在役的航空航天結構材料中，金屬結構材料仍為主導。美國、英國、德國、日本等發達國家在研究、制造、評價、應用等方面占據世界領先地位，通過材料計算和性能預測、數字模擬和應用評價、組織性能與多場耦合環境壽命評估等關鍵技術的成熟應用，已形成了完善的材料技術體系，擁有龐大系統性數據庫。
鈦合金是二十一世紀最有價值的戰略金屬材料，是航空、航天領域發展必不可少的“脊柱”之一。鈦合金切削過程中刀具磨損嚴重、加工表面質量差、加工效率低等問題已經成為制約其發展的瓶頸。研究鈦合金切削過程中刀具磨損及加工表面質量的形成機理、優化合理的鈦合金切削參數對航空、航天等領域的發展具有重要的意義。
20世紀中葉，國內外軍用飛機開始進入超聲速時代，航空發動機隨之轉化為噴氣發動機，鋼、鋁結構已經不能適應時代發展的要求而逐漸被淘汰。與此同時，鈦合金以其優良的性能快速的進入了航空航天領域且成為該領域主要的結構材料之一。可以清楚的看到，在現役飛機的機體上，鈦合金所占的比重在迅速增大。
在先進航空發動機機體上，鈦合金所占的比重通常保持在20%以上且呈遞增的趨勢。但鈦合金固有的難加工屬性造成的刀具磨損嚴重、加工表面質量差、加工成本高等特點已經成為制約其發展的瓶頸。
除此以外，美國、英國、德國、日本等發達國家在金屬結構材料研究、制造、評價、應用等方面占據世界領先地位，已形成了完整的材料體系和完善的選材技術體系，擁有龐大的系統數據庫。相比之下，我國金屬結構材料產業正處在上升期，迫切需要品種創新和技術進步。
1、高溫合金
我國變形高溫合金從引進吸收逐步形成體系化和規模化，目前已基本實現材料的自主可控，下圖展示了我國航空發動機及燃氣輪機盤鍛件用變形高溫合金的發展趨勢。650 ℃以下使用的GH4169合金冶金質量和用量持續提升，成為“一材多用”的典范，支撐了三代航空發動機等裝備的批產應用；承溫700～750 ℃的GH4169D、GH4065A、GH4096 等新一代合金研制成功并實現工程化應用，支撐了四代航空發動機以及商用渦扇發動機的研制；GH4720Li、GH7438 等合金在多種中小型發動機中得到批量應用；艦用燃汽輪機和火箭發動機的研制與應用帶動了GH4698、GH4742、GH4202 等牌號的發展；為了滿足更高代次發動機的應用需求，近期正在研制承溫能力800 ℃以上的GH4151、GH4975 等合金，形成服役溫度在600～900 ℃之間較完整的時效強化型變形高溫合金體系。
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隨著制造工藝的創新，鑄造高溫合金由等軸晶、定向鑄晶發展到單晶，通過一步步消除晶界使鑄造高溫合金承溫能力逐漸提高。作為航空發動機葉片的主要材料，鑄造高溫合金的發展也成就了航空發動機推重比的不斷提高，下表列出了各代航空發動機渦輪葉片選用材料的發展歷程。隨著對高溫合金性能要求的不斷提高，合金的成分設計空間變得越來越小，基于材料計算、高通量實驗、機器學習等手段開展合金成分設計成為未來的發展趨勢，通過模擬仿真優化工藝參數已經逐漸成為通用的高溫合金零部件生產制備方法。
粉末高溫合金在軍、民用先進航空發動機渦輪盤中得到了廣泛應用。綜合來看，鎳基粉末高溫合金的發展趨勢具有“三高一低”的特點：高強度、高工作溫度、高組織穩定性和低疲勞裂紋擴展速率。歐美國家率先研制成功第一代650 ℃高強型粉末高溫合金，如René95 等；第二代750 ℃損傷容限型粉末高溫合金，如René88DT 等，以及第三代高強損傷容限型粉末高溫合金，如ME3等。
第四代粉末高溫合金是在第三代的基礎上，通過成分調整和工藝優化來獲得更高的工作溫度，使其具有高強度、高損傷容限和高工作溫度的特點，如ME501 等。我國目前已研制出以FGH4095為代表的第一代、FGH4096 為代表的第二代粉末高溫合金，第三代及第四代仍在研制探索中。
近年來，我國高溫合金體系以需求牽引為主、技術推動為輔，在研制與應用領域取得顯著進展。然而，高溫合金涉及學科眾多，部件制造要求高，容錯空間小，其成熟應用是建立在對研發和制造體系全面深入理解和長期積累的基礎之上，因此未來需持續加強。
2、超高強度鋼
超高強度鋼是指屈服強度超過1380 MPa 的高比強度結構鋼，在航空航天、國防軍工等領域扮演著越來越重要的角色，航天航空領域的主要應用場景有飛機起落架、發動機軸、齒輪軸承、框、梁、火箭發動機殼體等。飛機起落架典型材料主要有300M 和Aermet 100 鋼，兩者均具有1930 MPa 以上的超高強度。300M 為低合金超高強度鋼，廣泛應用于客機、大型軍用運輸機和殲擊機起落架；AerMet 100 鋼為已成熟應用的強韌性匹配最佳的超高強度鋼，因其兼具優良的抗應力腐蝕開裂和疲勞抗力，已應用于F22、F18E/F 等軍機起落架。
此外，Fe-Ni 基馬氏體時效鋼，因在時效過程中析出納米級金屬間化合物而擁有優越的強韌性能，其典型鋼種為18Ni 型C250 和C300 鋼，多應用于發動機主軸和火箭發動機殼體等部件[46]。裝備性能提升和高承載、低成本、減重設計的要求，將飛機起落架和主軸材料推向2200 MPa 以上強度水平，GE和Leep 發動機主軸采用2100～2300 MPa 的GE1014和ML340 鋼，國內開發出強度級別達到2400 MPa的GC-24 鋼。航空軸承齒輪鋼代表高強度滲碳不銹鋼CSS-42L，最高使用溫度達430 ℃。
在研的超強耐熱滲碳鋼CH2000 屬第四代航空軸承齒輪鋼，滲碳及熱處理后表層硬度達65～68HRC，心部抗拉強度在2000 MPa 以上，使用溫度可達450 ℃，適用于新一代航空發動機和直升機高功率密度傳動系統的齒輪、軸承和傳動軸等傳動構件。
超高強度鋼的抗應力腐蝕性能也是各國研究關注的重點。美國Ques Tek 公司通過材料基因工程研發出新型二次硬化超高強度不銹鋼FerriumS53，該鋼兼具良好的斷裂韌度，已成功應用于美國空軍A-10 攻擊機的起落架部件。我國自主研發的10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE 超高強度不銹鋼，已成功應用在直升機起落架結構件，該鋼的強度、韌性均優于FerriumS53 鋼，為現今強度級別最高的超高強度不銹鋼，在航空航天裝備制造領域具有廣泛的應用前景。
低密度高強度鋼是近年來提出的新概念，其成分設計的特點是高Al 含量，同時添加奧氏體化元素，使其具有良好的塑性，例如最常見的Fe-Mn-Al-C四元體系。為了達到飛行器減重增程的目標并兼顧經濟性，我國研發了DT510 低密度鋼，在降低材料密度的同時具有良好的強韌性，與傳統超高強度鋼30CrMnSiNi2A 相比，DT510 密度降低13.4%，屈服強度提高19.3%。
