1.飛機結(jié)構(gòu)鈦合金材料
鈦合金具有比強度高、耐腐蝕性好和耐高溫等一系列優(yōu)點,能夠進(jìn)行各種方式的零件成形、焊接和機械加工,因而在先進(jìn)飛機及發(fā)動機上獲得了廣泛應(yīng)用。當(dāng)今,鈦合金用量占飛機結(jié)構(gòu)重量的百分比已成為衡量飛機用材先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。鈦合金占F-22戰(zhàn)斗機機體結(jié)構(gòu)重量的39%。寶雞鈦陽極鈦合金在國外民用飛機上的用量也隨飛機設(shè)計和性能水平的提高而不斷增加。高損傷容限性能是新一代戰(zhàn)斗機(包括高推比發(fā)動機)長壽命、高機動性、低成本和損傷容限設(shè)計需要的重要材料性能指標(biāo)。美國率先把破損安全設(shè)計概念和損傷容限設(shè)計準(zhǔn)則成功應(yīng)用在先進(jìn)戰(zhàn)斗機上,F(xiàn)-22戰(zhàn)斗機大量采用損傷容限型鈦合金及其大型整體構(gòu)件,以滿足高減重和長壽命的設(shè)計需求。Ti-6Al-4VELI在美國C-17軍用運輸機上的特大型鍛件上得到重要應(yīng)用,寶雞鈦陽極高強度鈦合金Ti-6-22-22S也在C-17飛機上的水平尾翼接頭(轉(zhuǎn)軸)等關(guān)鍵部位上得到應(yīng)用。這兩種鈦合金的使用,使大型運輸機的壽命高達(dá)60000飛行小時以上。在歐洲,空客A380是首架全鈦掛架的飛機,未來的A350也將采用全鈦掛架。
2.航空發(fā)動機用高溫鈦合金
高溫鈦合金主要用于制造航空發(fā)動機壓氣機葉片、盤和機匣等零件,這些零件要求材料在高溫工作條件下(300~600℃)具有較高的比強度、高溫蠕變抗力、疲勞強度、持久強度和組織穩(wěn)定性。隨著航空發(fā)動機推重比的提高,高壓壓氣機出口溫度升高導(dǎo)致高溫鈦合金葉片和盤的工作溫度不斷升高。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,固溶強化型的高溫鈦合高工作溫度由350℃提高到了600℃。我國在航空發(fā)動機上使用的工作溫度在400℃以下的高溫鈦合金主要有TC4和TC6,應(yīng)用于發(fā)動機工作溫度較低的風(fēng)扇葉片和壓氣機第1、2級葉片。500℃左右工作的高溫鈦合金有TC11、TA15和TA7合金,其中TC11是我國目前航空發(fā)動機上用量的鈦合金。寶雞鈦陽極單純采用固溶強化的鈦合金難以滿足600℃以上溫度環(huán)境對蠕變抗力和強度的要求。有序強化的鈦-鋁系金屬間化合物因其高比強度、比剛度、高蠕變抗力、優(yōu)異的抗氧化和阻燃性能,而成為600℃以上溫度非常有使用潛力的候選材料,其中Ti3Al基合金長期工作溫度在650℃左右,而TiAl基合金工作溫度可達(dá)760℃~800℃。
3.飛機鈦合金緊固件
鈦合金緊固件可以大大減輕飛機的自身重量,不僅可以提高飛行性能,還能降低使用成本,主要的是可是降低油耗。我國國產(chǎn)c919飛機每架約需鈦合金緊固件20萬件,要完成首批100架啟動訂單就需要2000萬件鈦合金緊固件。按計劃2018年年產(chǎn)150架大飛機計算的話,每年就需要3000萬件鈦合金緊固件。鈦合金緊固件發(fā)展?jié)摿薮螅袌霭l(fā)展前景十分看好。
預(yù)計2031年末中國民用飛機的機隊規(guī)模將達(dá)到6309架,是目前機隊規(guī)模的3.6倍。由于中國航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特性,未來的機隊構(gòu)成仍將以單通道干線飛機為主,但寬體干線飛機和支線飛機比例會增加。而由于運量增長和退役的替換需求,未來20年中國需要新增的民用客機達(dá)4933架。專家分析,從長期看,中國經(jīng)濟持續(xù)增長、城市化進(jìn)程加快、居民消費升級等因素將有利于航空運輸?shù)某掷m(xù)發(fā)展,高油價和嚴(yán)格的環(huán)保要求也使得航空公司加快了老舊飛機的退役。加快民用客機產(chǎn)業(yè)化,未來10年是我國航空工業(yè)實現(xiàn)跨越發(fā)展的攻堅時期,鈦產(chǎn)業(yè)將面臨難得的發(fā)展機遇。
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