鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質(zhì)異晶體：882℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)α鈦,，882℃以上為體心立方的β鈦,。
鈦合金具有強度高而密度又小，機械性能好,，韌性和抗蝕性能很好,。另外，鈦合金的工藝性能差,，切削加工困難,，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì),。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜,。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開始的,。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約 8%的增長速度發(fā)展,。世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達4萬余噸,鈦合金牌號近30種,。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦（TA1、TA2和TA3）,。
鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件,，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件,。60年代中期,，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極,，發(fā)電站的冷凝器,，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料,。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等,。
中國于1956年開始鈦和鈦合金研究；60年代中期開始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金,。
鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料,，比重,、強度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比鋁,、鋼強度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能,。1950年美國首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機上用作后機身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩,、機尾罩等非承力構(gòu)件,。60年代開始鈦合金的使用部位從后機身移向中機身、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框,、梁,、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。鈦合金在軍用飛機中的用量迅速增加,，達到飛機結(jié)構(gòu)重量的20%～25%,。70年代起，民用機開始大量使用鈦合金,，如波音747客機用鈦量達3640公斤以上,。馬赫數(shù)大于 2.5的飛機用鈦主要是為了代替鋼，以減輕結(jié)構(gòu)重量,。又如,，美國SR-71 高空高速偵察機(飛行馬赫數(shù)為3，飛行高度26212米),，鈦占飛機結(jié)構(gòu)重量的93%,，號稱“全鈦”飛機。當(dāng)航空發(fā)動機的推重比從4～6提高到8～10,，壓氣機出口溫度相應(yīng)地從200～300°C增加到500～600°C時,，原來用鋁制造的低壓壓氣機盤和葉片就必須改用鈦合金，或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機盤和葉片,，以減輕結(jié)構(gòu)重量,。70年代，鈦合金在航空發(fā)動機中的用量一般占結(jié)構(gòu)總重量的20%～30%,，主要用于制造壓氣機部件,，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機盤和葉片,、鑄鈦壓氣機機匣,、中介機匣、軸承殼體等,。航天器主要利用鈦合金的高比強度,，耐腐蝕和耐低溫性能來制造各種壓力容器、燃料
合金元素根據(jù)它們對相變溫度的影響可分為三類：
①穩(wěn)定α相,、提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素為α穩(wěn)定元素,有鋁,、碳,、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素,，它對提高合金的常溫和高溫強度,、降低比重、增加彈性模量有明顯效果,。
②穩(wěn)定β相,、降低相變溫度的元素為β穩(wěn)定元素，又可分同晶型和共析型二種,。前者有鉬,、鈮、釩等,；后者有鉻,、錳、銅,、鐵,、硅等。
③對相變溫度影響不大的元素為中性元素,，有鋯,、錫等。
氧,、氮,、碳和氫是鈦合金的主要雜質(zhì)。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對鈦合金有顯著強化效果,但卻使塑性下降,。通常規(guī)定鈦中氧和氮的含量分別在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下,。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過多的氫會產(chǎn)生氫化物,，使合金變脆,。通常鈦合金中氫含量控制在 0.015%以下。氫在鈦中的溶解是可逆的,，可以用真空退火除去,。
室溫下，鈦合金有三種基體組織,，鈦合金也就分為以下三類：α合金,，(α+β)合金和β合金。中國分別以TA,、TC,、TB表示。
固溶體組成的單相合金,，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應(yīng)用溫度下,，均是α相,，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦,，抗氧化能力強,。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強度和抗蠕變性能,，但不能進行熱處理強化,，室溫強度不高。
β鈦合金
它是β相固溶體組成的單相合金,，未熱處理即具有較高的強度,，淬
火、時效后合金得到進一步強化,，室溫強度可達1372～1666 MPa,；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用,。
相合金,，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好,，有良好的韌性,、塑性和高溫變形性能，能較好地進行熱壓力加工,，能進行淬火,、時效使合金強化。熱處理后的強度約比退火狀態(tài)提高50%～100%,；高溫強度高,，可在400℃～500℃的溫度下長期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金,。
三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金,；α鈦合金的切削加工性最好，α+β鈦合金次之,，β鈦合金最差,。α鈦合金代號為TA，β鈦合金代號為TB,，α+β鈦合金代號為TC,。
鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強合金,、耐蝕合金（鈦-鉬,，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等,。
熱處理：鈦合金通過調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織,。一般認為細小等軸組織具有較好的塑性,、熱穩(wěn)定性和疲勞強度；針狀組織具有較高的持久強度,、蠕變強度和斷裂韌性,；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。
切削特點
鈦合金的硬度大于HB350時切削加工特別困難,，小于HB300時則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象,，也難于切削。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個方面,，關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué),、物理、力學(xué)性能間的綜合對其切削加工性的影響,。鈦合金有如下切削特點：
(1)變形系數(shù)?。哼@是鈦合金切削加工的顯著特點，變形系數(shù)小于或接近于1,。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大,，加速刀具磨損。
(2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很?。ㄖ幌喈?dāng)于45號鋼的1/5～1/7）,，切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產(chǎn)生的熱不易傳出,，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),，切削溫度很高。在相同的切削條件下,，切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上,。
(3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時約小20%，由于切屑與前刀面的接觸長度極短,，單位接觸面積上的切削力大大增加,，容易造成崩刃。同時,，由于鈦合金的彈性模量小,，加工時在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形,，引起振動,，加大刀具磨損并影響零件的精度。因此,，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性,。
(4)冷硬現(xiàn)象嚴重：由于鈦的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下,，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮,；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化,。冷硬現(xiàn)象不僅會降低零件的疲勞強度，而且能加劇刀具磨損,，是切削鈦合金時的一個很重要特點,。
(5)刀具易磨損：毛坯經(jīng)過沖壓、鍛造,、熱軋等方法加工后,，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現(xiàn)象,，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序,。另外，由于鈦合金對刀具材料的化學(xué)親和性強,，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下,，刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。車削鈦合金時,，有時前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴重,；進給量f<0.1 mm/r時，磨損主要發(fā)生在后刀面上,；當(dāng)f>0.2 mm/r時,，前刀面將出現(xiàn)磨損；用硬質(zhì)合金刀具精車和半精車時,，后刀面的磨損以VBmax小于0.4 mm較合適,。
在銑削加工中，由于鈦合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)低,，而且切屑與前刀面的接觸長度極短,，切削時產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削變形區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),，加工時切削刃刃口處會產(chǎn)生極高的切削溫度,，將大大縮短刀具壽命。對于鈦合金Ti6Al4V來說,，在刀具強度和機床功率允許的條件下,，切削溫度的高低是影響刀具壽命的關(guān)鍵因素，而并非切削力的大小,。
高釩高速鋼（如W12Cr4V4Mo）,、高鈷高速鋼（如W2Mo9Cr4VCo8）或鋁高速鋼（如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al）等刀具材料,，適于制作切削鈦合金的鉆頭,、鉸刀、立銑刀、拉刀,、絲錐等刀具,。
采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金，可取得顯著效果,。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下,，切削速度可達200 m/min；若不用切削液,，在同等磨損量時,，允許的切削速度僅為100m/min。
應(yīng)力腐蝕開裂,。
(3)切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發(fā)有毒氣體,，使用時宜采取安全防護措施，否則不應(yīng)使用,；切削后應(yīng)及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件,，清除含氯殘留物。
(4)禁止使用鉛或鋅基合金制作的工,、夾具與鈦合金接觸,，銅、錫,、鎘及其合金也同樣禁止使用,。
(5)與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈,；經(jīng)清洗過的鈦合金零件,，要防止油脂或指印污染，否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應(yīng)力腐蝕,。
(6)一般情況下切削加工鈦合金時,，沒有發(fā)火危險，只有在微量切削時,，切下的細小切屑才有發(fā)火燃燒現(xiàn)象,。為了避免火災(zāi)，除大量澆注切削液之外,，還應(yīng)防止切屑在機床上堆積,，刀具用鈍后立即進行更換，或降低切削速度,，加大進給量以加大切屑厚度,。若一旦著火，應(yīng)采用滑石粉,、石灰石粉末,、干砂等滅火器材進行撲滅，嚴禁使用四氯化碳,、二氧化碳滅火器,，也不能澆水，因為水能加速燃燒,，甚至導(dǎo)致氫爆炸,。