钛合金材料在飞机结构等方面的应用
- 发布时间：2012/12/20 14:32:22
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中国航空工业经过60多年的艰苦创业，取得了举世瞩目的成就，C919大型客机、ARJ21涡扇支线飞机等重点产品研制稳步推进，民用飞机正在实现由研制生产中小型飞机向大型飞机的跨越。
正在进行详细设计的C919大型客机则以声光电结合的形式进行全新形象展示。开幕当天，中国商用飞机有限责任公司与国内外客户签署了新的C919大型客机购机协议，新增加50架订单，自此C919大型客机的订单总数达到了380架。C919大型客机*装机零件已分别在成都、上海等地开工制造，近期开始全面试制。在此次珠海航展上，中国商飞公司与河北航空投资集团有限公司、幸福航空有限责任公司、美国通用电气金融服务有限公司签署C919客机用户协议，与美国东方航空有限责任公司签署购机谅解备忘录。由此，C919大型客机用户达到15家，订单总数达到380架。
现代飞机和发动机中zui重要的高温合金、铝合金、钛合金、超高强度钢、复合材料等5大类结构材料。钛主要应用在飞机的以下几个方面：
1.飞机结构钛合金材料
钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好和耐高温等一系列优点，能够进行各种方式的零件成形、焊接和机械加工，因而在*飞机及发动机上获得了广泛应用。当今，钛合金用量占飞机结构重量的百分比已成为衡量飞机用材*程度的重要标志之一。钛合金占F-22战斗机机体结构重量的39%。钛合金在国外民用飞机上的用量也随飞机设计和性能水平的提高而不断增加。高损伤容限性能是新一代战斗机（包括高推比发动机）长寿命、高机动性、低成本和损伤容限设计需要的重要材料性能指标。美国把破损安全设计概念和损伤容限设计准则成功应用在*战斗机上，F-22战斗机大量采用损伤容限型钛合金及其大型整体构件，以满足高减重和长寿命的设计需求。Ti-6Al-4VELI在美国C-17军用运输机上的特大型锻件上得到重要应用，高强度钛合金Ti-6-22-22S也在C-17飞机上的水平尾翼接头（转轴）等关键部位上得到应用。这两种钛合金的使用，使大型运输机的寿命高达60000飞行小时以上。在欧洲，空客A380是首架全钛挂架的飞机，未来的A350也将采用全钛挂架。
2.航空发动机用高温钛合金
高温钛合金主要用于制造航空发动机压气机叶片、盘和机匣等零件，这些零件要求材料在高温工作条件下（300~600℃）具有较高的比强度、高温蠕变抗力、疲劳强度、持久强度和组织稳定性。随着航空发动机推重比的提高，高压压气机出口温度升高导致高温钛合金叶片和盘的工作温度不断升高。经过几十年的发展，固溶强化型的高温钛合金zui高工作温度由350℃提高到了600℃。我国在航空发动机上使用的工作温度在400℃以下的高温钛合金主要有TC4和TC6，应用于发动机工作温度较低的风扇叶片和压气机第1、2级叶片。500℃左右工作的高温钛合金有TC11、TA15和TA7合金，其中TC11是我国目前航空发动机上用量zui大的钛合金。单纯采用固溶强化的钛合金难以满足600℃以上温度环境对蠕变抗力和强度的要求。有序强化的钛-铝系金属间化合物因其高比强度、比刚度、高蠕变抗力、优异的抗氧化和阻燃性能，而成为600℃以上温度非常有使用潜力的候选材料，其中Ti3Al基合金*工作温度在650℃左右，而TiAl基合金工作温度可达760℃~800℃。
3.飞机钛合金紧固件
钛合金紧固件可以大大减轻飞机的自身重量，不仅可以提高飞行性能，还能降低使用成本，zui主要的是可是降低油耗。我国国产c919飞机每架约需钛合金紧固件20万件，要完成*100架启动订单就需要2000万件钛合金紧固件。按计划2018年年产150架大飞机计算的话，每年就需要3000万件钛合金紧固件。钛合金紧固件发展潜力巨大，市场发展前景十分看好。
预计2031年末中国民用飞机的机队规模将达到6309架，是目前机队规模的3.6倍。由于中国航线网络结构的特性，未来的机队构成仍将以单通道干线飞机为主，但宽体干线飞机和支线飞机比例会增加。而由于运量增长和退役的替换需求，未来20年中国需要新增的民用客机达4933架。专家分析，从*看，中国经济持续增长、城市化进程加快、居民消费升级等因素将有利于航空运输的持续发展，高油价和严格的环保要求也使得航空公司加快了老旧飞机的退役。加快民用客机产业化，未来10年是我国航空工业实现跨越发展的攻坚时期，钛产业将面临难得的发展机遇。