1. 工业纯钛

这类材料并非合金，而是含有少量氧、铁等杂质的钛。

• 示例： CP Grade 1, Grade 2, Grade 3, Grade 4 (数字越大，强度越高)

• 主要特点：

  • 强度低：强度是所有钛材料中较低的，与普通钢材相当或略低。

  • 耐腐蚀性较好：尤其在氧化性环境中（如海水、氯环境），其耐腐蚀性优于大多数钛合金。

  • 塑性好：易于冷加工成型。

• 应用场景：

  • 主要用于对强度要求不高，但要求较高耐腐蚀性的场合，例如化工设备、海洋平台的某些非承重结构件。

  • 不常用于制造高强度结构螺丝。

2. α型及近α型钛合金

这类合金的主要特点是组织稳定、耐热性好、焊接性能优异。

• 示例： Ti-5Al-2.5Sn, Ti-0.3Mo-0.8Ni

• 主要特点：

  • 不能通过热处理进行强化，通常是在退火状态下使用。

  • 具有良好的高温性能和蠕变强度。

  • 强度适中。

• 应用场景：

  • 主要用于航空航天领域的高温部件（如发动机压气机壳体）。

  • 在螺丝应用上不常见，除非有特殊的耐高温或焊接要求。

3. (α+β) 型钛合金

这是制造高强度钛合金螺丝常用、主要的材料类别。 它们可以通过固溶和时效处理进行显著强化，以达到很高的强度。

3.1 通用型 (α+β) 合金

• 示例： Ti-6Al-4V (Grade 5)

  • 这是钛合金螺丝使用量占所有钛合金紧固件的90%以上。

  • 特点： 具有优异的综合性能，强度高、疲劳性能好、耐腐蚀性良好，且工艺成熟。

  • 应用： 从航空航天、工业到高端自行车、赛车、医疗植入物等，应用广泛。

• 示例： Ti-6Al-4V ELI (低间隙)

  • 特点： 是Ti-6Al-4V的高纯度版本，降低了氧、氮等间隙元素含量，拥有更好的韧性和塑性，尤其是在低温下。

  • 应用： 主要用于对断裂韧性要求高的领域，如医疗植入物（人造关节、骨板螺钉）、低温压力容器。

3.2 可热处理强化型 (α+β) 合金

这类合金在淬火后能保留更多亚稳的β相，从而在时效时获得高的强度。

• 示例： Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (Ti-17)

  • 特点： 具有很高的强度和良好的韧性组合，深度淬透性好。

  • 应用： 主要用于航空发动机的高强度结构件，也用于制造要求高的螺丝。

3.3 高强高韧型 (α+β) 合金

• 示例： Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.25Si (Ti-62222S)

  • 特点： 在较高强度水平下保持了良好的韧性和抗应力腐蚀性能。

  • 应用： 航空航天主承力结构件，对应力腐蚀敏感环境下的高强度螺丝。

4. β型钛合金

这类合金含有大量的β稳定元素，淬火后能得到全部β相组织，塑性好，便于冷加工。通过时效处理，可以析出细小的α相，获得高的强度。

• 示例： Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C), Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3), Ti-13V-11Cr-3Al

• 主要特点：

  • 冷成型性佳： 在固溶状态下非常柔软，可以直接冷镦成型，制造螺丝的成本较低。

  • 高强度： 时效处理后强度可达1100-1400 MPa甚至更高。

  • 耐腐蚀性好： 尤其对还原性酸的耐蚀性优于Ti-6Al-4V。

• 应用场景：

  • 主要用于制造高性能的航空航天紧固件，以及对强度和减重有较高要求的领域。

  • 在医疗领域，某些β合金因其低弹性模量（更接近人骨）和良好的生物相容性，被用于制造骨螺钉。

常规应用： 首选 Ti-6Al-4V (Grade 5)，性价比高，性能均衡。

医疗植入： 首选 Ti-6Al-4V ELI 或生物相容性更好的β合金。

高强度/减重需求： 考虑高强度(α+β)合金（如Ti-62222S）或β合金（如Beta C）。

大批量生产考虑成本： 考虑可冷镦的β合金（如Ti-15-3），可以节省加工成本。