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TC4钛合金材料厂家谈航空钛合金的应用
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TC4钛合金材料厂家谈航空钛合金的应用

发布时间 :2021-02-12 20:47:15 浏览次数 :

航空工业是金属钛制品的最大市场。据资料报道,航空航天应用占全球钛制品需求的30% 以上,航空工业中使用钛合金的优点很多,如使用在飞机发动机中的中等温度部位时,钛具有更高的疲劳强度、屈服强度和蠕变强度,较低的弹性模量,这样在疲劳载荷情况下能够减少应力。钛合金的优异的抗大气腐蚀性能,能大大改善喷气发动机中的压缩性能。增大发动机的推力,改善推重比,提高发动机的效率。

钛合金主要应用领域为飞机发动机和飞机骨架结构材料,包括发动机的叶片、盘或轮毂、入口导向叶片及飞机机身中的蒙皮、机架、纵梁、舱盖、龙骨、起落架梁、信号板等。

世界钛航空市场概况

世界钛航空应用市场主要集中在美国、俄罗斯、欧洲等国家和地区。业内人士分析,由于飞机的更新换代及对节能高效机型的需求,未来航空市场需求将会持续增长,需求的增长主要在新兴国家及地区如中国、印度等发展中国家。据空客公司最新市场预测称,到2032年亚太市场将代替欧洲及北美,引领世界空中交通的发展。目前,新兴市场中有五分之一的人每年至少坐一次飞机,而到2032年这一数字将跃至三分之二。未来20年,亚太地区的空中交通将以每年平均5.5% 的幅度增加。印度空中交通的年增长率将达10% ,其次是中国和巴西,将以每年7% 的增速发展。据美国R T I报告,到2017年商业飞机机身用钛需求将以每年12.1% 的速度增长,商业飞机机身用钛轧材的装运量将由2012年的5000万磅增至8900万磅。

2014年商业机身用钛需求将由2013年的6100万磅增至7400万磅。未来每架飞机金属使用量不断增加,特别是新机型。预计2012-2017年,宽体式飞机金属使用量每年增长10% ,窄体式飞机金属使用量每年增长3% 。增长主要体现在机身用钛方面。

紧固件需求或将在未来几年达到峰值。美国两大主要航空用钛紧固件生产商之一的D ynam et公司称,同原先设计的机型相比,新双通道飞机,如波音787梦幻号及空客A 350,钛紧固件用量相对较多。

总之,纵观世界航空市场的发展及变化,预计未来飞机交付量将继续增加,发动机用钛增长放缓、飞机骨架用钛总量继续增加、紧固件需求将达峰值。

世界主要航空钛材供应商

美国A T I、精密铸件公司(PC C )子公司T im et、俄罗斯V SM PO -A vism a及中国的宝钛集团有限公司是世界主要航空用钛材供应商。

A T I同波音商业飞机公司存在长期供货合同。A T I称每生产一架波音787,公司可获利270万美元,包括钛及其它合金的机身及发动机零部件,如锻件、铸件、净成形部件及某些轧材。该公司和波音公司将长期钛材供货合同已延长至2018年,并增加了高附加值产品及高级合金的供货比例,高级合金包括A T I公司研制的A T I425合金。该合金通过改进性能和减小尺寸可实现降低飞机重量。

美国精密铸件公司是一家全球综合性复杂金属零部件及产品制造商,其主要市场为航空航天及一般工业。2012年年底,PC C 成功收购了美国最大的钛轧材生产商钛金属公司(T im et)。T im et是世界上钛熔制品和轧制品的主导生产商,也是美国最大的海绵钛生产商,其产品主要用于航空航天市场,主要销售对象是波音公司、罗罗公司等。2013年美国精密铸件公司钛产品在每架787用钛产品中的收益增加1000万美元,且未来仍会继续增加。

V SM PO -A vism a公司是目前世界上最大的钛材生产企业之一,作为全球钛材生产的领军者,其钛产品已占全球市场份额的四分之一,是为波音公司长期提供钛轧材的三大供应商之一。目前,该公司70% 的产品用于出口,能够满足波音公司40% 、欧洲航空防务及航天公司60% 、巴西航空工业公司100% 的用钛需求。公司拥有世界最大的75000吨水压机,能生产重达3.1吨的钛锻件、单件重量770公斤以上的大型铸件等。2009年,波音公司和V SM PO 建立了合资公司U BM ,两家公司各占50% 股份,主要为波音787梦幻号加工由V SM PO 生产的钛锻件。

V SM PO 研发的最著名的合金之一是 T i5-5-5-3(即 T i-5A l-5M o-5V -3C r),该合金被用于新A 350X W B 双通道飞机的起落架。T i5-5-5-3也被用于波音787梦幻号,性能相似于甚至超过起落架应用最频繁的T i10-2-3(T i-10V -2Fe-3A l)。

宝钛集团有限公司是中国最大、实力最雄厚、体系最完整的以钛及钛合金为主的稀有金属材料专业化科研生产基地,是我国钛工业的摇篮和旗帜,代表着我国钛加工技术的最高水平。已通过了美国波音公司、法国宇航公司、欧洲空中客车公司、英国罗罗公司、G O O D R IC H 公司等公司的质量体系、工艺技术及产品认证和审核,可提供符合用户要求的产品。

航空应用概况

钛材的比强度高且具有优异的高温性能及耐腐蚀性能,因而广泛用于航空工业。钛材最主要用于温度高达1100F 的喷气发动机和飞机骨架部件以及一些重要的结构件。空客A 380和波音B787使用的钛金属量比之前建造的商业飞机用量都多,钛在A 350X W B 机型上的用量也较大,如表1所示。

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飞机用钛材最大单一应用领域就是燃气涡轮发动机。在多数现代喷气发动机中,钛合金部件重量约占飞机总重量的20%~ 30%,主要是飞机压缩机部件,包括叶片、盘或者轮毂、入口导向叶片及外壳等。钛是最常用的使用温度高达1100 F(593℃)的发动机部件材料。如20世纪80年代,日本同英、美、德等国共同研制了中型客机用V 2500发动机,它采用了较多的钛合金材料,具有重量轻、燃耗低、噪声小、可靠性高等特点。发动机风扇壳体为T i-6A l-4V 合金,低压和高压压缩机前端的圆盘、动翼、静翼等均使用了钛    材,如T i-6A l-4V 、T i-4V -4M o-2Sn-0.5Si。

钛在飞机骨架结构件中的应用也很广,从大型锻造机翼结构件、起落架装置到小型重要紧固件、弹簧及液压管等均使用了钛材。如空客A 380客机起落架使用的T i1023钛合金锻件有3.2吨重,4.2米长,是目前世界上最大的钛合金锻件。中国的C 919大型客机翼身组合体在核心制造技术上实现了多项突破 :首次在国产机型上采用激光成形件加工中央翼缘条,最大尺寸3070m m ,最大重量196kg  。预计从2004年到2024年20年间机体结构件用钛材将达约13.2万吨。

目前,在单个项目中最有影响的应用的实例是T i-13V -11C r-3A l合金在SR -71“黑鸟”飞机上的应用,其应用部位包括机身、机翼梁和着陆架。此外,比较有影响的应用实例还有新型潜艇携带的“鸬鹚”无人攻击机,因为其出入的通道主要是海水,因此全机为钛合金制成,以防止腐蚀的产生,总起飞重量不超过4吨,可携带453千克的有效载荷。由于采用了钛合金,其机体强度极高,可承受150英尺水深的压力。

钛合金所具有的独特性能,让其应用前景更加广阔。以抗炮击能力为例,由于钛合金的抗炮击能力显著优于复合材料,美国F-22战斗机复合材料的用量由最初的44.7% 减至现在的24% ,而钛合金用量则提高至41% 。军机钛合金的使用量比民机多,也是出于增强战斗力的考虑。此外,另一具有断裂韧性高、疲劳裂纹扩展速率慢等特点的新品种合金——高损伤容限钛合金的出现,也是飞机上的钛合金用量越来越多的重要原因。

结语

我国是世界钛行业大国,钛材产量居世界第一。但目前我国航空用钛仅占全部需求的10% 左右,与国外相比差距很大。我国钛生产企业要开拓钛材在航空领域的应用市场,就应加强与航空应用、研究部门合作,多研发具有自主知识产权的航空用钛材料及其产品,同时,加强生产管理和工艺技术水平,提高航空用钛产品质量,扩大钛合金在我国航空工业上的应用,提升我国航空用钛水平,缩小与国外的差距,实现我国钛材生产由大国向强国的转变。可以相信,随着我国大飞机项目的国产化战略,我国钛及钛合金产业将会迎来广阔的发展前景。 

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