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钛材料在现代飞机和发动机中的应用
作者:admin    发布日期:2020/10/10     关注次数:      二维码分享
现代飞机和发动机中重要的高温合金、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,因而在先进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先进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%。宝鸡钛阳极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。美国率先把破损安全设计概念和损伤容限设计准则成功应用在先进战斗机上,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,宝鸡钛阳极高强度钛合金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的钛合金。宝鸡钛阳极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基合金长期工作温度在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,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,要完成首批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,从长期看,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。
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