航空用钛合金材料及钛合金标准发展综述
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TB10合金是属于高强高韧近β型钛合金，具有比强度 高，断裂韧度好，淬透性高等优点，已在我国航空领域得 到了实际应用。 1.3 阻燃钛合金
为解决航空发动机用钛合金材料的“钛燃烧”问题， 以满足高推重比发动机的需要，美国和俄罗斯从20世纪70 年代开始就积极开展阻燃钛合金的研制，并先后成功研制 出各自的阻燃钛合金。其他各国的阻燃钛合金基本处于研 究阶段，实际应用较少。目前国外比较典型的合金有美国 的Ti–V–Cr系阻燃钛合金AlloyC、俄罗斯的Ti–Cu–Al系阻燃 钛合金BTT–1、BTT–3。BTT–1、BTT–3钛合金具有相当好 的热变形工艺性能，可用其制成复杂的零件，但力学性能 和熔铸性能差。AlloyC阻燃钛合金已成功地应用于F119发动 机的高压压气机机匣、导向叶片和矢量尾喷管。我国在此 方面的研究起步晚，与国外差距较大，主要产品为全β型 低成本阻燃钛合金Ti–40，其阻燃性能与美国的AlloyC合金 相当，已研制出机匣并装机试车。
几十年来，国内外针对航空应用所研究的钛合金材料 取得了很大发展，许多合金也得到广泛应用，其中应用最
广的是Ti–6Al–4V和Ti–6Al–2Sn–4Zr–2Mo（Ti6242）两个钛 合金牌号材料。
我国钛合金材料的研制从1956年开始，以仿制前苏 联钛合金材料为主。近年来，我国新型钛合金研究十分活 跃，研制出许多具有知识产权的新型钛合金，合金总数约 70多种，其中多数已获得广泛的应用。新开发的用于航空 领域的新型钛合金主要有高温钛合金、高强高韧β型钛合 金、阻燃钛合金等，其中高温钛合金是现代航空发动机的 关键材料之一，也是钛合金的主要发展方向之一。 1.1 高温钛合金材料
AMS6900–6946 钛合金 19 附件、
AMS7205–7498 成 品 件 和 1 AMS7498M 组合件
其它
4
AMSH81200B,AMST81915A, ARP982D, AS1814C
Jun.2010 31
《航空标准化与质量》2010年第3期 • 工作研究
航空标准化与质量 总第237期
ASME是美国机械工程师协会(The American Society of Mechanical Engineers)制订的建造规范及其材料标准。钛类 标准主要在第II卷（材料篇）的B类—非铁基材料中，这些 标准全部引用了ASTM相应的材料标准和材料试验标准。 2.2 我国钛及钛合金标准发展历程
我国钛及钛合金的生产起步于20世纪50年代，1964年 实现了钛加工材的工业化生产。我国钛合金的标准是随着 我国钛工业发展而建立、发展和完善的，经过40多年的发 展，目前已经形成了GB和GJB两大类体系。GB以满足民用 为主，兼顾军用的一般通用要求，采标对象主要是ASTM和 ASME。GJB则是为满足军品的需求，采标对象主要是AMS
13 B898–05e1 活性和耐熔金属包层板标准规范
表2 AMS钛类标准的分布
现行标 编号范围 标准类型
准数
备注
AMS2201–2279 公差
3 AMS2244C, 2245B, 2249G
质量控 AMS2280–2980 制与工艺 4 AMS2368B, 2380F, 2801B, 2809A
AMS4897–4998 钛合金 82
近20年来，我国也自行研制了多种牌号的高温钛合 金，主要有Ti–55、Ti–60、Ti–600及7715系列合金等。 1.2 高强钛合金
高强度钛合金一般指抗拉强度在1 000MPa以上的钛合 金。在飞机上的应用主要包括起落架的扭力臂、支柱以及 机身的承力隔梁等重要结构件。目前，代表国际先进水平 并在航空领域获得实际应用的高强度钛合金主要有β型钛
表1 ASTM B10.01委员会发布的钛类标准
序号 标准号 No.
标准名称
1 B265–09ae1 钛及钛合金带、薄板和厚板标准规范
2 B299–08 海绵钛标准规范
3 B338–09 冷凝器和热交换器用钛及钛合金无缝管和焊接 管标准规范
4 B348–09 钛及钛合金棒和棒坯标准规范
5 B363–06a 无缝和焊接的非合金钛及钛合金焊接配件标准 规范
AMS标准由美国SAE（美国汽车工程师协会）下属航
空航天理事会的航空材料分会发布，是美国材料专业数量 最多的非政府标准，作为最优秀的采购规范，在世界航空 领域享有很高的声誉，也是我国航空材料重点参照的国外 先进标准。AMS标准其有效标准的数量接近2 800项，已 有超过1 270份被美国国防部采用。分会的14个专业委员会 中，AMS–G专业委员会负责钛合金和难熔材料相关标准的 制订。根据SAE网站最新资料统计，AMS目前约有112个 现行的钛类标准，编号范围主要集中在AMS4897～4999和 AMS6900~6946（见表2）。标准中包括大量的新合金，美 国新开发钛合金的标准主要是通过AMS制定并发布的。
高温钛合金以其优良的热强性和高的比强度，在航空 发动机中获得了广泛的应用，以其为材料生产的零件包括 风扇盘、叶片、压气机盘等。欧美、俄罗斯等航空工业发 达国家先后研制出了在350℃～600℃环境中使用的高温钛 合金，使用温度逐步提高。目前已成功地应用在军用和民 用飞机发动机中的新型高温钛合金有：英国的IMI829、 IMI834合金，美国的Ti1100合金，俄罗斯的BT18Y、BT36 合金等，使用温度达550℃～600℃[1-3]。国外在传统高温钛 合金的基础上仍在进行深化研究。另外，钛铝化合物为基 的Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金属间化合物开始受到关注， 成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料。 其最大优点是高温性能好（最高使用温度分别为816℃和 982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好且质量更轻。目 前，有两个以Ti3Al为基的Ti–21Nb–14Al和Ti–24Al–14Nb– 3V–0.5Mo钛合金在美国开始批量生产。
和MIL。 2.2.1 钛合金国标的发展
1970年，我国由冶金部正式颁布了第一部钛类标准 YB761-70《钛及钛合金牌号和化学成分》，建立了以原苏 联标准为基础的我国钛加工材牌号系列。根据使用状态的 组织，将α钛合金、β钛合金和（α+β）钛合金的牌号分 别以TA、TB、TC加上合金顺序号来表示。共包括21个牌 号，其中纯钛4个，合金17个。同时发布了钛带材行业标准 YB763-70。1983年在原有冶金部标准的基础上，制订了我 国第一部《钛及钛合金牌号和化学成分》国家标准GB 36201983。删除了原标准中的3个牌号，保留了18个牌号[4]。
MIL中有关航空用的钛合金材料标准已经取消， 转化 为相应编号的AMS标准。
ASTM目前已有12 000余份标准，在世界上得到高度 关注和广泛使用。据统计，已有2 800项美国军用标准被 ASTM标准替代。ASTM体系包括的钛类相关标准共有28 个，其中活性与耐熔金属委员会下属的钛金属分委员会 B10.01制定了13项（见表1）。
6 B367–09 钛及钛合金铸件标准规范
7 B381–09 钛及钛合金锻件标准规范
8
B600– 91(2002)e1
钛及钛合金表面的去垢和清洗标准指南
9 B861–09 钛及钛合金无缝管标准规范
10 B862–09 钛及钛合金焊接管标准规范
11 B863–09 钛及钛合金丝材标准规范
12
B891– 带集成散热片的无缝和焊接钛及钛合金冷凝器 98(2004) 和热交换器管的标准规范
[收修订稿日期] 2010-03-09
Jun.2010 30
工作研究 • 《航空标准化与质量》2010年第3期
Aeronautic Standardization & Quality No.237
合金Ti–1023，Ti–15-3，β–21S，α-β型两相钛合金BT22 以及我国的TB10等。我国成功开发了TB6、TB8、TB10、 TC21等高强钛合金，其中TC21和TB10（Ti-5Mo-5V-2Cr3Al）最为典型。TC21钛合金具有高强度、高韧性、高损伤 容限性能（较低的疲劳裂纹扩展速率da/dN值和较高的疲劳 裂纹扩展门槛值∆Kth）和疲劳性能（优于普通TC4、TA15 等中等强度钛合金）等综合性能匹配，是目前我国高强韧 钛合金综合力学性能匹配最佳的钛合金材料。
2 钛合金相关标准发展 2.1 国际钛及钛合金标准现状
目前国际标准化委员会（ISO）尚无钛分标委，钛类 标准只有4个TC150分标委制定的外科植入物用钛材标准。 各国之间贸易中应用的标准主要是美国、日本、俄罗斯和 德国的标准，尤其是美国的标准。俄罗斯和德国标准近 年来变化不大，很少见到新修订的版本。美国的标准体 系中，包括钛类标准的主要有：ASTM（American Society for Testing and Materials，美国材料与试验协会）、AMS （Aerospace Material Specifications，美国宇航材料规范）、 ASME（American Society of Mechanical Engineers，美国机 械工程师协会）、MIL（美国军用标准）、AWS（American WHale Waihona Puke Baidulding Society，美国焊接协会）等，其中钛类标准较全面 的是ASTM、AMS、ASME等[1，2]。
1 航空用钛合金材料 航空工业部门是最早应用钛及钛合金材料的。1952
年，在道格拉斯的DC–7飞机的短舱及隔热墙上就使用了 钛金属。50年代初期，一些军用飞机后机身的隔热板、机 尾罩、减速板等受力不大的结构件也开始使用工业纯钛制 造。进入60年代，飞机上的襟翼滑轧、承力隔框、中翼盒 形梁、起落架梁等主要承力结构件也陆续采用了钛合金材 料制造。近年来，航空工业对高强度、低密度材料的需求 日益迫切，使得钛合金材料的应用从战斗机拓展到大型军 用轰炸机和运输机。钛合金材料的应用水平已成为衡量飞 机先进性的重要标志之一。在美国战斗机的更新换代中， 钛合金和复合材料的使用比例不断上升，第四代战斗机 F–22所使用材料中41%为钛合金，其中发动机的叶轮、盘、 叶片、机匣、燃烧室筒体和尾喷管等均为钛合金材料制 造。
[关键词] 航空；钛合金；标准 [中图分类号] TG146 ；T–65 [文献标识码] C [文章编号] 1003–6660（2010）03–0030–04
《航空标准化与质量》2010年第3期 • 工作研究
钛合金材料密度低、比强度高、耐腐蚀、组织性能稳 定性好，且具有优良的综合性能。钛合金所具有的这一系 列突出优点，使其在飞机结构和航空发动机中获得了越来 越广泛的应用。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到 了飞速发展，海绵钛和钛合金加工材的生产和消费都达到 了很高的水平。我国钛资源丰富，储量居世界前列，目前 已经成为世界上继美国、俄罗斯、日本之后，具有完整工 业体系和生产能力的世界第4大钛工业国，加强我国钛合金 材料的研究和应用推广对促进我国航空工业的快速发展具 有重要意义。伴随着钛工业的发展，我国钛及钛合金的标 准从建立、发展也已经历近40年，现已形成较为完整的标 准体系。本文在对航空用钛合金材料和相关标准的发展历 程及现状进行阐述的基础上，对航空用钛合金材料和技术 标准的未来发展趋势作了探讨。
航空标准化与质量 总第237期
航空用钛合金材料及 钛合金标准发展综述
黄天娥1 范桂彬1 闫 海1 刘东升2
（1.北京百慕航材高科技股份有限公司，北京 100095；2.北京航空材料研究院，北京 100095）
[摘要] 以航空用钛合金材料为对象，综述了相关标准的发展历程和现状，并试图对航空用钛 合金材料和技术标准的未来趋势作些探讨。
从20世纪90年代初期开始国家对标准进行修订，借 鉴美国的经验，引入了钛合金材料用户的“复验分析允许 偏差”理念，将GB 3620-1983分为两个标准，一个是GB/ T 3620.1《钛及钛合金牌号和化学成分》，和GB/T 3620.2 《钛及钛合金加工产品化学成分及成分允许偏差》。在GB/ T 3620.1中纳入了新合金牌号TA0，TA7ELI，TA9，TA10， TB3，TB4，TC11，TC12，同时删除了TA8和TC7两个合 金。牌号数量为24个。
为解决航空发动机用钛合金材料的“钛燃烧”问题， 以满足高推重比发动机的需要，美国和俄罗斯从20世纪70 年代开始就积极开展阻燃钛合金的研制，并先后成功研制 出各自的阻燃钛合金。其他各国的阻燃钛合金基本处于研 究阶段，实际应用较少。目前国外比较典型的合金有美国 的Ti–V–Cr系阻燃钛合金AlloyC、俄罗斯的Ti–Cu–Al系阻燃 钛合金BTT–1、BTT–3。BTT–1、BTT–3钛合金具有相当好 的热变形工艺性能，可用其制成复杂的零件，但力学性能 和熔铸性能差。AlloyC阻燃钛合金已成功地应用于F119发动 机的高压压气机机匣、导向叶片和矢量尾喷管。我国在此 方面的研究起步晚，与国外差距较大，主要产品为全β型 低成本阻燃钛合金Ti–40，其阻燃性能与美国的AlloyC合金 相当，已研制出机匣并装机试车。
几十年来，国内外针对航空应用所研究的钛合金材料 取得了很大发展，许多合金也得到广泛应用，其中应用最
广的是Ti–6Al–4V和Ti–6Al–2Sn–4Zr–2Mo（Ti6242）两个钛 合金牌号材料。
我国钛合金材料的研制从1956年开始，以仿制前苏 联钛合金材料为主。近年来，我国新型钛合金研究十分活 跃，研制出许多具有知识产权的新型钛合金，合金总数约 70多种，其中多数已获得广泛的应用。新开发的用于航空 领域的新型钛合金主要有高温钛合金、高强高韧β型钛合 金、阻燃钛合金等，其中高温钛合金是现代航空发动机的 关键材料之一，也是钛合金的主要发展方向之一。 1.1 高温钛合金材料
AMS6900–6946 钛合金 19 附件、
AMS7205–7498 成 品 件 和 1 AMS7498M 组合件
其它
4
AMSH81200B,AMST81915A, ARP982D, AS1814C
Jun.2010 31
《航空标准化与质量》2010年第3期 • 工作研究
航空标准化与质量 总第237期
ASME是美国机械工程师协会(The American Society of Mechanical Engineers)制订的建造规范及其材料标准。钛类 标准主要在第II卷（材料篇）的B类—非铁基材料中，这些 标准全部引用了ASTM相应的材料标准和材料试验标准。 2.2 我国钛及钛合金标准发展历程
我国钛及钛合金的生产起步于20世纪50年代，1964年 实现了钛加工材的工业化生产。我国钛合金的标准是随着 我国钛工业发展而建立、发展和完善的，经过40多年的发 展，目前已经形成了GB和GJB两大类体系。GB以满足民用 为主，兼顾军用的一般通用要求，采标对象主要是ASTM和 ASME。GJB则是为满足军品的需求，采标对象主要是AMS
13 B898–05e1 活性和耐熔金属包层板标准规范
表2 AMS钛类标准的分布
现行标 编号范围 标准类型
准数
备注
AMS2201–2279 公差
3 AMS2244C, 2245B, 2249G
质量控 AMS2280–2980 制与工艺 4 AMS2368B, 2380F, 2801B, 2809A
AMS4897–4998 钛合金 82
近20年来，我国也自行研制了多种牌号的高温钛合 金，主要有Ti–55、Ti–60、Ti–600及7715系列合金等。 1.2 高强钛合金
高强度钛合金一般指抗拉强度在1 000MPa以上的钛合 金。在飞机上的应用主要包括起落架的扭力臂、支柱以及 机身的承力隔梁等重要结构件。目前，代表国际先进水平 并在航空领域获得实际应用的高强度钛合金主要有β型钛
表1 ASTM B10.01委员会发布的钛类标准
序号 标准号 No.
标准名称
1 B265–09ae1 钛及钛合金带、薄板和厚板标准规范
2 B299–08 海绵钛标准规范
3 B338–09 冷凝器和热交换器用钛及钛合金无缝管和焊接 管标准规范
4 B348–09 钛及钛合金棒和棒坯标准规范
5 B363–06a 无缝和焊接的非合金钛及钛合金焊接配件标准 规范
AMS标准由美国SAE（美国汽车工程师协会）下属航
空航天理事会的航空材料分会发布，是美国材料专业数量 最多的非政府标准，作为最优秀的采购规范，在世界航空 领域享有很高的声誉，也是我国航空材料重点参照的国外 先进标准。AMS标准其有效标准的数量接近2 800项，已 有超过1 270份被美国国防部采用。分会的14个专业委员会 中，AMS–G专业委员会负责钛合金和难熔材料相关标准的 制订。根据SAE网站最新资料统计，AMS目前约有112个 现行的钛类标准，编号范围主要集中在AMS4897～4999和 AMS6900~6946（见表2）。标准中包括大量的新合金，美 国新开发钛合金的标准主要是通过AMS制定并发布的。
高温钛合金以其优良的热强性和高的比强度，在航空 发动机中获得了广泛的应用，以其为材料生产的零件包括 风扇盘、叶片、压气机盘等。欧美、俄罗斯等航空工业发 达国家先后研制出了在350℃～600℃环境中使用的高温钛 合金，使用温度逐步提高。目前已成功地应用在军用和民 用飞机发动机中的新型高温钛合金有：英国的IMI829、 IMI834合金，美国的Ti1100合金，俄罗斯的BT18Y、BT36 合金等，使用温度达550℃～600℃[1-3]。国外在传统高温钛 合金的基础上仍在进行深化研究。另外，钛铝化合物为基 的Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金属间化合物开始受到关注， 成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料。 其最大优点是高温性能好（最高使用温度分别为816℃和 982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好且质量更轻。目 前，有两个以Ti3Al为基的Ti–21Nb–14Al和Ti–24Al–14Nb– 3V–0.5Mo钛合金在美国开始批量生产。
和MIL。 2.2.1 钛合金国标的发展
1970年，我国由冶金部正式颁布了第一部钛类标准 YB761-70《钛及钛合金牌号和化学成分》，建立了以原苏 联标准为基础的我国钛加工材牌号系列。根据使用状态的 组织，将α钛合金、β钛合金和（α+β）钛合金的牌号分 别以TA、TB、TC加上合金顺序号来表示。共包括21个牌 号，其中纯钛4个，合金17个。同时发布了钛带材行业标准 YB763-70。1983年在原有冶金部标准的基础上，制订了我 国第一部《钛及钛合金牌号和化学成分》国家标准GB 36201983。删除了原标准中的3个牌号，保留了18个牌号[4]。
MIL中有关航空用的钛合金材料标准已经取消， 转化 为相应编号的AMS标准。
ASTM目前已有12 000余份标准，在世界上得到高度 关注和广泛使用。据统计，已有2 800项美国军用标准被 ASTM标准替代。ASTM体系包括的钛类相关标准共有28 个，其中活性与耐熔金属委员会下属的钛金属分委员会 B10.01制定了13项（见表1）。
6 B367–09 钛及钛合金铸件标准规范
7 B381–09 钛及钛合金锻件标准规范
8
B600– 91(2002)e1
钛及钛合金表面的去垢和清洗标准指南
9 B861–09 钛及钛合金无缝管标准规范
10 B862–09 钛及钛合金焊接管标准规范
11 B863–09 钛及钛合金丝材标准规范
12
B891– 带集成散热片的无缝和焊接钛及钛合金冷凝器 98(2004) 和热交换器管的标准规范
[收修订稿日期] 2010-03-09
Jun.2010 30
工作研究 • 《航空标准化与质量》2010年第3期
Aeronautic Standardization & Quality No.237
合金Ti–1023，Ti–15-3，β–21S，α-β型两相钛合金BT22 以及我国的TB10等。我国成功开发了TB6、TB8、TB10、 TC21等高强钛合金，其中TC21和TB10（Ti-5Mo-5V-2Cr3Al）最为典型。TC21钛合金具有高强度、高韧性、高损伤 容限性能（较低的疲劳裂纹扩展速率da/dN值和较高的疲劳 裂纹扩展门槛值∆Kth）和疲劳性能（优于普通TC4、TA15 等中等强度钛合金）等综合性能匹配，是目前我国高强韧 钛合金综合力学性能匹配最佳的钛合金材料。
2 钛合金相关标准发展 2.1 国际钛及钛合金标准现状
目前国际标准化委员会（ISO）尚无钛分标委，钛类 标准只有4个TC150分标委制定的外科植入物用钛材标准。 各国之间贸易中应用的标准主要是美国、日本、俄罗斯和 德国的标准，尤其是美国的标准。俄罗斯和德国标准近 年来变化不大，很少见到新修订的版本。美国的标准体 系中，包括钛类标准的主要有：ASTM（American Society for Testing and Materials，美国材料与试验协会）、AMS （Aerospace Material Specifications，美国宇航材料规范）、 ASME（American Society of Mechanical Engineers，美国机 械工程师协会）、MIL（美国军用标准）、AWS（American WHale Waihona Puke Baidulding Society，美国焊接协会）等，其中钛类标准较全面 的是ASTM、AMS、ASME等[1，2]。
1 航空用钛合金材料 航空工业部门是最早应用钛及钛合金材料的。1952
年，在道格拉斯的DC–7飞机的短舱及隔热墙上就使用了 钛金属。50年代初期，一些军用飞机后机身的隔热板、机 尾罩、减速板等受力不大的结构件也开始使用工业纯钛制 造。进入60年代，飞机上的襟翼滑轧、承力隔框、中翼盒 形梁、起落架梁等主要承力结构件也陆续采用了钛合金材 料制造。近年来，航空工业对高强度、低密度材料的需求 日益迫切，使得钛合金材料的应用从战斗机拓展到大型军 用轰炸机和运输机。钛合金材料的应用水平已成为衡量飞 机先进性的重要标志之一。在美国战斗机的更新换代中， 钛合金和复合材料的使用比例不断上升，第四代战斗机 F–22所使用材料中41%为钛合金，其中发动机的叶轮、盘、 叶片、机匣、燃烧室筒体和尾喷管等均为钛合金材料制 造。
[关键词] 航空；钛合金；标准 [中图分类号] TG146 ；T–65 [文献标识码] C [文章编号] 1003–6660（2010）03–0030–04
《航空标准化与质量》2010年第3期 • 工作研究
钛合金材料密度低、比强度高、耐腐蚀、组织性能稳 定性好，且具有优良的综合性能。钛合金所具有的这一系 列突出优点，使其在飞机结构和航空发动机中获得了越来 越广泛的应用。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到 了飞速发展，海绵钛和钛合金加工材的生产和消费都达到 了很高的水平。我国钛资源丰富，储量居世界前列，目前 已经成为世界上继美国、俄罗斯、日本之后，具有完整工 业体系和生产能力的世界第4大钛工业国，加强我国钛合金 材料的研究和应用推广对促进我国航空工业的快速发展具 有重要意义。伴随着钛工业的发展，我国钛及钛合金的标 准从建立、发展也已经历近40年，现已形成较为完整的标 准体系。本文在对航空用钛合金材料和相关标准的发展历 程及现状进行阐述的基础上，对航空用钛合金材料和技术 标准的未来发展趋势作了探讨。
航空标准化与质量 总第237期
航空用钛合金材料及 钛合金标准发展综述
黄天娥1 范桂彬1 闫 海1 刘东升2
（1.北京百慕航材高科技股份有限公司，北京 100095；2.北京航空材料研究院，北京 100095）
[摘要] 以航空用钛合金材料为对象，综述了相关标准的发展历程和现状，并试图对航空用钛 合金材料和技术标准的未来趋势作些探讨。
从20世纪90年代初期开始国家对标准进行修订，借 鉴美国的经验，引入了钛合金材料用户的“复验分析允许 偏差”理念，将GB 3620-1983分为两个标准，一个是GB/ T 3620.1《钛及钛合金牌号和化学成分》，和GB/T 3620.2 《钛及钛合金加工产品化学成分及成分允许偏差》。在GB/ T 3620.1中纳入了新合金牌号TA0，TA7ELI，TA9，TA10， TB3，TB4，TC11，TC12，同时删除了TA8和TC7两个合 金。牌号数量为24个。