钛合金由于其比強度高、耐腐蝕性好等優點被廣泛應用于航空航天領域。本文介紹了近年來主要钛合金的顯微組織和力學性能特點，包括高強高韌型钛合金（β型或亞穩β型，Ti-1023、Ti-15-3、β21S和BT-22）、高溫钛合金（500℃以上，近α型， IMI834、Ti-1100、BT36和Ti-60）、損傷容限钛合金（α β型，TC21和TC4-DT）和阻燃钛合金（Alloy C、BTT-l和BTT-3）四個方面。

根據對β轉變溫度的影響，钛的合金化元素可分為中性元素、α相穩定元素和β相穩定元素。α相穩定元素将α相區擴展到更高的溫度範圍，而β相穩定元素則使β相區向較低溫度移動，中性元素對β轉變溫度影響很小。

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Al是最重要的α相穩定元素，間隙元素O、N和C也屬于這一類。β相穩定元素可細分為β同晶型和β共析型元素兩類，Mo、V和Ta屬于β同晶型元素，在β钛中溶解度很高且非常重要；Fe、Mn、Cr、Co、Ni、Cu、Si等屬于共析型元素，易與Ti形成金屬間化合物；Sn和Zr是中性元素，但可以顯著強化α相。

随着钛合金研究與應用的發展，特别是熱處理強化钛合金，經常遇到非平衡态組織，因此按亞穩定狀态的相組成進行钛合金的分類更為可取。根據钛合金從β相區淬火後的相組成與β穩定元素含量關系，可以将钛合金劃分成α型、近α型、α β型、亞穩β型、穩定β型等幾種類型。

钛合金淬火後的相組成與β穩定元素含量關系

各類钛合金的主要性能，以Ti-6Al-4V為準，向右側，随着β穩定元素的增加，合金的加工能力、應變速率敏感性、熱處理強化效果和室溫強度不斷提高；向左側，随着β穩定元素的減少，合金的β轉變溫度、流動應力，可焊性和高溫強度有所增加。表1列出了常用钛合金的主要化學成分、牌号及主要力學性能。

各類钛合金的主要性能特征

傳統的钛合金顯微組織是α相和β相兩個基本相（即以α钛為基的α固溶體和以β钛為基的β固溶體）的尺寸及其排列方式來描述的。钛合金的性能主要取決于α和β兩相的排列方式、體積分數和各自的性能。與體心立方的β相相比，密排六方的α相具有更高的堆積密度和各向異性的晶格構型，因此α相的塑性較差、擴散速率低和抗蠕變性能高。因此，不同類型钛合金的物理、力學和工藝性能的主要差别如下表所示：

不同钛合金類型與主要物理、化學性能的關系 注：О表示無影響；＋表示性能提高；－為性能降低

α钛合金一般為單相合金，具有中等強度；而α β兩相和亞穩β钛合金可以分别強化到較高和很高的強度水平。亞穩β钛合金以低塑性為代價獲得很高的強度，如果不進行時效強化，亞穩β合金具有類似α和α β相對較好的塑性。

由于钛合金的斷裂韌性與顯微組織和時效條件密切相關，所以钛合金的成分與斷裂韌性之間不存在明确的關系，但粗大層片組織的斷裂韌性要高于細小的等軸狀組織。這是因為層狀組織可以使擴展裂紋沿不同取向的闆條束發生偏斜，導緻裂紋前沿鈍化，從而吸收額外的裂紋擴展能量。

密排六方晶體的原子擴散能力和變形能力相對較低，這導緻了α相具有優異的抗蠕變性能。钛與氧原子的親和力很高，這意味着在室溫大氣中钛合金表面也能形成一層非常薄的緻密氧化層(TiO2)，這也是钛合金抗蝕性優異的原因。α钛合金的變形能力極為有限，且加工硬化能力很強，這意味着α和α β合金隻能在高溫下加工。

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