1954年，美国开发研究出了世界上第一个高温钛合金：TC4（名义成分为Ti-6Al-4V），开启了高温钛合金的研究历程。在此之后，其他很多高温钛合金都是在TC4的基础之上进行开发研制。TC4合金在钛基体上添加了α稳定元素Al和β稳定元素V，得到了α相和β相共存的微观组织，具有很好的力学性能和耐高温等综合性能，被应用在结构构件和耐高温构件等方面。TC4的最高工作温度为350℃。在后续的发展中，航空领域由于对材料的要求越来越高，TC4的性能缺点：耐热性不足，冷加工性差，制备工艺复杂，淬透性较差等，不足以支持其在航空领域的应用。

基于上述原因，在20世纪60年代，美国又研制了具有更高工作温度的钛合金：Ti-6246和Ti-6242，将工作温度提高到450℃左右。在20世纪70年代，美国通过在合金添加Si元素，有效提高了钛合金的蠕变强度和疲劳强度，研制出来了使用温度500℃以上的Ti-6242S合金。在20世纪80年代，美国又开发了具有更高耐高温性能的Ti-1100合金，在航空飞机上有很好的应用。

在美国研制出TC4之后，英国也不落人后，陆续开发研制了一系列钛合金。在20世纪50年代，英国研制了IMI550钛合金，通过在合金中添加Si元素，提高了其耐高温温度至400℃以上，同时在高温强度上也比TC4高出10%。在1960s，英国研究开发了IMI679和IMI685合金，合金成分为Ti-2Al-11Sn-5Zr-1Mo-0.2Si和Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si，这两种合金Mo含量较低，和TC4相比，这两种合金的蠕变强度都有很大的提高。在使用温度方面，IMI679使用温度达到450℃；IMI685使用温度超过500℃。IMI685合金的焊接和加工性能都较好，有利于在航空领域的应用。

在20世纪七八十年代，英国在Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-Si系合金的基础上，为改善合金的疲劳强度，研制出了IMI829和IMI834合金，其最高使用温度可达600℃。通过细化宏观和微观组织，这两种合金大大提升了蠕变强度和抗氧化性能。β固溶处理后，IMI829合金的组织转变为少量β转变组织和针状α相，提高了合金的蠕变强度和断裂韧性；α+β固溶处理后，IMI834合金的组织转变为针状转变β组织和少量初生α相，提高了合金的疲劳强度和蠕变强度。

俄罗斯在借鉴美英两国经验的基础上，独立开发研制了BT3-1高温钛合金。BT3-1添加了Cr和Fe两种共析型β稳定元素，强化了β相和α相，最高使用温度可达450℃，其热强性和中温强度较高。在1958年，俄罗斯研制出了BT8和BT9合金，有效提高了其耐热性。BT8合金的名义成分为Ti-6.5Al-3.5Mo-0.2Si，属于Ti-Al-Mo-Si系α+β型马氏体合金，BT8的热强性和耐热性和BT3-1相比有很大的提高，可以在无保护的环境下长时间工作。BT9合金使用温度可达500℃，研究初期其含有Sn元素，后来替换为Zr元素，BT9合金的蠕变强度和持久强度有很大提高。BT8和BT9主要在压气机方面有很多的应用。

俄罗斯后续研制了BT18近α型合金，BT18含有微量的β相，可以在800℃短时使用或者在550-600℃长时间使用。其蠕变强度和塑性与同类合金相比略有不足。在BT18的基础上，降低其Al元素的含量，用Sn替换Zr，得到了BT18Y合金，改良后提高了合金的热稳定性、冲击韧性和蠕变强度。但其瞬时拉伸性能在高温下略有降低。俄罗斯研制出的BT36合金是耐热程度最高的钛合金，其使用温度可达600℃。在BT18Y的基础上，将1%的Nb替换为5%的W，与Nb相比，W具有更高的熔点和更高的蠕变极限。与BT18Y相比，BT36的综合性能有很大的提高，被广泛应用在航空发动机相关零配件。现在，添加（0.7%-5.0%）W元素相关钛合金的研究成为俄罗斯的高温钛合金新趋势。

1950年开始，航空飞机的飞行速度取得关键性的突破，超音速飞机的时代来临。在更高飞行速度的要求下，对飞机结构材料的要求也越来越严格。传统的钢结构、铝结构在更高的材料要求下已经不能满足性能要求。与此同时，钛合金也正好进入工业化生产应用阶段。钛合金具有以下优异性能：低密度，高比强度，耐腐蚀，耐高温，耐低温，焊接性能好；非常适合在航空领域应用。从1950年开始，工业纯钛制造的飞机隔热板、减速板、机尾罩等结构件已经在军用飞机上开始应用。在20世纪60年代，钛及钛合金开始应用在以下飞机主要受力结构件上：起落架梁、襟翼滑轧、中翼盒形梁、承力隔框。在20世纪70年代，从军用战斗机到军用运输机和大型轰炸机，都有钛合金的应用，而且民用飞机上也开始大量应用钛合金材料。1980年以后，民用飞机的钛使用量大大增加，而且钛合金材料用量已经超过军用飞机的使用。钛合金材料已经成为新型飞机不可或缺的结构材料。根据使用功能不同，我们将航空领域用钛合金分为：飞机发动机用钛合金、飞机机身用钛合金、航空紧固件用钛合金。以下我们将从这三个方面展开，介绍在航空领域钛合金的应用情况。

对航空飞机来说，飞机发动机是航空飞机最重要的关键部件之一。航空发动机的叶片和高压压气机盘件，都需要在高温下使用，而且在工作时要承受很大的应力。在如此苛刻的服役条件下，铝合金不能耐受很高的温度，钢密度较大，不能提供很高的推重比。钛合金以其优异的性能：高温强度高、抗蠕变、抗氧化、比强度高，非常适合在航空发动机上进行应用。航空飞机发动机部件要求在高温下具有很好的持久强度、瞬时强度、耐热性能、组织稳定性、高温蠕变抗力。β型钛合金在高温下，合金的耐热性能和蠕变抗力都大大下降，不能很好的应用在航空飞机发动机上。α型钛合金在高温下具有良好的持久性能和蠕变抗力，适合在高温工作环境下使用。对于航空发动机来说，其核心的性能指标是发动机的推重比，推重比是指发动机的推力与重量之比。早期飞机发动机的推重比为3左右，目前航空飞机发动机推重比可以达到10及以上。对于航空飞机发动机来说，推重比越高，代表其性能越好。镍基高温合金虽然可以提供很好的高温性能，但其推重比与钛合金相比较低。航空飞机发动机使用钛合金材料，可以兼顾优异高温性能和高推重比。钛合金材料在国外先进飞机航空发动机上的用量占其总重量的25%-40%，并且随着技术的发展，钛合金材料用量越来越多。例如第三代航空飞机发动机的钛合金材料用量为25%，第4代航空飞机发动机的钛合金材料用量为40%。

航空飞机发动机要求使用材料具有良好的高温性能和高比强度性能，但飞机机身则要求使用材料具有良好的中温强度、耐腐蚀性能、低密度等性能。在航空发动机机身中使用比较广泛的钛合金有：β-21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si)、Ti-10-2-3(Ti-10V-2Fe-3Al)、Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn)、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr等。在中温强度方面，与铝合金相比，钛合金具有更好的中温强度，传统铝合金的温度使用范围不超过130℃，在更高温度下，铝合金不能继续使用，但钛合金可以在中温环境下，保持其强度性能。在耐腐蚀性能方面，一方面，航空飞机的大部分支撑结构与飞机的厨房和卫生间接触，如果采用钢结构，较容易产生腐蚀，使用钛合金材料，其耐腐蚀性能很好，而且不用进行表面防腐蚀涂层或者电镀防氧化层，能够节约成本和生产工艺。另一方面，航空飞机上有很多使用高分子聚合物材料的部件，采用钛合金材料，其与诸多复合材料的相容性比较好。在低密度方面，与钢和镍基高温合金相比，钛合金材料具有更高的比强度，很好地降低航空飞机的重量，能够为航空飞机提供更高的推重比。与铝合金相比，钛合金材料在相同重量下，可以提供更高的强度。在飞机起落架的材料选用上，波音747起落架选用钛合金材料。如果选用铝合金，在承载需要的重量时，其体积过大而不满足要求；如果选用钢，则其重量过大而不满足要求。采用钛合金锻件，可以兼顾两方面的需求，达到最佳性能。

美国、法国等国外航空制造业发达国家，90%以上钛合金紧固件都采用TC4（Ti6Al4V）制造。TC4合金的优点是密度低，成分简单，疲劳性能好，成本低。其他钛合金紧固件使用材料还有TB2、TB3、TB8等钛合金。航空紧固件要求具有低重量、耐腐蚀、耐高温、无磁等性能。钛合金用在航空紧固件方面，可以有效降低飞机的重量。航空航天飞机减少重量后，可以有效提高推重比，节约成本。钛合金具有优异的耐腐蚀性能，其和航空飞机上的碳纤维复合材料电极电位相近，可以有效防止航空飞机紧固件的腐蚀。与铝合金相比，钛合金的耐高温性能更好，而且钛合金具有无磁性，可以很好的防止磁场的干扰，是优异的航空飞机紧固件使用材料。