航空用钛的发展及应用

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1、钛在我国航空工业的应用摘要由于钛合金具有髙比强度、较宽的工作温度范围和优异的腐蚀抗力，因而广泛应用于航空工、Ik。木文介绍了钛合金在航空工业的应用发展及我国钛加工材的应用现状和面临的挑战。1.概述由于钛合金具有萵比强度、较宽的工作温度范围和优异的腐蚀抗力，因而在航空及宇航工业得以广泛应用。20世纪50年代，军用飞机进入了超音速时代，航空发动机相应地进入喷气发动机时代，要求使用在室温、屮温下具有更高比强度的新材料，原有的铝、钢结构己不能满足新的需求，而钛合金恰恰在这一时期刚刚具备了工.业生产能力，正适应了超音速军机发展的需耍

2、1］。世界钛市场屮最大的用户始终屈于航空，当今世界航

3、空工业的兴袞仍对钛合金的研宄、生产和应用起举足轻重的作用。相应地，衡景一个国家航空工业发展水平的-个重要标志就是航空用钛的需求fi占钛总耑求fi的tf分比。W界范网闪航空钛加工材耑求占钛材总耑求虽的50%左右，其屮美国1990年至1997年期间航空航天工业的钛材耑求景约占美国钛材总耑求景的70%，在航空航天工业中民用量又为军用量的2倍多，而我国钛加工材应用于航空工业的份额不足20%，还有极大的发展空间。随着国民经济的发展和大飞机计划的启动，先进大飞机及其发动机对高性能、低成本、高效率、低污染提出了极卨要求，是先进航空钛合金材料和热工艺发展的强大驱动力［2］，2.目前现状由于碳

4、复合材料和钛合金都具杳密度小、比强度高等优异性能，特别是钛合金与碳复合材料有很好的相容性，因此，钛足一种较理想的航空结构材料。就目前的趋势来看，越足先进的新型飞机，越是宽体飞机，用钛景越大。由于宽体A350客机碳复合材料用tt大，所以用钛tt约100t，髙于A380客机的90t。图2f2］给出了A350客机用钛的主要部位和部件，主要有起落架、机翼结构、发动机悬架、机翼高压汕管气管、紧固件、舱门、机舱面板或隔板、座椅导轨、尾锥和辅助动力舱的隔热屏等［3］。不仅是机身，0前大飞机用主流的高涵道比涡轮风扇发动机也大fl用钛。军机与民用飞机的用材趋势相同，而且用钛的比例更商在20世纪

5、80年代以后美国设计的先进军用战斗机和轰炸机中，钛合金用觉已稳定在20%以上。1.研究进展我国航空领域的钛材需求S在世界航空领域的钛材需求呈屮所ft的比例很小，在我国钛材总需求量中所占的比例也一直处T低位。2006年航空领域钛材需求量在我国钛材总需求量屮仅占9.7%(1338.8t)，2007年上升至17.2%(40611)，2008年受经济危机影响，乂回落到12.8%(3575t)，而世界领域内这一平均偾为50%，美国更是达到70%。我国航空领域钛材需求量在总需求景所占比例偏低的主要原因有3条:其一，我国的K用干线飞机都足从国外购买；其二，一些新型军用飞机尚未批虽生产；其三

6、，已批暈生产的军用飞机的钛用景不髙，一般情况下，机体小于等于5%，发动机小于等于20%(所A结构的质量分数严51。中国大飞机、航天空间站、嫦娥计划都会大量使用钛材。尤其是大飞机项目，钛树的应用量将逐步增大。尽管我国钛工业在近几年里取得了长足发展，基本上满足了国内各项建设的需要，但客观地说，我国钛工业还不能立即完全满足航空工业大发展对钛材的各种耑求。因此，我国大飞机项目的启动对我国钛工业來说既是机遇，更是挑战。从20世纪50年代至80年代，国际上发展钛合金的主要方向足不断提高性能以满足工业发展需要,特别是军用飞机及其发动机减轻结构质量的需要，即所谓的“斤斤计较”甚至“克克计较”

7、。虽然我国在高性能钛合金的研究方面取得了一些成就，但是与国外相比，在高附燃性能钛合金、高耐热性能钛合金和高强度的近卩和P型钛合金等方面仍存在较大差距［6］。而20世纪90年代苏联解体后，虽然美英发展髙性能钛合金的努力仍在继续，但是势头己有所减缓，降低成本的呼声越來越高，从“斤斤计较”转为“7己元计较”的气氛越来越浓。2.存在的问题高用量：与国外相比，我国航空发动机钛用量存在的差距比飞机机体的要小得多，但要把航令发动机的钛用量进一步提高至30%左右，其难度仍和当大。商性能：与其它航空结构材料一样，高性能足要求其只有商性能的同时乂只有良好的性能匹配，即必须综合考虑其力学性能、物理

8、性能、化学性能、工艺性能和缺陷的可控性。我国在航空用高性能钛合金方面的研究与国外钛合金髙性能方面的发展水T相比还存在一定的差距。低成本：国外在降低成木方面虽然取得丫一些成就，但仍有许多领域有待研宄和开发。以阻燃钛合金为例，美国发明的AlloyC虽然炅有优以的附燃特性和高温力学性能，但由于它需要添加大景昂贵的V和较差的可锻性而导致价格很高，因此只科在F119发动机中正式成用，其他发动机均望而却步。至于国内钦合金产品在成本方面的问题就更多了，由于管理和技术落后等原因，产品价格在国际上竞争力差，在国内则不利于