國內(nèi)高溫鈦合金研究概況

早期， 高溫鈦合金是指在航空發(fā)動機 350℃ 以上使用的無序固溶強化型鈦合金。航空發(fā)動機部件在高溫、復(fù)雜應(yīng)力、氣流沖刷、高速振動、環(huán)境應(yīng)力腐蝕的苛刻環(huán)境下服役， 對其材料的性能要求非常嚴(yán)格。為滿足使用需求， 高溫鈦合金需具有強度、塑性、韌性、蠕變和疲勞性能之間的良好匹配， 在服役溫度下具有高的抗氧化性和組織穩(wěn)定性。中高溫長時蠕變和持久性能是高溫鈦合金的特征指標(biāo)。 

目前 成 熟 高 溫 鈦 合 金 的 最 高 使 用 溫 度 是600℃ ，代表合金有英國的 IMI834， 美國的 Ti-1100，俄羅斯的 ВТ18у 和 ВТ36， 合金體系均為 Ti-Al-SnZr-Mo-Si 系。 

國內(nèi) TC4 合金研究起步于 20 世紀(jì) 60 年代， 其余高溫鈦合金研究起步較晚， 從 20 世紀(jì) 80 年代初到現(xiàn)在歷經(jīng) 30 年的發(fā)展歷史。早期以仿制為主，使用溫 度 在 520℃ 以 下， 如 TC4， TC17， TC6， TA11，TA7，TC8， TC11， TA19 和 TC25， 分別相當(dāng)于國外的Ti-6Al-4V，Ti17，ВТ3-1， Ti-8-1-1， Ti-5Al-2. 5Sn， ВТ8，ВТ9，Ti6242S 和 ВТ25，這些合金在國外研制較早且已相當(dāng)成熟，對緩解我國航空發(fā)動機用鈦合金的燃眉之急，促進(jìn)型號發(fā)展及建立早期高溫鈦合金材料體系具有重要意義。20 世紀(jì) 80 年代中后期， 由于國外技術(shù)封鎖以及國內(nèi)對知識產(chǎn)權(quán)重視程度的提高等原因，開始走自主研制的發(fā)展道路，研制的合金主要是近 α 型，設(shè)計使用溫度在 550 ～ 650℃ 之間。

至 20 世紀(jì) 90 年代末， 國內(nèi)存在 Ti55（ TA12），Ti633G 和 Ti53311S 三種牌號的 550℃ 高溫鈦合金，Ti55（TA12）是中科院金屬所在電子濃度規(guī)律基礎(chǔ)上自主設(shè)計、寶鈦集團(tuán)和北京航空材料研究院參與研制的一種 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Nd 系近 α 型高溫鈦合金（ 后改進(jìn)為 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Nb-Ta 系）， 該合金在國內(nèi)起步較早，經(jīng)過試車考核并接近成熟，在航空和航天領(lǐng)域均得到應(yīng)用。Ti633G 和 Ti53311S 是20 世紀(jì)末西北有色金屬研究院在 IMI829 基礎(chǔ)上研制的兩種 550℃ 高溫鈦合金， 名義成分分別為 Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si-0.2Gd 和Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-1.0Mo-0.3Si。Ti633G 的特點是加入少量稀土元素 Gd，而 Ti53311S 合金在 IMI829成分基礎(chǔ)上增加 Mo 含量到 1.0 % （ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 左右，靜強度高于 IMI829。這兩種合金因未進(jìn)行工程化應(yīng)用研究而未在航空發(fā)動機上試車考核， 但據(jù)報道，Ti53311S 已在國內(nèi)衛(wèi)星姿態(tài)控制發(fā)動機噴注器及神舟飛船上應(yīng)用。

國內(nèi) 600℃ 鈦合金研制開始于 20 世紀(jì) 80 年代末，至 2005 年， 國內(nèi)有三種 600℃ 高溫鈦合金， 分別為中科院金屬所設(shè)計的 Ti60、西北有色金屬研究院研制的 Ti600 和北京航空材料研究院研制的 TG6。其中 Ti60 合金具有自主知識產(chǎn)權(quán)， 目前已接近成熟并通過試車考核，Ti600 是 20 世紀(jì) 90 年代西北有色金屬研究院在 Ti1100 成分基礎(chǔ)上研制的一種 600℃鈦合金，特點是加入 0.1% 的 Y 細(xì)化 β 退火處理后的 β 晶粒；TG6 是北京航空材料研究院于 2000 年研制的一種 Ti-Al-Sn-Zr-Si-Nb-Ta-C 系合金， 該合金的特點是不含 Mo，但加入 1.5% 的弱 β 穩(wěn)定元素 Ta。 

20 世紀(jì) 90 年代后， 中科院金屬所、北京航空材料研究院和西北有色金屬研究院等單位均開展了 650℃ 鈦合金的探索性研究， 中科院金屬所和北京航空材料研究院等單位研究以稀土相作為增強顆粒的 650℃ 鈦合金， 中科院金屬所采用快速凝固的辦法， 將稀土相納米化后作為增強顆粒對合金進(jìn)行強化；西北有色金屬研究院嘗試采用 TiC作為增強顆粒使鈦合金滿足 650℃ 條件下的強度要求。但到目前為止， 上述研究工作尚未取得突破

2007 年以后， 中科院金屬所、北京航空材料研究院和寶鈦集團(tuán)聯(lián)合開展了 650℃ 鈦合金的研究，確定了 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Nb-Ta-W-C 合金體系， 合金牌號暫定為 Ti65。該合金采用傳統(tǒng)的熔煉-熱加工-熱處理工藝路線， 已完成實驗室階段研究、工業(yè)生產(chǎn)試制及典型件試制等研究工作， 取得了高于預(yù)期目標(biāo)的研究成果。該合金目前尚未定型。 

國內(nèi)為5種600℃高溫鈦合金典型用途