊掛發動機接頭等部位，以及對強度及耐久性要求高的重要或關鍵承力部件的制作。

相關標準：GB/T 3620.1。

應用概況：TC21合金已經經過實驗室、中試以及工業化生產，已經被用于制造飛機及發動機零部件和結構件。

物理性能

三種鈦合金的基本物理性能如下圖所示：

來源：崇研·材料數據庫

耐蝕性

鈦合金的耐蝕性良好，三種鈦合金的耐蝕性沒有明顯的差異。下表為三種鈦合金在腐蝕介質中的腐蝕速率。

來源：崇研·材料數據庫

雖然鈦合金的耐蝕性優良，但是由于在零件服役過程中，會與其他異金屬接觸，產生電偶腐蝕，使得其他金屬產生腐蝕，下表顯示了TC4與其他金屬接觸后，其他異金屬的腐蝕情況。

來源：中國航空材料手冊

使用情況

鈦合金用于制造飛機機身、機翼結構中的各種梁、接頭、隔框和航空發動機風扇及壓氣機中的盤件、葉片。其中，TC4鈦合金用于代替30CrMnSiA等結構鋼，可以實現減輕零件重量約30%。