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TC4钛合金在航空工业发展中的应用现状及存在的问题
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TC4钛合金在航空工业发展中的应用现状及存在的问题

发布时间 :2021-03-29 06:51:13 浏览次数 :

TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点,在航空航天、石油化工、造船、汽车,医药等部门都得到成功的应用。由于TC4钛合金具有高比强度、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业。有关TC4钛合金材料在航空工业的应用,立坤钛业整理相关资料,分享如下:

1、概述

由于TC4钛合金具有高比强度、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、中温下具有更高比强度的新材料,原有的铝、钢结构已不能满足新的需求,而TC4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要  。

世界钛市场中最大的用户始终属千航空,当今世界航空工业的兴衰仍对TC4钛合金的研究、生产和应   用起举足轻重的作用。相应地, 衡最一个国家航空工业发展水平的一个重要标志就是航空用钛的需求量占钛总需求量的百分比。世界范围内航空钛加工材需求占钛材总需求量的50%左右, 其中美国1990年至1997年期间航空航天工业的钛材需求  量约占美国钛材总需求量的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千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、低污染提出了极高要求, 是先进航空TC4钛合金材料和热工艺发展的强大驱动力 。

TC4钛管

2、目前现状

由于碳复合材料和钛合 金都具有密度 小、比强度高等优异性能, 特别是TC4钛合金与碳复合材料有很好的相容性, 因此,钛是一种较理想的航空结构材料。就目前的趋势来看, 越是先进的新型飞机, 越是宽体飞机,用钛晕越大。

由于宽体A350客机碳复合材料用量大,所以用钛量约lOOt,高于A380客机的90t。给出了A350客机用钛的主要部位和部件,主要有起沿架、机翼结构、发动机悬架、机翼高压沺管气管、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。不仅是机身, 目前大飞机用主流的高涵道比涡轮风扇发动机也大篮用钛。军机与民用飞机的用材趋势相同, 而且用钛的比例更高 。

3、研究进展

我国航空领域的钛材需求最在世界航空领域的钛材需求量中所占的比例很小 ,在我国钛材总需求量中所占的比例也一直处于低位。2006 年航空领域钛材需求 量在我国钛材总需求 量中仅占9.7%

(1338.St),2007 年上升至17 .2%( 4061t),2008 年受经济危机影响,又回落到 12.8%( 3575t), 而世界领域内这一平均值为50%,美国更是达到 70% 。我国航空领域钛材需求量在总需求量所占比例偏低的 主要原因有3条其一, 我国的民用干线飞机都是从 国外购买, 其二, 一些新型军用飞机尚未批篮生产,其三, 已 批侬生产的军用飞机的钛用輩不高, 一般情况下, 机体小千等千5% ,发动机小于等千20 %( 所占结构的质戳分数) 。

TC4钛棒

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, 钛材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需求。因此, 我国大飞机项目的启动对我国钛工业来说既是机遇, 更是挑战 。

从20世纪50年代至80 年代, 国际上发展TC4钛合金的主要方向是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霾的需要 , 即所谓的“斤斤计较“甚至“克克计较“。虽然国我在高性能TC4钛合金的研究方面取得了一些成就, 但是与国外相比,在高阻燃性能TC4钛合金、高耐热性能钛合 金和高强度的近 B和B型TC4钛合金等方面仍存在较大差距 。 而20世纪90年代苏联解体后 , 虽然美英发展高性能TC4钛合金的努力仍在继续,但是势头已有所减缓,降低成本的呼声越来越高,从“斤斤计较'转为“元元计较"的气氛越来越浓。

4、存在的问题

高用量与国外相比, 我国航空发动机钛用最存在的差距比飞机机体的要小得多, 但要把航空发动机的钛用量进一步提高至30 % 左右, 其难度仍相当大。

高性能 与其它航空结构材料一样, 高性能是要 求其具有高性能的同时又具有良好 的 性能匹配, 即必须综合考虑其力学性能、物理性能、化学性能、工艺性能和缺陷的可控性  。我国在航空用高性能TC4钛合金方面的研究与 国外TC4钛合金高性能方面的发展水平相比还存在一定的 差距。

低成本 国外在降低成本方面虽然取得了 一些成就, 但仍有许多领域有待研究和开发。以阻燃TC4钛合金为例,美国发明的Alloy C虽然具有优良的阻燃特性和高温力学性能 ,但由于它需要添 加大量昂贵的和较差的可锻性而导致价格很高, 因此只有在Fl19发动机中正式应用 , 其他发动机均望而却步 。至千国内TC4钛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,在国内则不利千进 一步扩大应用。因此, 必须认真研讨降低钛产品成本的途径, 确定近、中、长期发展规划, 确立可降低成本的科研、开发和技改项目 , 从而促进我国钛资源的充分利用 , 推动我国钛产品的推广应用。

TC4钛环

5、结论与建议

对现有高品用TC4钛合金进行成分调整或研制具有自主知识产权的新型高强韧TC4钛合金,研发新的使用   温度突破600°C的高温TC4钛合金,   降低TC4钛合金成本等将成为航空用TC4钛合金的研究及发展方向。大力开展计算机模拟和控制TC4钛合金工艺、组织、性能的研究是我国TC4钛合金领域提高质量和降低成本的根本措施。 此外, 尝试用价格较低的合金元素取代较昂贵的金属元素或改善加工工艺 以降低TC4钛合金成本, 进一步扩大其使用范围。一方面我们要奋起赶超国际高性能TC4钛合金的先进水平,另一方面应认真研讨降低钛产品成本的途径 , 确立相应的科研、开发和技改项目, 从而促进我国钛资源的充分利用, 推动我国钛产品的推广应用。

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