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试验结果与检测分析2.1 TC4钛合金退火工艺试验与检测分析
试验用TC4钛合金退火温度为780℃，保温时间为90min，试验用TC4钛合金退火工艺与硬度的关系见表3。从表3的数据可以看出，试验用TC4钛合金退火后硬度为32.2HRC，略高于原材料的硬度（31.4HRC）。
试验用TC4钛合金原材料的退火组织如图1所示，其显微组织为趋等轴状初生α＋β。
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３）熔点高。钛合金的熔点显著高于钢铁材料，所以钛合金紧固件的耐热性比钢制紧固件耐热性好。表１ 紧固件用不同材料特性比较
４）热膨胀系数和弹性模量小。根据热应力计算公式:Δσ＝ＥαΔＴ （１）式中:Ｅ 为弹性模量；α 为热膨胀系数；ΔＴ 为温度变化。由式（１）可知，钛合金材料的热膨胀系数和弹性模量比镍合金和钢铁材料小，在相同温度变化区间内，钛合金产生的热应力很小，所以钛合金具有较高的热疲劳性能。
在电影《钢铁侠》中有一个情节是，托尼在第二代战甲试飞过程中，挑战盔甲战衣强度，一直飞向天空，但是上升到一定高度后，全身结冰的问题突出明显，战甲表面开始结冰，而且电力系统也出现问题，托尼从高空降下后才慢慢恢复。为了防止钢铁盔甲结冰，第三代钢铁侠战甲就用了钛合金，这其实是有科学依据的。钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。有些钛合金在零下253度仍有一定塑性，飞行器飞到地球大气最冷的大气中间层(距离地面50 km～85 km)温度也只有零下八十到零下一百一十的温度，所以钛合金是制造飞行器最好的选择。
在现实中，能飞出大汽层的可能只有火箭了。但这并不代表钛合金只能应用在航天航空行业中。钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高，在工业中有很多特定的环境和空间需要用到钛合金制造的零配件。
钛合金加工是一个复杂且专业性很强的过程，涉及到多种技术和工艺，以确保材料的高性能和加工的经济性。加工钛合金时，还需注意控制加工环境，避免材料吸氧、氢和氮，导致性能下降。此外，选择合适的加工参数和刀具路径，以及进行必要的中间退火，都是保证加工质量和效率的关键。钛合金加工制造的英文是 "Titanium Alloy Parts Manufacturing"。德文是 "Herstellung von Titanlegierungsbauteilen"。俄文是 "Производство деталей из титановых сплавов"。
钛合金的加工性能和最终的力学性能很大程度上取决于其微观组织结构。热处理，包括退火、时效处理和定向再结晶等，被用来优化钛合金的微观结构，从而提升其机械性能和加工性。例如，退火可以消除加工硬化，恢复材料的塑性，而时效处理则可以强化材料。机械加工技术: 切削:钛合金切削时，由于其硬度较高和导热性差，需要采用硬质合金刀具，特别是钨钴类硬质合金，因为它们与钛的化学亲和力小，导热性相对较好。切削过程中，采用较小的前角和较大的后角，以及圆弧过渡刃，可以减少刀具磨损和提高加工质量。 磨削、铣削、钻削、镗孔、攻丝:这些加工方法同样需要选择合适的刀具材料和加工参数，以防止刀具过早磨损和工件变形。
电火花加工（EDM）和线切割适用于加工硬质材料的复杂形状，尤其在需要极高精度时。 焊接技术:钛合金焊接时，因为其高熔点和化学活性，容易产生气孔和富集效应，因此常采用TIG（钨极惰性气体保护焊）、激光焊和等离子弧焊等高能密度焊接方法，并在保护性气氛下进行，以减少污染。 表面处理技术:为了提高钛合金的耐磨性、耐蚀性等，会采用表面处理技术，如化学转化膜处理、喷砂、电镀、离子渗镀、等离子喷涂等。
锻造和轧制:热锻和热轧是将钛合金坯料在高温下变形，以形成所需形状和尺寸，冷轧则是在室温或接近室温下进行，适用于需要高精度尺寸和表面质量的产品。
结构钛合金发展与应用随着飞机设计理念逐渐由过去的单纯静强度转变到一寿命、破损一，直至现代的损伤容限设计理念．钛合金材料也逐步向具有高断裂韧性和低裂纹扩展速率的损伤容限型钛合金方向发展。目前，国外发达国家已经在新型损伤容限型钛合金材料研制和在飞机上的应用方面走在了前列，是像中强度的Ti一6Al-4V ELI和高强度的Ti-6-2222S等，已经成功地应用在了美国F-22、F-35和C-17等新一代飞机中。大大地提高了飞机的使用寿命和战斗力。随着飞机设计理念的发展，钛合金结构的损伤容限设计思路在我国也开始得到关注。自“十五”以来，我国先后自主开发了TC4一DT中强高韧损伤容限型钛合金和TC21高强高韧损伤容限型钛合金，并建立了损伤容限型钛合金的B加1一技术，为我国新型飞机的研制奠定了材料应用技术基础。为了满足航空、航天结构用钛合金的发展需要，我国自主研发了低强高韧性的丝材钛合金(NbTi)和管材合金(TAl8)，1300 MPa一2000 MPa系列超高强度钛合金(TB8、TBl9、TB20)等，初步形成了具有中国特的飞机结构用新型钛合金材料体系，奠定了新一代航空、航天结构用钛合金的应用框架结构。具体性能见表1。
图3 Ti合金及添加不同质量分数TiB 2 钛基复合材料的电子背散射衍射形貌和α片层尺寸分析:（a）Ti‒6Al‒4V；（b）0.16%TiB 2 ；（c）1.61%TiB2；（d）3.22%TiB2随着我国科技“三步走”战略布和航空航天工业的发展，高温钛合金领域被高度重视。高性能钛基复合材料是高温钛合金的进一步发展方向，其理论使用温度可突破600 ℃，可以显著扩大钛合金的应用范围，传统制造方法在材料显微组织、制备技术及后处理等方面已经取得较多研究成果。随着增材制造技术在航空航天核心功能部件中的应用，将原位生成颗粒增强钛基复合材料与增材制造技术相结合，制备致密化水平高、耐高温、高强度的复合材料，研究增强体的种类、形状尺寸、体积分数对粉体熔化凝固特性影响规律，使钛基中TiB、TiC增强相达到纳米级，不仅可以提高复合材料的硬度和强度，而且可以提高复合材料的延展性。
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增材制造（additive manufacturing，AM）技术凭借着的无需开模全数字化、凝固速度和近净成形复杂零部件的优势，使其在航空航天领域结构件和功能件的示范应用越来越广泛，为金属基复合材料的制备提供一种具潜力的新方法。本文围绕高温钛合金及增材制造制备钛基复合材料，从微观组织特性、增强相选择、力学性能等方面系统梳理了现阶段国内外高温钛合金及其复合材料研究进展，并对该领域的发展趋势进行了展望，探讨钛基功能梯度材料在航空制造方面的应用。