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钛合金管在我国自主研制飞机中的应用前景与发展方向
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钛合金管在我国自主研制飞机中的应用前景与发展方向

发布时间 :2020-12-05 12:28:38 浏览次数 :

为提高飞机的整体飞行性能,满足飞机重量相对轻、寿命长、机动性能好等要求,大型客机和战斗机管路系统的工作压力将逐步提高,各种具有优异综合性能的钛合金管材必将逐步获得广泛应用。鉴于液压管路系统在飞机管路系统的重要性,首先开展钛合金管材在新飞机液压管路系统的应用是可行的。从比强度、比刚度、耐腐蚀性和冷弯曲成形能力以及材料的成熟度考虑,采用TA18M(Ti-3Al-2.5V)钛合金导管是目前一种较理想的选择。

TA18M钛合金是从TC4(Ti-6Al-4V)合金演变而来的低铝当量近α型钛合金,是作为可冷加工的管材应用而研制的,具有良好的冷成形和焊接性能,可以制造多种无缝管材、焊接管材和蜂窝结构,通过热处理可以实现良好的强度和塑性匹配。该合金的室温强度比工业纯钛高20%~50%,对缺口不敏感,在许多介质中具有良好的抗蚀性。因此,适于制造各种飞机上的导管。TA18M钛合金管材已在美国高科技军用和民用多种飞机上作为液压、燃油等管路系统应用。例如,20世纪70年代中期开始作为航空导管在F-14A、F-15和波音757、767等机种上应用。TA18M导管在我国航空及民用方面也有一定的应用基础,在我国运输机上作为空调管路应用过,并将在航空发动机管路系统中应用。

钛合金管

由于TA18M钛合金密度小,较不锈钢管可有效减重,更可贵的是,其良好的焊接性能使后续的管端头易于连接,而且其与复合材料结构的强度和刚度具有优良的匹配性能,可以进一步获得很好的减重效果。因此,TA18M是目前最适合于制作先进飞机上耐高压轻质导管的理想材料。

近年,随着钛合金生产技术的发展,先后开发出几种适合于室温下进行塑性加工的高强β型钛合金。其中近型的Ti-15-3(名义成分为Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn)是较有应用前景的钛合金之一,可以在固溶状态下采用冷成形方法进行加工,其冷加工性能与工业纯钛相当,甚至比工业纯钛还好,并可以通过热处理方法(时效)进行强化(其强度可达 1400MPa~1500MPa) , 且该合金还具有较好的焊接性能和性能均匀性,使得Ti-15-3生产成本大为降低,制件精度和性能大幅度提高,从而有力地促进了Ti-15-3在航空、航天等工业中的应用。使用该合金代替飞机上大量应用的30CrMnSiA结构钢,可以获得明显的减重效果:代替某些热成形钛合金零件可以降低制造成本。因此,Ti-15-3合金是一种

较为理想的航空结构材料。采用该合金制造飞机零件是提高飞机结构效益和可靠性的重要措施之一。该合金特别适宜制造飞机和火箭发动机推进剂贮存箱和导管等部件,最高工作温度为290℃。另外,高强钛合金TA18管材在我国尚处于研制阶段,目前迫切需要解决的,是如何在提高强度的同时,能够保持足够的塑性,以便使得后续冷弯曲和端头加工能够顺利开展。如果能突破该制造瓶颈,估计钛合金管材在先进飞机中的应用将大大提高。

因此,以国外先进飞机上成熟可靠使用过的、且在我国航空领域有较好应用基础的低合金化、耐高压钛合金管材TA18M和Ti-15-3为切入点,开展相关耐高压管材研究与应用的试验验证工作,充分发挥传统钛合金材料的应用潜力,完善、改进已经研制的新材料,探索和研究综合性能更好的新型材料,形成适合我国国情的钛合金管材材料体系,重点突破或完善相关配套工艺技术,并逐步推广钛合金在大客飞机及其他管路系统的应用,必将实现钛合金管材应用研究技术在我国先进飞机上由点到面,并逐步深入与细化的大跨度发展。

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