鎳鈦合金是一種形狀記憶合金，形狀記憶合金是能將自身的塑性變形在某一特定溫度下自動恢復為原始形狀的特種合金，具有良好的可塑性、耐磨損、抗腐蝕、高阻尼和超彈性等優異特點。

越輕(密度小)越結實(材料強度高)的材料是飛機設計優先選用的材料，比如鈦合金之類的材料。但是材料成本，加工難度，維護保養等方面綜合考慮後才最終決定該選用什麼材料。有些軍用飛機設計為了突出某方面的效能，透過犧牲成本等因素，那麼可以選用更輕高強材料。

航空器在飛行過程中會與空氣劇烈摩擦產生大量熱量，同時在相同體積下航空器的質量越小，所需的燃料越少，所以航空器的設計選材要考慮耐高溫、密度小、成本低、強度高等等。

我們經常會聽到鈦合金產品，也經常會聽到有人提及航空航天會使用鈦合金材料進行零部件加工，其實，鈦跟航空航天有著非同尋常的關係，早在1953年，在美國道格拉斯公司生產的DC-T機發動機吊艙和防火壁上首次便使用了鈦材，從而揭開了鈦應用到航空的歷史。從那時開始，鈦在航空航天領域上已應用了半個多世紀。鈦能在航空上廣泛應用是由於它有適於飛機應用的許多寶貴特性。

鈦的特性

1、熱強度高：使用溫度比鋁合金高几百度，可在450～500℃的溫度下長期工作。

2、強度高：是鋁合金的1.3倍，鎂合金的1.6倍，不鏽鋼的3.5倍，金屬材料中的冠軍。

3、低溫效能好：間隙元素極低的鈦合金TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。

4、抗蝕性好：耐酸、耐鹼、耐大氣腐蝕，對點蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強。

5、化學活性大：高溫時化學活性很高，輕易與空氣中的氫、氧等氣體雜質發生化學反應，生成硬化層。

6、導熱係數小、彈性模量小：導熱係數約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導熱係數比鈦的導熱係數約下降50％。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2。

現代飛機的航行最高時速已達到音速的2.7倍以上。這麼快的超音速飛行，會使飛機與空氣摩擦而產生大量的熱。當飛行速度達到音速的2.2倍時，鋁合金就經受不住了。必須採用耐高溫的鈦合金。

當航空發動機的推重比從4～6提高到8～10，壓氣機出口溫度相應地從200～300℃增加到500～600℃時，原來用鋁製造的低壓壓氣機盤和葉片就必須改用鈦合金。</p><p> 近年來科學家們對鈦合金效能的研究工作，不斷取得新的進展。原來由鈦、鋁、釩組成的鈦合金，最高工作溫度為550℃～600℃，而新研製的鈦化鋁（TiAl）合金，最高工作溫度已提高到1040℃。

用鈦合金代替不鏽鋼製造高壓壓氣機盤和葉片，可以減輕結構重量。飛機每減輕重10%，可節省燃料4%。對火箭來說，每減輕1kg的重量，就可增加15km的射程。

鈦合金主要用於飛機及發動機的製造材料，如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、發動機罩、排氣裝置等零件以及飛機的大梁隔框等結構框架件。航天器主要利用鈦合金的高比強度，耐腐蝕和耐低溫效能來製造各種壓力容器、燃料貯箱、緊韌體、儀器綁帶、構架和火箭殼體。人造地球衛星、登月艙、載人飛船和太空梭也都使用鈦合金板材焊接件。

鈦與航空有著不解之緣。1953年,在美國道格拉斯公司生產的DC-T機發動機吊艙和防火壁上首次使用鈦材，從而揭開了鈦航空應用的歷史。從那時以來，鈦在航空上已應用了半個多世紀。鈦能在航空上廣泛應用是由於它有適於飛機應用的許多寶貴特性。今天我們就來講講航空材料為什麼必須要用鈦合金。

一、鈦的簡介

1948年美國杜邦公司才用鎂法成噸生產海綿鈦——這標誌著海綿鈦即鈦工業化生產的開始。而鈦合金因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用於各個領域。

鈦在地殼中含量較豐富，含量排第九位，遠高於銅、鋅、錫等常見金屬。鈦廣泛存在於許多岩石中，特別是砂石和粘土中。

二、鈦的特性

強度高：是鋁合金的1.3倍，鎂合金的1.6倍，不鏽鋼的3.5倍，金屬材料中的冠軍。

熱強度高：使用溫度比鋁合金高几百度，可在450～500℃的溫度下長期工作。

抗蝕性好：耐酸、耐鹼、耐大氣腐蝕，對點蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強。

低溫效能好：間隙元素極低的鈦合金TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。

化學活性大：高溫時化學活性很高，輕易與空氣中的氫、氧等氣體雜質發生化學反應，生成硬化層。

導熱係數小、彈性模量小：導熱係數約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導熱係數比鈦的導熱係數約下降50％。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2。

三、鈦合金的分類及用途

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。

儘管鈦及其合金應用的歷史不長，但由於它那超眾的效能，已經獲得了多個光榮稱號。首先榮獲的稱號就是“空間金屬”。它重量輕、強度大又耐高溫，特別適於製造飛機和各種航天器。目前世界上生產的鈦及鈦合金，大約有四分之三都用於航空航天工業。許多原來用鋁合金的部件，都改用了鈦合金。

四、鈦合金的航空應用

鈦合金主要用於飛機及發動機的製造材料，如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、發動機罩、排氣裝置等零件以及飛機的大梁隔框等結構框架件。航天器主要利用鈦合金的高比強度，耐腐蝕和耐低溫效能來製造各種壓力容器、燃料貯箱、緊韌體、儀器綁帶、構架和火箭殼體。人造地球衛星、登月艙、載人飛船和太空梭也都使用鈦合金板材焊接件。

1950年美國首次在F-84戰鬥轟炸機上用作後機身隔熱板、導風罩、機尾罩等非承力構件。60年代開始鈦合金的使用部位從後機身移向中機身、部分地代替結構鋼製造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構件。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公斤以上佔機重28%。隨著加工工藝技術的發展，在火箭、人造衛星和宇宙飛船上，也用了大量的鈦合金。

飛機越先進，使用的鈦越多。美國F—14A戰鬥機使用的鈦合金，約佔機重的25%；F—15A戰鬥機為25.8%；美國第四代戰鬥機用鈦量為41%，其F119發動機用鈦量為39%，是目前用鈦量最高的飛機。

五、鈦合金在航空中被大量應用的原因

現代飛機的航行最高時速已達到音速的2.7倍以上。這麼快的超音速飛行，會使飛機與空氣摩擦而產生大量的熱。當飛行速度達到音速的2.2倍時，鋁合金就經受不住了。必須採用耐高溫的鈦合金。

當航空發動機的推重比從4～6提高到8～10，壓氣機出口溫度相應地從200～300℃增加到500～600℃時，原來用鋁製造的低壓壓氣機盤和葉片就必須改用鈦合金。

近年來科學家們對鈦合金效能的研究工作，不斷取得新的進展。原來由鈦、鋁、釩組成的鈦合金，最高工作溫度為550℃～600℃，而新研製的鈦化鋁（TiAl）合金，最高工作溫度已提高到1040℃。

用鈦合金代替不鏽鋼製造高壓壓氣機盤和葉片，可以減輕結構重量。飛機每減輕重10%，可節省燃料4%。對火箭來說，每減輕1kg的重量，就可增加15km的射程。

鈦合金材料飛機起落架零件

六、鈦合金機加工特性分析

首先，鈦合金導熱係數低，僅是鋼的1/4，鋁的1/13，銅的1/25。因切削區散熱慢，不利於熱平衡，在切削加工過程中，散熱和冷卻效果很差，易於在切削區形成高溫，加工後零件變形回彈大，造成切削刀具扭矩增大、刃口磨損快，耐用度降低。

其次，鈦合金的導熱係數低，使切削熱積於切削刀附近的小面積區域內不易散發，前刀面摩擦力加大，不易排屑，切削熱不易散發，加速刀具磨損。最後，鈦合金化學活性高，在高溫下加工易與刀具材料起反應，形成溶敷、擴散，造成粘刀、燒刀、斷刀等現象。

飛機外殼材質比較多，如鎂鋁合金、鈦合金、高分子複合材料等，小型飛機外殼用玻璃鋼、碳纖維等。

鈦合金一般分為鈦鉬合金、鈦鈀合金、鈦鐵合金、鈦鎳合金等。

鎳鈦合金是一種被稱為“記憶合金”的形狀記憶合金，因其具有形狀記憶功能、很好的延展性、良好的導電性。它能將自身的塑性變型在特定溫度下自動恢復原形狀。鎳鈦合金主要用在宇宙飛船自展天線、醫學及一些工程方面。

首先我們需要先來認識一下，什麼是鎳鈦合金。

鎳鈦合金是一種形狀記憶合金，形狀記憶合金是能將自身的塑性變形，在某一特定溫度下自動恢復為原始形狀的特種合金。它的伸縮率在20%以上，疲勞壽命達1*10的7次方，阻尼特性比普通的彈簧高10倍，其耐腐蝕性優於目前最好的醫用不鏽鋼，因此可以滿足各類工程和醫學的應用需求，是一種非常優秀的功能材料。

雖然鎳鈦合金是一種非常優秀的材料，但是它多用於醫學領域，航空領域主要還是以鈦合金為主。

自萊特兄弟發明飛機以來，如何儘量減輕機體重量又不會降低結構強度一直就是航空業要優先解決的難題之一。當集鋼的強度高和鋁的質地輕於一身的鈦投入批次生產後，自然讓“斤斤計較”的飛機設計師們如獲至寶，幾乎包下了早期所有的鈦產品，鈦因而又被捧為“空中金屬”。在實際應用中，除了能夠大幅減輕內部結構重量外，鈦合金還能取代耐熱性較差的鋁合金用在飛機機身上的高溫部位，以及在發動機中取代部分鋼製部件，可減重超過 30%，有利於提高推重比。隨著飛機上使用的複合材料越來越多，鈦合金不僅在強度和剛度上有較好的匹配性，而且兩者之間不易產生電化學腐蝕，因此相應部位的結構件和緊韌體多配以鈦合金。此外，鈦合金具有相當高的疲勞強度和抗腐蝕性，可以滿足飛機和發動機在可靠性和使用壽命上越來越高的要求。

號稱“全鈦飛機”的SR-71偵察機

在航空噴氣發動機所用的材料中，鈦佔據的比例更高，尤其是壓氣機部分，鈦合金多用於製造壓氣機盤、葉片、機匣和涵道等部件。早期美國 F-4戰鬥機所用的 J79 發動機中鈦用量只有50kg，還不到總重量的 2%。目前大多數發動機的鈦用量已經增長到佔總重量的 25 ～ 30%，如波音 747、767 客機上的 JT9D 發動機鈦用量為 25%，C-5A軍用運輸機上的 TF39 發動機鈦用量為27%。而新型發動機的鈦用量已經突破了 30% 大關，如在空中客車 A320 的V2500 發動機上為 3l%、在 F-22 戰鬥機的 F119 發動機上為 40%。要是按所製成的零部件在發動機中所佔體積來比較的話，鈦合金已經超過鎳合金和鋼的總和，同樣位居第一。

F-22的F119發動機在壓氣機、燃燒室和尾噴管等處都用到了鈦合金

對於要克服地心引力衝出大氣層的航天器來說，減輕自身重量、提高有效載荷和耐熱性的要求更為突出，鈦合金也就有了大顯身手的機會。美國在“雙子星”載人航天計劃和“阿波羅”載人登月計劃中都用到了鈦合金，主要用於製造固體燃料容器、火箭發動機部件、登月艙、各種接合器和緊韌體等，對減輕結構重量和降低疲勞破壞有明顯效果。太空梭的機翼前部要承受 500℃的高溫，用鈦合金取代耐熱合金不僅能滿足使用要求，還可減少 40% 的重量。在太空梭的後部還裝有鈦合金推力結構架，用於支撐提供推力的 3 臺發動機。研究中的 NASP 空天飛機也計劃採用以碳化矽增強的鈦合金複合材料，作為外蒙皮和內部結構用材，能經受超高速飛行時的空氣衝擊和高熱環境。

在民用行業，從冶金、化工、能源等重工業到建築、汽車、醫療、體育甚至是時尚消費品，鈦的應用也令人矚目，成為耀眼的“多棲明星”。不過，航空航天部門仍然是最重要的用鈦大戶，美國航空航天工業的鈦需求量佔到全美鈦需求總量的 70% 以上，在歐洲和俄羅斯也佔到 60% 左右。