钛及其军事应用
钛元素是19世纪发现的，但作为纯金属，钛直到1910年才被提取出来。由于化学性质十分活泼，钛必须使用氯气与惰性气体或在真空中冶炼，直到20世纪40年代中期，海绵钛(生产纯钛及钛合金的原料)才实现工业化生产。而工业化冶炼技术一成功，钛材料毫无例外地很快被各国军事技术专家所青睐，在军事工业强大的资金支持下，钛金属在军事领域的应用得到了迅猛的发展。正如历史上青铜先于“铸鼎成钟”就已被打造成了“战戟矛尖”，精钢玄铁只有等到太平盛世才能“铸剑为犁”一样。
由于重量轻、比强度高，钛金属在二战后很快成为喷气飞机的结构件和太空飞行器的重要材料，博得了“太空金属”的美名。又由于它耐腐蚀性高、无磁、透声、抗裂、加工性好，钛也是优秀的舰船结构材料，被誉为“海洋金属”。随着各国军事工业的发展，钛的应用领域被不断的拓宽。迄今为止，钛已在航空、航天、核能、舰船等军事工程领域获得了广泛的应用，并成为重要的战略材料，成为仅次于铁、铝的“第三金属”。
概说钛材特性
室温下，纯钛的密度为4.5克/厘米3，仅为低碳钢的57%左右。而它的比强度，即抗拉强度与密度之比，可达62(经合金化和热处理强化后更可高达200以上)，在常用金属材料中是最高的。同钢铁相比，在相同强度水平下，钢的比强度只能达到36。如果与更轻的金属铝比较，钛的最高强度要高出许多，比强度也落出铝材一大节。密度低、比强度高，此其一。
钛在中性和氧化性气氛及众多恶劣环境中，具有比其它常用金属材料高得多的耐腐蚀性，特别是对氯离子具有很强的抗蚀能力，因为在钛表面形成的氧化钛钝化膜很牢固，即使遭到破坏，在氧化性环境中容易再生。无论在静止或高速流动的海水中，还是在清洁或污浊的海水中，甚至当海水中含有大量泥沙时，钛均能保持钝化状态。试验表明，1毫米厚的铝、铜、不锈钢及钛板在海水中，铝8个月、铜1年、不锈钢4年即被全部腐蚀掉，而钛则安然无恙，没发现腐蚀。在流速为1米/秒的海水中，乃至流速高达20米/秒时，钛在海水中的腐蚀也可忽略不计。耐蚀性优异，此其二。
目前，经合金化后的热强钛合金最高使用温度可达500℃～600℃，结构钛合金的使用温度也可达到300℃～400℃。同其它轻质材料如铝、镁相比，在300℃时，钛的强度要高一个数量级;而超过400℃后，铝、镁合金已丧失工作能力，而钛合金却能继续保持足够的使用强度，具有明显的性能优势。钛的耐低温能力很突出，采用低间隙元素的α钛合金可以耐-296℃的低温，在此温度下，合金强度比在室温时要提高一倍，而塑性则保持室温状态下的水平。耐热性、耐低温性能良好，此其三。
除以上三大特性外，钛容易加热，也容易冷却;纯钛的导热和电阻也与不锈钢大致相当;无磁性;钛容易弯曲。由这些特性可以看出，钛在航空、航天和舰船等使用条件严酷或有特殊要求的重要领域应用潜力巨大。
从昂贵的飞行开始
现代航空发动机推力不断提高，并要求具有大的推重比，这主要是通过提高压缩机的增压比和提高涡轮进口燃气温度来实现。压气机增压比加大，许多零部件，如压气机盘叶片的受力和受热程度大大增加，工作条件越来越苛刻。对此，选用铝合金已不适用;选用钢材又太重，将使发动机的推重比较低。因此，选用钛合金就成为了理所当然。钛能够在比铝合金使用温度高很多的情况下正常工作，同时在比重上又比钢小得多，可以减轻发动机的重量，使发动机的推重比大大提高。此外，钛还具有比钢高的疲劳强度、屈服强度、蠕变强度和较低的弹性模量，在疲劳载荷下使用能减少应力，可大大改善发动机的压缩性能，提高可靠性。目前，在航空发动机中用钛制作的部件有压气机盘和叶片、机匣、隔板、发动机罩、油路导管、排气导管、热空气导管及加力燃烧室筒体等。
对于现代高速战斗机，由于高速和高机动性，要求飞机结构尽可能轻，同时还要有耐热能力。实践证明，钛合金是最适宜的材料。如飞机蒙皮，当马赫数M超过2.5时，飞机表面温度普遍高于200℃，铝蒙皮已不适用，需用钛合金取代。此外，在飞机结构件上应用钛合金能够大幅度减轻飞机重量，而减轻重量又可以提高飞机的飞行性能。
钛在飞机结构中的应用部位有机身蒙皮、支承件、中央翼盒、机翼蒙皮、发动机舱、机身骨架、尾翼蒙皮、机尾罩、垂尾构件、机翼肋条、机翼梁、机轮、起落架、减速板梁、鸭翼转轴梁、刹车盘、导管、各种紧固件等。目前国际军事航空工业用钛以美、俄居多，其中具有代表性的第三代先进战机F-15，每架飞机钛构件的重量占总重的25.8%;而俄制苏-27战机每架飞机用钛量更高达总重的41%。迄今为止，用钛量最多是美国的YF-12A战斗机及SR-71高空高速侦察机，其用钛量均超过全机结构重量的90%，堪称“全钛飞机”。
与航空器一样，减轻重量对各种航天飞行器是至关重要的;如远程导弹每减轻1千克重量，就可增加射程7.7千米;末级火箭每减轻1千克重量，便可减轻30～100千克发射重量、增加射程15千米以上。重量轻、比强度高同时又耐热、耐低温的钛合金无疑也是航天领域的最佳选择。
目前，钛在航天领域中主要应用部位有：火箭盛装液氮燃料用高压气瓶和盛装氢用高压气瓶，发动机壳体，卫星内蒙皮、尾裙、框架、加强盘、主承力构件，高刚度波纹壳体，火箭连接带，对接螺栓、天线、导管、姿控火箭燃料箱的密封罩等。
“应声入水”
钛及其合金优异的耐海水腐蚀性能已在前面做了介绍，加上低密度、高强度的特性又使其成为海洋工程、尤其是海洋军事工程中的重要材料。
钛在舰船上用量最大的是船体结构，如外壳等。最典型的大量用钛实例在核潜艇上。苏联/俄罗斯制造的先进核潜艇在船体结构上大量用钛，其中水下排水量3600余吨的“阿尔法”级(705型)攻击型核潜艇，双层壳体均用钛合金制造，每艇用钛量高达650吨。“塞拉”级多用途核潜艇(945型)耐压壳体也用钛合金制造，极限下潜深度达800米，工作深度700米。而“台风”级弹道导弹核潜艇，这种有史以来最为巨大的潜艇(水下排水量超过4万吨)，其耐压壳、鱼雷发射装置也由钛合金建造。由此可以看出，要发展大下潜深度的核潜艇，钛合金耐压壳体至少在技术上是最佳的选择。
在深潜器耐压壳体的应用方面，美国开展的比较早，如“阿尔文”深潜救生器。1973年，这种深潜器在改建时，耐压壳体换用钛合金(板厚49毫米)代替1964年建造时采用的高强度钢(板厚33.8毫米)，下潜深度从2000米增加到3600米，它的辅助箱及高压空气容器也采用钛合金建造。1982年建造的“海崖”号深潜器装备了钛制观察舱和操纵舱，下潜深度可达6100米。
目前钛在舰船上应用部位还有：热交换设备，如蒸汽发生器、冷凝器、油和空气冷却器等;螺旋桨、阀、喷水推进泵体、叶轮、叶片;海水管路、T型接头、四通接头;推进器、推进轴;鱼雷发射装置组件以及弹射制动装置组件，舰用干扰炮等。
其它军事应用
除航空、航天及海洋领域外，钛在核能、常规兵器等其它军事领域也在逐步地扩大，并收到了良好的实际效果。在核能方面，典型的应用实例是先进核动力装置“一体化”压水堆中直流蒸汽发生器用钛。直流蒸汽发生器是将热能转变为动力的关键装置之一，对反应堆的热效率和安全性有至关重要的影响。由于“一体化”堆内蒸汽发生器位于反应堆内部，其工况条件(包括水质、温度、压力等)非常严酷，如果材料失效，造成泄露将产生严重后果。而钛合金以其优异的耐蚀性和高比强度成为蒸汽发生器耐蚀性和高比强度成为蒸汽发生器中一些关键结构的适用材料。前苏联于20世纪80年代开发的先进一体化压水堆中，蒸汽发生器便采用了钛合金双层套管制造。20余万根钛合金管子运行50万小时未发生任何破损，安全性极高，使该反应堆成为紧凑、高效、安全经济的核动力装置。
在常规兵器方面，也可利用钛合金的质轻、高强度、高韧性、耐热等特性。如空降兵装备和轻型或便携火炮等用钛合金制造可使重量大大减轻，减少实战负荷，人的体能得到更充分的发挥，机动性和快速反应能力大大提高。据介绍，某种小型火炮原重34.5千克，采用钛合金后仅为18.1千克，重量几乎减轻了一半。
战车用钛是军事用钛的又一新领域，主要是利用钛合金作为防弹装甲板。目前，美国已在M1主战坦克、M2步兵战车和新式轻型155毫米自行榴弹炮上使用了钛合金。
最后的问题：成本
钛合金虽然性能优异，但由于化学性质活泼，冶炼、加工需在真空或惰性气体保护下进行，因此原材料加工成本较高，约为不锈钢的5~10倍，而用于舰船壳体及其它军事应用部件的建造，工艺复杂、造价也相对较高。
在冷战时期，前苏联为了抗衡美国海上力量，追求核潜艇的大潜深、高机动性，大量应用钛合金建造潜艇壳体，并为此付出了很高的代价，成为世界上唯一用钛合金建造潜艇壳体的国家。“阿尔法”、“塞拉”、“台风”等核潜艇几乎耗干了苏联海军的预算，均在远未达到设计寿命时便早早退役，个中得失自然不难判断。
国情不同，钛市场构成不同。美国航空制造业发达，钛材一直以航空市场为主。在日本，二战后，由于军事工业有限制，因此非军事钛工业非常发达，其加工材产量排世界前3位，其应用除航空业外，主要有海水淡化、核电站及民用建筑。而我国则以化工市场为主，随着加工技术的成熟，我国的舰船部件用钛量也在逐渐增加。
如何降低钛材应用成本是世界各国都在关心和研究的问题。按照西方的做法，一是采用新技术，扩大残料回收再利用;二是在满足使用要求的前提下，使单一牌号的合金生产规模扩大，如美国的王牌合金Ti-6Al-4V，其单一合金的市场占用量达80%以上;三是开发低成本钛合金。
我国是钛资源的大国，在已探明的钛储量中我国居世界首位，这为我国钛工业的发展、钛材料的应用提供了得天独厚的优势条件。通过我国钛工业生产部门科研工作者的不懈努力，我国的钛工业将得到不断发展壮大，以充分满足军事、民用建设的需要。
