前言
今天我们来介绍钛合金，一种在航空发动机、飞机、航天器中得到大量应用的材料。
钛合金具有较高的比强度，不仅密度小、重量轻，而且强度高。它还具有优秀的加工制造能力，可以经过锻造、拉拔、弯曲等工艺进行加工制造，加上其焊接性能也是非常优异的。除此以外，钛合金的抗腐蚀能力也非常强。
还有一点必须讲的，钛合金有一个非常独特的优点：同素异形体，因此钛可以通过调整加工工艺，获得所需要的性能。这都是钛合金得以广泛使用的原因。
钛的同素异形体
钛是地壳中金属元素含量第4的元素，因其活性，自然界中只能以氧化物形式存在，如氧化钛，钛铁矿等。同样因为其活性，很难提炼出来，或者成本较高。
通常，纯钛可以结晶成两种晶体状态：α钛和β钛同素异形体。在室温或者低温条件下形成的是HCP结构，称作α相；在高温时结晶形成的是BCC结构，称作β相。下图是这些相的晶格结构。β相的转变温度大约是1635℉（890 ̊C），在此温度以上所有的α相都会消失，转变为β相。
图片来源：Titanium & Titanium Alloy Categorisation - NeoNickel
未添加合金元素的钛通常被称作工业纯钛，ASTM规范中按照杂质的含量分为1到4级。室温状态下，工业纯钛是典型的α相结构。
钛中通过添加金属或非金属的合金化元素后形成钛合金。具体来看：
α相稳定元素：包括Al, N, C, O。铝元素通过替换α相中的钛，起到固溶强化的作用机理，因此铝对α相的强化非常显著。而N, C, O因原子较小，位于钛的α相晶格的间隙中，通过形成间隙固溶体来强化α相。这三个非金属元素的量要控制得很小，一旦含量过高会对合金的延展性和缺口敏感性产生恶劣影响。α相稳定元素都会提高β相转变温度。
β相稳定元素：包括Mo, V, Fe, Cr, Si, H，用于强化钛合金，并调节合金的使用温度。β相稳定元素都会降低β相转变温度。
其它元素属于中性的也会添加，如Sn, Zr等。
钛合金的分类
钛合金，包括工业纯钛，按照微观组织结构进行分类，如下表格，有α钛，近α钛，α-β钛，β钛。
注：
1，表格中只是举例，牌号不全。
2，这么多的钛合金，并不是发动机里都可以使用的。
性能
金属材料学告诉我们：组织决定性能。α钛、β钛等钛合金由于微观结构的不同，所展现的机械性能也不同。
α钛，近α钛及工业纯钛的强度中等，优点是焊接性好，抗缺口敏感性、高温抗蠕变能力佳，但通常不能通过热处理改善性能。
对比之下，α-β钛，β钛通常可以通过热处理获得需要的组织和性能。通常，α/β相具有更好的疲劳强度和韧性，β相抗裂纹性能佳，因此这类合金的抗拉强度、抗疲劳能力佳。除此以外，它们的成型、加工能力非常好。
应用
这些不同金相组织的钛合金都有各自特定的应用场合。比如某些工业纯钛用于换热器、潜艇，α钛用于发动机叶片，β钛用于整体叶盘，等等。其中大家熟悉的TC4，即Ti 6Al-4V是世界上使用最为广泛的钛合金。
下部内容是钛合金的熔炼工艺、熔炼缺陷、工艺改进，以及合金认证的要求，超声检测等。敬请期待。
