1954年，美國(guó)開(kāi)發(fā)研究出了世界上第一個(gè)高溫鈦合金：TC4（名義成分為T(mén)i-6Al-4V），開(kāi)啟了高溫鈦合金的研究歷程。在此之后，其他很多高溫鈦合金都是在TC4的基礎(chǔ)之上進(jìn)行開(kāi)發(fā)研制。TC4合金在鈦基體上添加了α穩(wěn)定元素Al和β穩(wěn)定元素V，得到了α相和β相共存的微觀組織，具有很好的力學(xué)性能和耐高溫等綜合性能，被應(yīng)用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件和耐高溫構(gòu)件等方面。TC4的最高工作溫度為350℃。在后續(xù)的發(fā)展中，航空領(lǐng)域由于對(duì)材料的要求越來(lái)越高，TC4的性能缺點(diǎn)：耐熱性不足，冷加工性差，制備工藝復(fù)雜，淬透性較差等，不足以支持其在航空領(lǐng)域的應(yīng)用。

基于上述原因，在20世紀(jì)60年代，美國(guó)又研制了具有更高工作溫度的鈦合金：Ti-6246和Ti-6242，將工作溫度提高到450℃左右。在20世紀(jì)70年代，美國(guó)通過(guò)在合金添加Si元素，有效提高了鈦合金的蠕變強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，研制出來(lái)了使用溫度500℃以上的Ti-6242S合金。在20世紀(jì)80年代，美國(guó)又開(kāi)發(fā)了具有更高耐高溫性能的Ti-1100合金，在航空飛機(jī)上有很好的應(yīng)用。

在美國(guó)研制出TC4之后，英國(guó)也不落人后，陸續(xù)開(kāi)發(fā)研制了一系列鈦合金。在20世紀(jì)50年代，英國(guó)研制了IMI550鈦合金，通過(guò)在合金中添加Si元素，提高了其耐高溫溫度至400℃以上，同時(shí)在高溫強(qiáng)度上也比TC4高出10%。在1960s，英國(guó)研究開(kāi)發(fā)了IMI679和IMI685合金，合金成分為T(mén)i-2Al-11Sn-5Zr-1Mo-0.2Si和Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si，這兩種合金Mo含量較低，和TC4相比，這兩種合金的蠕變強(qiáng)度都有很大的提高。在使用溫度方面，IMI679使用溫度達(dá)到450℃；IMI685使用溫度超過(guò)500℃。IMI685合金的焊接和加工性能都較好，有利于在航空領(lǐng)域的應(yīng)用。

在20世紀(jì)七八十年代，英國(guó)在Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-Si系合金的基礎(chǔ)上，為改善合金的疲勞強(qiáng)度，研制出了IMI829和IMI834合金，其最高使用溫度可達(dá)600℃。通過(guò)細(xì)化宏觀和微觀組織，這兩種合金大大提升了蠕變強(qiáng)度和抗氧化性能。β固溶處理后，IMI829合金的組織轉(zhuǎn)變?yōu)樯倭?beta;轉(zhuǎn)變組織和針狀α相，提高了合金的蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性；α+β固溶處理后，IMI834合金的組織轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧钷D(zhuǎn)變β組織和少量初生α相，提高了合金的疲勞強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。

俄羅斯在借鑒美英兩國(guó)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，獨(dú)立開(kāi)發(fā)研制了BT3-1高溫鈦合金。BT3-1添加了Cr和Fe兩種共析型β穩(wěn)定元素，強(qiáng)化了β相和α相，最高使用溫度可達(dá)450℃，其熱強(qiáng)性和中溫強(qiáng)度較高。在1958年，俄羅斯研制出了BT8和BT9合金，有效提高了其耐熱性。BT8合金的名義成分為T(mén)i-6.5Al-3.5Mo-0.2Si，屬于Ti-Al-Mo-Si系α+β型馬氏體合金，BT8的熱強(qiáng)性和耐熱性和BT3-1相比有很大的提高，可以在無(wú)保護(hù)的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作。BT9合金使用溫度可達(dá)500℃，研究初期其含有Sn元素，后來(lái)替換為Zr元素，BT9合金的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度有很大提高。BT8和BT9主要在壓氣機(jī)方面有很多的應(yīng)用。

俄羅斯后續(xù)研制了BT18近α型合金，BT18含有微量的β相，可以在800℃短時(shí)使用或者在550-600℃長(zhǎng)時(shí)間使用。其蠕變強(qiáng)度和塑性與同類合金相比略有不足。在BT18的基礎(chǔ)上，降低其Al元素的含量，用Sn替換Zr，得到了BT18Y合金，改良后提高了合金的熱穩(wěn)定性、沖擊韌性和蠕變強(qiáng)度。但其瞬時(shí)拉伸性能在高溫下略有降低。俄羅斯研制出的BT36合金是耐熱程度最高的鈦合金，其使用溫度可達(dá)600℃。在BT18Y的基礎(chǔ)上，將1%的Nb替換為5%的W，與Nb相比，W具有更高的熔點(diǎn)和更高的蠕變極限。與BT18Y相比，BT36的綜合性能有很大的提高，被廣泛應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)零配件。現(xiàn)在，添加（0.7%-5.0%）W元素相關(guān)鈦合金的研究成為俄羅斯的高溫鈦合金新趨勢(shì)。

1950年開(kāi)始，航空飛機(jī)的飛行速度取得關(guān)鍵性的突破，超音速飛機(jī)的時(shí)代來(lái)臨。在更高飛行速度的要求下，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)、鋁結(jié)構(gòu)在更高的材料要求下已經(jīng)不能滿足性能要求。與此同時(shí)，鈦合金也正好進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用階段。鈦合金具有以下優(yōu)異性能：低密度，高比強(qiáng)度，耐腐蝕，耐高溫，耐低溫，焊接性能好；非常適合在航空領(lǐng)域應(yīng)用。從1950年開(kāi)始，工業(yè)純鈦制造的飛機(jī)隔熱板、減速板、機(jī)尾罩等結(jié)構(gòu)件已經(jīng)在軍用飛機(jī)上開(kāi)始應(yīng)用。在20世紀(jì)60年代，鈦及鈦合金開(kāi)始應(yīng)用在以下飛機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件上：起落架梁、襟翼滑軋、中翼盒形梁、承力隔框。在20世紀(jì)70年代，從軍用戰(zhàn)斗機(jī)到軍用運(yùn)輸機(jī)和大型轟炸機(jī)，都有鈦合金的應(yīng)用，而且民用飛機(jī)上也開(kāi)始大量應(yīng)用鈦合金材料。1980年以后，民用飛機(jī)的鈦使用量大大增加，而且鈦合金材料用量已經(jīng)超過(guò)軍用飛機(jī)的使用。鈦合金材料已經(jīng)成為新型飛機(jī)不可或缺的結(jié)構(gòu)材料。根據(jù)使用功能不同，我們將航空領(lǐng)域用鈦合金分為：飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金、飛機(jī)機(jī)身用鈦合金、航空緊固件用鈦合金。以下我們將從這三個(gè)方面展開(kāi)，介紹在航空領(lǐng)域鈦合金的應(yīng)用情況。

對(duì)航空飛機(jī)來(lái)說(shuō)，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是航空飛機(jī)最重要的關(guān)鍵部件之一。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片和高壓壓氣機(jī)盤(pán)件，都需要在高溫下使用，而且在工作時(shí)要承受很大的應(yīng)力。在如此苛刻的服役條件下，鋁合金不能耐受很高的溫度，鋼密度較大，不能提供很高的推重比。鈦合金以其優(yōu)異的性能：高溫強(qiáng)度高、抗蠕變、抗氧化、比強(qiáng)度高，非常適合在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用。航空飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件要求在高溫下具有很好的持久強(qiáng)度、瞬時(shí)強(qiáng)度、耐熱性能、組織穩(wěn)定性、高溫蠕變抗力。β型鈦合金在高溫下，合金的耐熱性能和蠕變抗力都大大下降，不能很好的應(yīng)用在航空飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上。α型鈦合金在高溫下具有良好的持久性能和蠕變抗力，適合在高溫工作環(huán)境下使用。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其核心的性能指標(biāo)是發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，推重比是指發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與重量之比。早期飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比為3左右，目前航空飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)推重比可以達(dá)到10及以上。對(duì)于航空飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，推重比越高，代表其性能越好。鎳基高溫合金雖然可以提供很好的高溫性能，但其推重比與鈦合金相比較低。航空飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)使用鈦合金材料，可以兼顧優(yōu)異高溫性能和高推重比。鈦合金材料在國(guó)外先進(jìn)飛機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的用量占其總重量的25%-40%，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，鈦合金材料用量越來(lái)越多。例如第三代航空飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦合金材料用量為25%，第4代航空飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦合金材料用量為40%。

航空飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)要求使用材料具有良好的高溫性能和高比強(qiáng)度性能，但飛機(jī)機(jī)身則要求使用材料具有良好的中溫強(qiáng)度、耐腐蝕性能、低密度等性能。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身中使用比較廣泛的鈦合金有：β-21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si)、Ti-10-2-3(Ti-10V-2Fe-3Al)、Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn)、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr等。在中溫強(qiáng)度方面，與鋁合金相比，鈦合金具有更好的中溫強(qiáng)度，傳統(tǒng)鋁合金的溫度使用范圍不超過(guò)130℃，在更高溫度下，鋁合金不能繼續(xù)使用，但鈦合金可以在中溫環(huán)境下，保持其強(qiáng)度性能。在耐腐蝕性能方面，一方面，航空飛機(jī)的大部分支撐結(jié)構(gòu)與飛機(jī)的廚房和衛(wèi)生間接觸，如果采用鋼結(jié)構(gòu)，較容易產(chǎn)生腐蝕，使用鈦合金材料，其耐腐蝕性能很好，而且不用進(jìn)行表面防腐蝕涂層或者電鍍防氧化層，能夠節(jié)約成本和生產(chǎn)工藝。另一方面，航空飛機(jī)上有很多使用高分子聚合物材料的部件，采用鈦合金材料，其與諸多復(fù)合材料的相容性比較好。在低密度方面，與鋼和鎳基高溫合金相比，鈦合金材料具有更高的比強(qiáng)度，很好地降低航空飛機(jī)的重量，能夠?yàn)楹娇诊w機(jī)提供更高的推重比。與鋁合金相比，鈦合金材料在相同重量下，可以提供更高的強(qiáng)度。在飛機(jī)起落架的材料選用上，波音747起落架選用鈦合金材料。如果選用鋁合金，在承載需要的重量時(shí)，其體積過(guò)大而不滿足要求；如果選用鋼，則其重量過(guò)大而不滿足要求。采用鈦合金鍛件，可以兼顧兩方面的需求，達(dá)到最佳性能。

美國(guó)、法國(guó)等國(guó)外航空制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，90%以上鈦合金緊固件都采用TC4（Ti6Al4V）制造。TC4合金的優(yōu)點(diǎn)是密度低，成分簡(jiǎn)單，疲勞性能好，成本低。其他鈦合金緊固件使用材料還有TB2、TB3、TB8等鈦合金。航空緊固件要求具有低重量、耐腐蝕、耐高溫、無(wú)磁等性能。鈦合金用在航空緊固件方面，可以有效降低飛機(jī)的重量。航空航天飛機(jī)減少重量后，可以有效提高推重比，節(jié)約成本。鈦合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，其和航空飛機(jī)上的碳纖維復(fù)合材料電極電位相近，可以有效防止航空飛機(jī)緊固件的腐蝕。與鋁合金相比，鈦合金的耐高溫性能更好，而且鈦合金具有無(wú)磁性，可以很好的防止磁場(chǎng)的干擾，是優(yōu)異的航空飛機(jī)緊固件使用材料。