看了今天的標題，是不是覺著看航空要開始教化學了？熟悉航空的童鞋們肯定對「鈦」這個東西並不陌生，而對於小白那也許意味著外太空？所以，鈦究竟是什麼？事實上，鈦沒你想的那麼複雜，甚至已經充斥在你的生活中。不再重壓鼻樑的眼鏡、越來越輕的自行車，醫療用的可替代關節，以及越來越省油的飛機，這些存在於你生活之中內容都與鈦有關，只是之前你沒發現而已……
不知你有沒有聽說過，鈦還有個響亮亮的稱號——「空中金屬」，這可不是白叫的，航空工業的鈦材用量占世界鈦材市場總量一半以上，絕對是實至名歸的航空材料。
F-22框鍛件
分布廣泛，卻成本高昂
鈦元素分布廣泛，其含量超過地殼質量的0.4%，全球探明儲量約34億噸。
要獲得優質鈦、鈦合金鑄錠，唯一可行途徑是將海綿鈦經過粉碎、放入真空電弧爐里熔煉，鑄成鈦錠，而後經加工製成各種鈦材。真空熔煉工藝不僅要求嚴格，而且設備複雜、成本高，這正是鈦合金成本高昂的原因。按照相關標準，航空用鈦合金鑄錠需經過三次真空熔煉獲得，以確保其成分的均勻性。
海綿鈦
純鈦的強度很低，做成航空航天結構材料沒有工業實用價值。第一個得到工業化應用的鈦合金是1953年美國凱斯勒和翰森開發的Ti-6Al-4V(TC4)。由於它具有耐熱、強韌、可焊接、耐腐蝕和抗疲勞等優異性能，已成為目前應用範圍最廣的一種鈦合金。20世紀70年代以來，在TC4基礎上又開發出了一系列的耐蝕鈦合金。目前，結構鈦合金已逐漸向高強、高韌、高模量、抗疲勞和損傷容限等方向發展。
製造方式絕對是繁複又多樣
鈦合金及其零部件的製備與加工方法主要包括真空熔煉、鍛造、機械加工、熱處理、凈近成形、焊接及表面處理。
由於鈦具有高化學活性，鈦及其合金的鑄錠熔煉必須採用真空熔煉方法。鍛造變形是改變鑄鈦組織、獲得所需要的組織類型的關鍵手段。鈦合金的機械加工主要包括銑削加工、車削、鏜孔、鑽孔、攻絲等。高切削溫度、與刀具發生化學反應、彈性模量較低是鈦合金難以加工的主要原因。鈦合金的熱處理主要有退火、固溶和時效等。
液態鈦
近凈成形技術包括精密鑄造、等溫鍛造、粉末冶金、超塑成形/擴散連接、雷射快速成形、粉末注射成形等。近凈成形是提高材料利用率、通過工藝控制可達到一定的性能和外形尺寸要求的先進加工技術。先進的鈦合金焊接技術有雷射焊接、電子束焊接等。
焊接
由於其表面硬度低而易發生微動磨蝕等問題，鈦合金對表面狀態、表面完整性非常敏感。近些年來，鈦合金表面處理技術也獲得了長足的發展。熱滲鍍、氣相沉積、三束改性、轉化膜、形變強化、熱噴塗、化學鍍、電鍍等技術發展迅速。
應用才是關鍵
鈦合金的用量常被當作衡量飛機選材先進程度和航空工業發展水平的指標，與飛機作戰能力密切相關。
早在二十世紀五十年代，鈦就被應用于飛機材料，鈦合金在航空工業上的應用分為飛機結構鈦合金和發動機結構鈦合金。
1953 首次在發動機艙和隔熱板應用鈦合金的道格拉斯DC-7首飛。
1964 首個「全鈦」高空高速戰略偵察機SR-71「黑鳥」首飛，鈦合金用量達到了飛機結構總重量的93%。
伊爾-76
飛機結構鈦合金要求具有高的比強度、良好的韌性、優異的抗疲勞性能、良好的焊接工藝性能等。
發動機用鈦合金要求具有高的比強度、熱穩定性好、抗氧化、抗蠕變等性能。
飛機鈦合金結構件主要應用部位有起落架部件、框、梁、機身蒙皮、隔熱罩等。俄羅斯的伊爾-76飛機採用高強度вт22鈦合金製造起落架和承力梁等關鍵部件。波音747主起落架傳動橫樑材料為Ti-6Al-4V,鍛件長6.20m、寬0.95m,質量達1545kg。高強高韌Ti-62222S鈦合金被用在C-17飛機水平安定面轉軸關鍵部位。F22飛機發動機所處的後機身區域及機尾隔熱罩設計為鈦合金薄壁結構，具備良好的耐溫性能。
波音747
航空發動機方面，鈦合金材料的應用領域有壓氣機盤、葉片、鼓筒、高壓壓氣機轉子、壓氣機機匣等。現代渦輪發動機結構重量的30%左右為採用鈦合金材料製造，鈦合金的應用降低了壓縮機葉片和風扇葉片的質量，同時還延長了零部件的壽命與檢查間隔。波音747-8GENX發動機風扇葉片的前緣與尖部，採用了鈦合金防護套，在10年的服役期內僅做過3次更換。
鈦合金材料的航空發動機
航空用鈦合金鍛件需要經過鑄錠、制坯、模鍛、機加等過程，獲得所需要的材料組織和性能，往往用其來製造飛機骨架主承力構件和發動機轉子等。按照HB5024-1989,大型鍛件的外徑不小於500mm。隨著飛機和發動機的發展，航空鍛件的質量要求越來越高、尺寸越來越大、形狀越來越複雜。飛機結構件外形複雜，材料利用率一般不超過10%。F-22飛機四個大型主承力加強框材料為Ti-6Al-4V ELI，模鍛件的投影面積為4.06m2～5.67m2。近年來，我國航空鈦合金的專業化鍛造設備有了大幅度提升，現已經可以生產出5m2級別的鈦合金整體鍛件。
未來航空飛行器對鈦合金的需求應該是兼具更高強度、更高韌性、更高損傷性能、更高耐高溫性能等。
這就夠了嗎？當然不會，鈦合金材料的「野心」遠不止於此！新型高超強度結構鈦合金、高性能的損傷容限型鈦合金、低成本抗疲勞鈦合金、新型高溫結構鈦合金、先進TiAl基材料、鈦基復合材料等等，是不是「鈦」豐富了？
這麼豐富多樣的鈦合金，你見過嗎？（留言來和大喵分享吧）