鈦材料在現(xiàn)代航天業(yè)和發(fā)動機中有哪些應(yīng)用？
中國航空工業(yè)經(jīng)過60多年的艱苦創(chuàng)業(yè)，取得了舉世矚目的成就，C919大型客機、ARJ21渦扇支線飛機等重點產(chǎn)品研制穩(wěn)步推進，民用飛機正在實現(xiàn)由研制生產(chǎn)中小型飛機向大型飛機的跨越。11月13日至11月18日，第九屆中國國際航空航天博覽會在廣東珠海舉辦，來自39個國家和地區(qū)的650多家參展商，以及100多架飛行器實物參加。
正在進行詳細設(shè)計的C919大型客機則首次以聲光電結(jié)合的形式進行全新形象展示。開幕當天，中國商用飛機有限責任公司與國內(nèi)外客戶簽署了新的C919大型客機購機協(xié)議，新增加50架訂單，自此C919大型客機的訂單總數(shù)達到了380架。C919大型客機首批裝機零件已分別在成都、上海等地開工制造，近期開始全面試制。在此次珠海航展上，中國商飛公司與河北航空投資集團有限公司、幸福航空有限責任公司、美國通用電氣金融服務(wù)有限公司簽署C919客機用戶協(xié)議，與美國東方航空有限責任公司簽署購機諒解備忘錄。由此，C919大型客機用戶達到15家，訂單總數(shù)達到380架。
現(xiàn)代飛機和發(fā)動機中最重要的高溫合金、鋁合金、鈦合金、超高強度鋼、復(fù)合材料等5大類結(jié)構(gòu)材料。鈦主要應(yīng)用在飛機的以下幾個方面：
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，能夠進行各種方式的零件成形、焊接和機械加工，因而在先進飛機及發(fā)動機上獲得了廣泛應(yīng)用。當今，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程度的重要標志之一。鈦合金占F-22戰(zhàn)斗機機體結(jié)構(gòu)重量的39%。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。美國率先把破損安全設(shè)計概念和損傷容限設(shè)計準則成功應(yīng)用在先進戰(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，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金最高工作溫度由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)動機上用量最大的鈦合金。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，最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2013年末中國民用飛機的機隊規(guī)模將達到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4933架。
專家分析，從長期看，中國經(jīng)濟持續(xù)增長、城市化進程加快、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。
