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鈦合金航空材料是飛機(jī)制造的基礎(chǔ),沒有高端技術(shù)制備的新材料,航空工業(yè)發(fā)展難以達(dá)到尖端,隨著航空工業(yè)的發(fā)展和新型號的研制,航空材料的需求與以往相比有哪些變化?
我國鈦合金航空材料應(yīng)用跨度之大超乎想象
隨著航空工業(yè)發(fā)展,要求材料比強(qiáng)度越來越高,性能越來越好。現(xiàn)在復(fù)合材料和鈦合金在飛機(jī)和發(fā)動機(jī)上的用量越來越多。比如復(fù)合材料,上世紀(jì)80年代在飛機(jī)上使用的還很少,但是這些年發(fā)展迅速。最新型的波音787客機(jī)復(fù)合材料占比已經(jīng)到了50%,鈦合金到了15%,在民用飛機(jī)領(lǐng)域打破了歷史最高紀(jì)錄。而之前的,波音777客機(jī)復(fù)合材料用量才10%,鈦合金用量才8%,跨度之大超乎想象。
復(fù)合材料與鈦合金是“最佳伴侶”,相輔相成,互相促進(jìn)。復(fù)合材料含有碳纖維,應(yīng)用中與鋁合金之間有電位差,而隨著時間推移鋁合金會被慢慢腐蝕,降低飛機(jī)安全性能。因此,與復(fù)合材料接觸使用的鋁合金,就需由鈦合金來代替,如復(fù)合材料的緊固件等零件。這些年來復(fù)合材料應(yīng)用的大幅增加也會推動鈦合金應(yīng)用的增加。
復(fù)合材料和鈦合金這些材料之所以得到大規(guī)模的應(yīng)用發(fā)展,主要是兩個原因,其一是隨著材料研究及應(yīng)用實踐經(jīng)驗的積累,材料的性能和使用可靠性越來越好,其二是隨著加工制造技術(shù)的發(fā)展,材料本身的價格也比以前大為降低。具體來說,過去使用Ti-6AI-4V(TC4)鈦合金,現(xiàn)在我們在繼續(xù)使用的同時,還研發(fā)出強(qiáng)度等性能更高的鈦合金新品種,經(jīng)過多年試驗,飛機(jī)很多部件已開始使用這些新的鈦合金。例如,波音777客機(jī)同時使用了Ti1023、β21S、Ti153這三種牌號的β型鈦合金,這也是這三種牌號鈦合金第一次同時在民用飛機(jī)上使用??湛虯380客機(jī)起落架使用的Ti1023鈦合金鍛件有3.2噸重,4.2米長,是目前世界上最大的鈦合金鍛件。
鈦合金航空材料所具有的的獨特性能,讓其應(yīng)用前景更加廣泛。以抗炮擊能力為例,由于鈦合金的抗炮擊能力顯著優(yōu)于復(fù)合材料,美國F-22戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)合材料的用量由最初的44.7%減至現(xiàn)在的24%,而鈦合金用量則提高至41%。軍機(jī)鈦合金的使用量比民機(jī)多,也是出于增強(qiáng)戰(zhàn)斗力的考慮。此外,另一具有斷裂韌性高、疲勞裂紋擴(kuò)展速率慢等特點的新品種合金——高損傷容限鈦合金的出現(xiàn),也是飛機(jī)上的鈦合金用量越來越多的重要原因。