钛合金具有密度低、比强度和比刚度高、抗腐蚀能力优异等特点，是一种具有巨大发展潜质及应用前景的新型结构材料。钛合金尤其是高强钛合金是现代飞行器和发动机的主要制造材料之一，能够很好地实现减重效果，提高结构效率。

 

由于高强钛合金具备高强度密度比、优良的淬透性和出色的抗疲劳性等特点，是目前钛合金发展和应用的主要方向之一，现如今很多高速飞行器（如飞机、火箭）普遍使用高强钛合金作为主要的结构材料。

 

高强钛合金通常指经过热处理后室温拉伸强度高于1100 MPa的钛合金，可分为以Ti-6-22-22S为代表的α+β型两相钛合金，以及以Ti-5553为代表的β型钛合金。虽然在钛合金高强化方面，α+β钛合金广泛受到关注，但在深硬化能力及实际生产过程等方面，β钛合金有着十分显著的优势。

 

钛合金的物理、化学性质及力学性能都会受到合金中所含元素的不同和多少的影响，在设计高强β钛合金时应考虑其满足的服役条件，确定所需的性能，来选择合适的元素进行合金化，同时必须考虑β稳定元素的选择与含量控制。对β钛合金来说，β稳定元素的种类和添加量的差异都对合金的性能产生很大的影响。

 

β钛合金的分类与微合金化

 

1.β钛合金的分类

 

β钛合金是指钛合金中存在的元素以β稳定元素为主，并在β相变点以上淬火得到的组织全部都由β相组成的钛合金。因为这种钛合金成分中含有大量的β稳定元素，所以把它定义为β钛合金，其中β稳定元素（分为同晶型与共析型，见图1）就是能扩大β相区或者使β转变温度下降的元素。

图1 β稳定元素的分类

 

共析型β稳定元素如Cr、Fe、Cu、Mn、Co等元素，高温下在钛合金中有一定的固溶度，冷却速度较低，或经时效后可以析出α相。

同晶型β稳定元素如Mo、Nb、V等，在β-Ti中的固溶度相对较大，对合金有固溶强化的作用，还可以降低β转变温度。

20世纪50年代，麦克格维提出按退火后组织中的相种类进行分类。但是在工业生产中钛合金总是会出现非平衡组织。所以当前一般按照亚稳状态下组织中相的种类以及合金中β稳定元素含量来划分钛合金的种类，即分为近β钛合金及亚稳β钛合金。

为了能进一步了解不同合金元素对钛合金的影响，并保障β相稳定性，现在常使用钼当量作为划分钛合金的准则，同时在设计钛合金的成分时钼当量也是一种十分重要的参考准则。

我国常用的钼当量计算公式如式（1）所示，但对于β钛合金而言，由于铝当量的影响，需要对钼当量公式进行修正，式（2）即为修正后的公式。

 

根据修正后的计算公式，普遍认为当β钛合金的Mo当量大于10%时，在β相区淬火后获得的组织就只包含β相。认为当8.5%＜[Mo]eq＜10.8%时为近β钛合金。当13.8%＜[Mo]eq＜25%时为亚稳定β钛合金，这类合金在β相区固溶并快冷后得到的组织基本上只有亚稳β相。当25%＜[Mo]eq时为稳定β钛合金，这类合金经过退火后得到的组织中只有β相，室温下的组织十分稳定，并且没有热效应。

 

图2列出了几种常见β钛合金的钼当量，其中BT22为典型的近β钛合金，具备高强度、优异的塑韧性及焊接性；β21-S是典型的亚稳β钛合金，具有优异的高温抗氧化能力、抗蠕变性能。综上所述，根据钼当量的不同，β钛合金可分为近β钛合金、亚稳定β钛合金以及稳定β钛合金。

 

图2 几种常见β钛合金的钼当量

 

2.β钛合金的微合金化

 

对于钛合金来说，合金元素的种类以及含量均会影响合金的性能。而对于β钛合金，主要问题是如何选择β稳定元素以及控制β稳定元素的添加量。

在钛合金中加入足量的β稳定元素，可以使组织中析出很多亚稳β相，进而对合金产生强化效果。并且在固溶后的时效过程中还会析出弥散的第二相粒子，从而对基体起到析出强化的作用，使合金得到进一步强化。

但是，若加入过量的β稳定元素，在合金的熔炼过程中容易出现元素的偏析及夹杂，同时还会过度稳定β相，使亚稳β相在后续过程中不易分解，减弱它的析出强化能力。

在高强β钛合金微合金化时常添加的β稳定元素有Mo、V、Cr、Fe、Nb、Ni等。Mo和V是最常用的β稳定元素，常以置换的方式溶入β钛合金中，在提高合金强度的同时还不会严重损害合金塑性。

Mo作为一种强β稳定元素，在β钛合金中的溶解度非常大。含钼元素的钛合金可以通过淬火后时效的方法大幅度提升合金的强度。除此之外，Mo还能改善钛合金的抗腐蚀、抗氧化能力，如β-21S合金所展示的那样。钼元素不仅可以使合金抗裂纹扩展能力、室温及高温强度明显提升，还可以改善合金的塑性以及抑制含Al、Cr、Fe等元素的钛合金中出现共析及包析反应，并提高含有铬、铁元素合金的组织热稳定性。

钒元素作为同晶型稳定元素在β钛合金中的溶解度也很大。与Mo一样，V也可以抑制钛合金中出现的共析反应并提高组织稳定性。此外钒元素对α相有极强的固溶强化作用，还可以降低亚稳β钛合金的流变抗力，但钒元素的加入会使合金的耐热性及高温抗蠕变性能变差。

共晶型元素Nb也是β钛合金常添加的元素，Nb可以提高合金的抗氧化性，还可以一定程度上细化α相，提高合金塑性。且随着Nb含量的增加，α相含量逐渐减少，而ω相（即β稳定元素溶于α相中形成的一种过饱和固溶体）含量逐渐增加。

Fe和Cr是β钛合金常添加的共析型β稳定元素，它们的活性很低，一般要在共析转变温度下保温一段时间（短则几个小时，长则要几十天）才会发生转变。Fe和Cr相对于Mo和V来说，β相的稳定效果要更好，并且对β钛合金有很好的强化作用。

 

但含铁元素的钛合金热稳定性很差，在较低温度甚至室温下β固溶体都有可能发生分解。另外Fe的加入容易导致钛合金产生严重的偏析，并且Fe非常容易引起β相局部析出，从而导致钛合金的抗腐蚀能力下降。所以钛合金中Fe的加入量一般很少。

 

相对于Fe元素，Cr不会造成很严重的偏析。并且铬元素的添加能够确保钛合金的热处理强化效应较好，同时还可以改善合金的室温塑性、强度。然而Cr在高温下易与Ti反应生成TiCr2，会导致合金的塑性变差。由于Fe和Cr与Ti之间存在共析反应，若添加量过多会使合金变脆，并且在熔炼时铁元素还会形成β斑等冶金缺陷，所以要严格控制Fe和Cr的含量。

 

如今β钛合金在进行成分设计时，一般是按照“多元少量”的原则。对于一些活性共析型β稳定元素，比如Cu、Ag和Si在β钛合金中极易发生共析反应，并且含活性共析元素的合金经淬火后组织中只包括马氏体，得不到亚稳β相，所以在合金化时一般不考虑添加这类元素。

 

Al虽然是α稳定元素，但它对β钛合金来说也十分重要，是β钛合金中常用的添加元素，β钛合金中Al的含量一般在3%～6%。添加一定量的Al不仅可以提高β钛合金的强度，还可以加速亚稳β相分解后产生的脆性ω相向次生α相转变。但是若加入的Al含量过多会导致合金中形成有序相Ti3Al（α2相），这种有序相在低温时效时会使合金变脆，且会损害钛合金的塑韧性及抗应力腐蚀性能。

 

与Ti相比，Al的密度及原子半径都比较小，Al的加入会提高β钛合金中各原子间的结合力，在显著提高合金比强度的同时还可以保持较好的塑性；还可以降低钛合金的熔点及密度，提高合金的抗氧化性能及再结晶温度。在熔炼时难熔金属元素常以Al合金的形式熔入到β钛合金中，如Al-Mo合金、VAl合金等，可以降低钛合金的生产成本，同时避免铸锭在熔炼时出现高密度夹杂等缺陷。

 

Zr、Sn是β钛合金中常见的中性元素。Zr和Ti的化学、物理性质相近，原子尺寸相差不多，可以在β-Ti中无限固溶，而Sn在β-Ti中的溶解度也很大，最高可达32%。Zr、Sn都可以通过固溶强化的方式来提高β钛合金的强度，并且对亚稳β相有很好的稳定效果，抑制时效时ω相的析出。此外，Zr、Sn还可以改善钛合金的热强性，并且Sn在提高热强性的条件下没有对合金的室温塑性产生不利影响，而Zr在温度较高时对钛合金有十分显著的强化效果。

 

国内外β钛合金的发展现状

 

随着航空航天行业不断地发展，钛及钛合金复合材料作为一种常用的结构材料得到了快速的发展，尤其在飞行器中的使用量不断增加。

由于高强β钛合金优异的力学性能，得到了世界各国的广泛关注，许多研究人员对它进行了大量的研究。在世界各国几十年的探索过程中，成功开发出多种类型的高强β钛合金，表1列出了部分常用高强β钛合金的成分、类型及使用场景（其中Mo当量是以公式（2）计算得到的）。

表1 国内外研究的部分高强β钛合金

其中美国和前苏联（俄罗斯）是最早对β钛合金进行研究的国家，且已经开发出自己的体系，研制出的一些高强β钛合金，如β21S、BT22等广泛应用于航天航空、军事装备等领域。

 

1.国外高强β钛合金的发展

 

20世纪50年代，美国公司Crucible开发出世界上第一种β型钛合金B-120VCA（Ti-13V-11Cr-3Al）。B-120VCA合金拥有优异的冷热加工性能，可锻造、轧制，经固溶处理及时效后可以得到良好的力学性能、环境抗力等特点，且淬火后可以获得很好的塑性。该合金主要应用在飞机高强度板材零件的制造方面。

20世纪70年代初，美国Timet公司和波音公司开发出一种具备高强度、断裂韧性、出色的锻造性能及优异的抗裂纹扩展能力的高强韧近β型钛合金Ti-1023（Ti-10V-2Fe-3Al），该合金的密度仅有4.65g/cm3，β相变点在800 ℃±5 ℃，室温拉伸弹性模量在83～110 GPa，经热处理后合金的拉伸强度可以达到1300 MPa。

由于Ti-1023的高强度密度比、高韧性等优点，可以很好地实现减重效果，所以到目前为止，Ti-1023合金仍是应用最多的β钛合金。该合金一般用于板材、棒材等材料的生产，主要应用于飞机的机身、发动机，还包括梁、机体锻件、辅助襟翼滑轨等零部件。飞机型号包括757、F14 和F18等。

20世纪80年代，美国Timet公司开发出一种亚稳β型钛合金β-21S（Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si）合金，由于在设计合金成分时去掉了V加入了Si，所以该合金的高温性能，如高温抗氧化能力、抗蠕变性能和高温下的力学性能等较之前的β钛合金要好得多。β-21S合金的问世标志着β型钛合金只能在350℃下使用的时代已成为过去，拓宽了β型钛合金的应用前景。

Ivasishin等研究了多种热处理条件下β-21S微观组织与机械性能的变化。发现合金在β相转变温度以上固溶处理，并淬火后再经过室温冷变形、再结晶退火及时效后，可以得到良好的强塑性匹配，表2列举了不同热处理制度下β-21S合金的部分性能。

 

表2 不同热处理条件下β-21S合金的力学性能

 

β-21S常用于制造需要在高温下进行作业的零件，比如喷管、衬套和发动机结构件、紧固件和整流罩等复杂零件。

 

俄罗斯（前苏联）也是世界上最早研制高强β钛合金的国家之一。在20世纪中叶，前苏联在B-120VCA合金的基础上使用Mo代替V，成功研制出该国第一种高强β钛合金，即BT15合金（Ti-3Al-7Mo-11Cr）。由于BT15合金中不包含钒元素，所以BT15合金的耐热性能相较于B-120VCA合金得到明显改善。基于BT15，俄罗斯又成功研制出另外几种高强β钛合金，如BT22、Ti-5553、BT32等。

BT22（Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe）是20世纪70年代前苏联研制出的一种具备高强度、优异的塑韧性及焊接性的近β型钛合金。该合金经过退火处理后，发现其退火组织包含α相和β相，且含量相同，退火后合金可以得到较高强度（1083 MPa）和良好的断裂韧性。并且在650 ℃时效后强度明显得到了提升。表3列出了BT22时效处理后的部分力学性能。

表3 BT22时效处理后的力学性能

由于BT22具有高强度、高韧性、良好的焊接性等特点，所以它常用来生产飞机结构件、模锻件和焊接构件等零件。

1996年，俄罗斯与美国波音公司通过改变BT22合金的成分成功研制出了一种新型的超高强β钛合金，即Ti-5553合金（Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.5Fe）。Ti-5553与BT22相比增加了铬元素的含量，并减少了铁元素的含量，改善了合金组织的均匀性、抗氧化性及淬透性，且Ti-5553在固溶时效热处理后屈服强度可以达到1532MPa。

由于Ti-5553合金可加工范围较大，且具有良好的冲击性能及优异的淬透性等优点，所以该合金取代了Ti-1023和BT22合金，常用来制造飞机的起落架和高强紧固件等。表4总结了部分美国和俄罗斯（前苏联）研发的高强β钛合金的成分、Mo当量与力学性能。

表4 美国和俄罗斯主要高强β钛合金的力学性能

 

2.国内高强β钛合金的发展

 

我国在很早的时候就已经对高强β钛合金的开发进行了探索，但开始阶段以仿制为主。

20世纪60年代早期，北京有色金属研究所成功开发出Ti-5583合金（Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al），该合金中加入了β稳定元素Mo、V、Cr及α稳定元素Al，其中钒元素的加入使合金拥有较好的塑性。

Ti-5583合金在性能方面与美国的BV120-VCA及俄罗斯的BT5相似，在国内的牌号为TB2。合金在略高于相变点进行固溶和时效后，屈服强度能够达到1100～1200 MPa，此外还有较好的延伸率12%。Ti-5583常用于航空用紧固件的制造。

北京有色金属研究所在TB2的基础上降低铬元素的含量,得到了一种新型的近β钛合金Ti5523（Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al），该合金的综合性能与Ti-1023、BT22合金相差不大，在国内的牌号为TB10。

Ti5523中β稳定元素的含量与临界浓度相近，这导致合金既有α＋β型钛合金的优点，又包含亚稳定β型钛合金的优点，该合金不仅有较高的比强度、断裂韧性及淬透性，还有优良的热加工性能以及机加工性能，此外，加工温度及变形抗力与绝大部分工业钛合金相比要低得多，常应用于高结构件、紧固件和零件外壳，比如飞机起落架、发动机外壳等零部件，是一种非常理想的结构材料。

自新世纪以来，我国钛合金行业得到飞速的发展，其中高强钛合金的研究与探索也获得了辉煌的成果，研制出很多新型的β型钛合金，如TB8、TB20、TB-1300等。

西北有色金属研究所在高强高韧钛合金的开发方面取得了重大突破，成功研制出TC21合金（Ti-6A1-2Zr-2Sn-2Mo-2Cr-1Nb-0.1Si）。经研究发现TC21有较高的强度（1100 MPa）及良好的塑性，可用于飞机锻造部件的制造。

宝鸡有色金属加工厂自主研发了一种新型高强β钛合金BTi-6554（Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al），该合金有较好的强度塑性匹配，经过热处理后强度可以提高到1200 MPa。

虽然最近几十年我国钛合金行业发展迅速，但由于我国钛合金发展与美国和俄罗斯相比较晚，目前离世界顶尖水平仍有一定的差距。表5总结了部分中国研发的高强β钛合金的成分、应用与强度。

 

表5 中国部分高强β钛合金的力学性能

 

小尺寸间隙元素对β钛合金的强化

 

由于钛合金的化学性质比较活泼，所以容易和一些间隙元素反应，从而生成一系列化合物，其中碳、氧、氮和氢是钛合金中最常添加的间隙元素。

在不同条件下，这些间隙元素与钛合金反应生产的化合物对合金微观组织和力学性能会产生不同影响，很难做出准确的预测。

 

为了消除不利影响，想要从钛合金中消除这些元素是一项很困难的工作。因此，充分了解间隙元素对钛合金组织和性能的影响具有重要意义。

 

1.氧对β钛合金的影响

 

氧是钛合金中非常重要的一种元素，对钛合金的相变、微观组织和力学性能的影响非常复杂，不同的合金成分以及加工参数会产生不同的影响，且有利有弊。虽然可能会影响合金的塑性，但是通过严格控制添加量可以得到有效控制，并且更重要的是可以很好地优化合金的性能，例如氧原子常位于合金基体的间隙位置，易与合金形成间隙固溶体，使晶格产生畸变，导致位错很难移动且容易塞积，进而提升合金的强度。因此，很多研究者常利用氧的间隙强化作用来获得高强度的钛合金。

 

蓝春波等以Ti-32.5Nb-6.8Zr-2.7Sn（TNZS）为对象，研究了在冷轧条件下氧添加量（0.3%、0.6%）对TNZS合金力学性能及微观组织的影响。试验结果表明，在时效过程中氧元素不仅可以通过防止{111}β平面交替坍塌从而抑制ω相的析出，还可以延缓α相的形成和分解。随着氧含量的增加，TNZS合金α相析出的最大体积分数和(α+β)/β转变温度均随其增加而升高。在450 ℃下时效24小时后 ，TNZS-0.6O合金的屈服强度为1460 MPa，明显高于TNZS合金的1250 MPa，以及TNZS-0.3O合金的1310 MPa。这表明氧确实对钛合金有强化效果，且强化程度伴随氧添加量的增加而增加。

Furuta等研究了Nb（30%～36%）、O（0.3%～0.5%）含量对Ti-Nb-Ta-Zr-O合金力学性能以及相稳定性的影响，还研究了短暂时效处理对所选Ti-Nb-Ta-Zr-O合金力学性能的影响。研究发现，在铌含量较低，氧含量较高的情况下，合金拥有较高的强度以及良好的塑性，此时合金具有优异的强塑性匹配。

Furuta发现随着氧含量的增加会抑制ω、αʺ的析出，同时会对合金产生强化效果，使合金强度上升。他们认为ω相析出受阻的主要原因是O占据了β基体中的间隙位置，导致原子移动受阻，从而抑制ω相的析出。αʺ相析出受阻的主要原因是氧元素的加入可以显著提高β相的稳定性，避免应力诱发αʺ相。经冷加工后，Ti-32Nb-2Ta-3Zr-0.5O的抗拉强度为1370 MPa，伸长率为12%。在350℃下时效600 s后，合金的强度比冷轧状态下提升了大约130 MPa，达到1500 MPa，拉伸伸长率略微下降为10%。

Duan等系统研究了氧添加量（0.1%、0.2%）对冷轧态Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr合金微观组织和力学性能的影响。由试验结果可知，经过冷轧后原始合金（O添加量为0）Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr的抗拉强度为680 MPa，而添加了0.2% O元素合金的抗拉强度则高达1170 MPa，并且发现添加氧元素后合金的组织仅包含单一的β相，而原始合金的组织既包含β相，又包含αʺ相。此外，随着氧含量的增加，虽然会导致晶粒尺寸变大，但合金的成形率、弹性变形率、强度和硬度都随着氧含量的增加而增加。冷轧虽然可以提高合金的强度，但会使塑性变形能力大大降低，且冷轧会使含氧合金表现出脆性特征，断裂模式由塑性向脆性转变。结果表明，合金强度、硬度上升的主要原因是氧元素对β相有很好的稳定作用，从而抑制β相向αʺ相转变。

虽然一些试验表明向钛合金中添加氧元素会抑制第二相的析出，但对于钛合金中氧含量的这种动力学机制还存在一些争议。

例如，Niinomi等由大量试验结果总结出过量的氧可以稳定Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金中的ω相，并且他们推断ω相中的高浓度氧可能是在时效处理后形成稳定ω相的原因。

Pinotti等研究表明向Ti–29Nb–13Ta–4Mo合金中加入氧元素可以降低（β/β+ω）的Bo（键级）和Md（电子能级），从而促进ω相的形成。所以氧对β-Ti中ω相的影响仍然需要并且应该进行系统的研究。但可以确定的是氧作为一种间隙强化元素，它的加入确实能够对钛合金产生强化效果。

 

2.其他间隙元素对β钛合金的影响

 

氮和氧一样也是作为间隙元素存在于钛合金中，并且与氧相比氮的强化效果要更好。氮元素对钛合金的影响已经研究了很长一段时间。研究发现，在钛合金中添加这种元素会导致屈服强度和硬度值普遍增加，平均晶粒尺寸减小，但会使延伸率有所降低。

 

此外还发现在一定范围中，每增加0.05%含量的氮，合金的强度就会增加 122.6 MPa。如Furuhara等发现在Ti-10V-3Fe-2Al合金中添加少量（0.1%～0.2%）氮可以抑制非热β→ω、β→αʺ转变，同时可以通过强化β基体从而对合金进行强化。

Ramarolahy等观察了氮元素对Ti-24Nb的微观结构和机械性能的影响，尤其是添加N的合金与作为参考的Ti-24Nb合金组织、性能的比较。图3显示了经固溶处理后Ti-24Nb和Ti-24Nb-0.5N的XRD谱和微观组织。

 

图3 Ti-24Nb和Ti-24Nb-0.5N的XRD谱和微观组织

由图3可以看出经固溶处理后，Ti-24Nb合金呈现出双相微观结构，由等轴β相及马氏体α″相组成。相反，Ti-24Nb-0.5N合金测定微观结构则完全由β相组成。这表明添加N会抑制αʺ的形成。在性能方面，Ti-24Nb-0.5N的屈服强度和极限抗拉强度较Ti-24Nb合金都明显提高，但断裂韧性略有下降。这一研究也表明N对β钛合金具有强化效果。但是，由于N是α稳定元素，所以在β钛合金中实现较大的添加量是不太可能的。

 

如Banoth发现，向β钛合金Ti-5V-5Mo-5Al-3Cr中加入碳元素会细化β晶粒及时效后的α晶粒，并且C与钛基体会发生反应生成不可变形的碳化物，从而提高合金强度及硬度，但这也导致了合金延展性的降低，恶化了合金的塑性。值得注意的是，C在β相中的溶解度随着Nb和其他β稳定元素含量的增加而降低，这可能对高合金含量β钛合金的设计有重大影响。

氢是一种有效的β稳定元素，在α相中的溶解度很小，几乎为零。H会导致钛合金严重脆化，这一现象在钛合金中普遍存在，即使在低氢浓度下，氢化物也可能在应力集中处形成。在β型钛合金中，即使氢元素的含量很低，也会表现出韧性-脆性转变。

 

大量研究发现，H的添加被广泛认为对钛合金的机械性能有害，即使添加量很小也会对合金的屈服强度和延伸率产生不利的影响，且初始弹性模量也会有所下降。因此，氢元素的存在被认为是不利的，应尽可能避免添加。

 

β钛合金的发展趋势

 

虽然β钛合金研究取得了辉煌的成就，但在应用方面已经停滞了很长时间，它所占的钛市场份额与其他类型的钛合金相比要小得多。现如今已投入应用的β钛合金牌号中最新的仍然是Ti-55531。阻碍β钛合金发展的主要原因有三个：

 

1.成本问题

 

目前投入实际生产的β钛合金中含有大量成本昂贵的β稳定元素（如Mo、V、Cr等），大大提升了合金的成本。同时为了避免熔炼时出现偏聚现象，降低了熔炼速率导致生产成本上升。此外，β钛合金较低的产量也是高成本的原因之一。这都对β钛合金的应用产生了严重限制。

 

2.工艺方面

 

β钛合金的一些性能对工艺参数极其敏感，比如β钛合金在时效过程中组织十分不稳定，并且由于较宽的显微组织区间，若在工艺进行过程中显微组织发生变化（比如α相、β相的晶粒尺寸），需要有准确的从显微组织方面给予预判性能的能力，这在生产大型零件过程中很难实现。

 

3.性能方面

 

对于β钛合金来说，追求高强度的同时势必会对合金的塑韧性产生影响。目前面临的一大难题就是如何在保证高强度的同时尽可能提高合金的塑性、断裂韧性，并保证较低的疲劳裂纹扩展速率。而这一问题也阻碍了高强β钛合金在应用方面的发展，这也导致了高强β钛合金主要用于小体积和非主承力部件上，如紧固件、弹簧、尾椎等。

 

针对以上方面β钛合金主要的发展方向应向以下几个方面努力：

 

1.低成本β钛合金

 

由于已投入应用的β钛合金中含有大量高价的元素，使得合金的成本高居不下。目前，降低β钛合金成本最常用的方法就是用低成本的元素，如Fe、Cr等来代替合金中高成本的元素，如Mo、V、Nb等。而在其他方面如选择合适的工艺参数、优化工艺过程等也是降低合金成本的重要手段，这也是研究人员接下来重点研究的方向之一。

 

2.高强高韧钛合金

 

考虑到高强β钛合金的实际应用（如航空航天、海洋船舶等领域），不但要求合金有很高的强度，同时还要保证合金具有良好的断裂韧性，以求得到良好的强度与韧性的匹配。而现在实际应用的β钛合金很难满足这个要求。因此，高强高韧钛合金也是目前钛合金探索和发展的重要方向。

 

3.低弹性模量医用β钛合金

 

与其他金属相比，钛合金尤其是β钛合金被认为是目前骨科应用的最佳选择。相较于其他类型的钛合金，β钛合金拥有较低的杨氏模量、超弹性行为及更好的生物相容性，从而受到了更加广泛的关注。由Nb、Ta、Zr等生物相容性好的元素组成的高强、低弹性模量β钛合金已成为最近的研究热点之一。

 

4.β钛合金的增材制造

 

与传统技术相比，增材制造钛合金技术可以生产各种比较复杂的钛合金结构件，为生产大型整体结构件开创了新思路。亚稳β钛合金是增材制造钛合金技术最有吸引力的材料，与传统变形加工技术相比，可以降低材料的成本，减少浪费。

 

5.超高强钛合金

 

现已广泛应用的高强β钛合金的使用强度大多低于1300 MPa，对于强度超过1300 MPa的超高强钛合金的研究还不成熟。目前，对于超高强钛合金的研究大多集中在成分及工艺方面，而忽略了对微合金化机制、强韧化理论等方面的研究。若能清楚地了解超高强度钛合金成分-工艺-组织-性能之间的联系，了解强韧化机制，对实现超高强β钛合金的开发与应用有很大帮助。