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钛材料在大客机中的应用

   2021-12-23 中国有色金属网184080

  欧洲空客公司(Air Bus)的A3XX型客机、美国波音飞机公司(Boeing)的B77X型飞机和中国商飞公司的C919、中俄合资公司生产的CR929飞机,都用了不少材制造的结构件。

  中国完全自主研发的C919大型客机的研制始于2008年,2015年11月2日,首架原型机在上海中国商用飞机有限责任公司下线并进行测试,2017年5月5日首飞,11月10日进行了首次转场飞行,12月17日第二架C919大飞机又在上海浦东机场首飞成功,标志着国产大飞机迈入全面试验试飞新阶段。原型机用的材料虽全是外国货,那主要是为了获取适航取证的需要,从第二架飞机开始,国产材料的用量就一批比一批的多,一年比一年的多。

  C 919大飞机的主要技术参数见表。

  钛材在大型民机制造中获得了广泛的应用,起落架和轮子的一些关键零件都是用钛合金锻造的,也有少量零件用铝合金锻造。在C919大飞机中,钛合金零部件净质量约占飞机总净质量的10%,在中国制造的民机中是钛材用量最多的,哪些零部件为钛制的(见图1):机头,用的是Ti-6Al-4VEVI锻件;吊挂,用了Ti-6Al-4V合金锻、板材和钛合金55531锻件;尾翼用的是Ti-6Al-4V合金锻件;外翼用的是Ti-6Al-4V合金锻件和板材;中央翼用的是Ti-6Al-4V ELl合金锻件;起落架系统用的是Ti-6Al-4V合金锻件。

  Ti-6Al-4V(TC4,GB/T3620),是一种中等强度(>900MPa)的α+β型合金,是美国水城(watertown,又译为沃特敦)兵工厂1954年研制的,广泛应用于航空航天领域,其半成品产量占全世界钛材总产量的55%-65%,用于生产各种航空航天器锻件和板材,由于它具有优良的综合性能,价格又适中,成型早,研究得最为深入,使用的时间最长,应用的领域最广泛,所以该合金诞生67年以来一直保持着旺盛的生命力。此合金中国的牌号为TC4,美国钛公司(Timet)的牌号为Ti-6Al-4V,美国活性金属公司的为RMI 6Al4V,英国钛金属的为IMI318,俄罗斯的为BT6,日本住友金属公司的为ST-AI40,法国的TA6V,德国克虏伯公司的为LT31。TC4合金在退火状态应用,可热处理强化,但可焊性较差。Ti-6Al-4V ELI中的“ELI”表示极低间隙元素钛合金(Extro-Low Interstitial titanium alloy)是适合于低温下使用的α和α+β钛合金,它们的强度性能随着温度降低而上升,韧性随着温度下降而很少下降,可用于制造低温结构件。低温钛合金的氧含量很低,由普通级的0.2%氧降至≤0.12%,能在极低温度(<77K)下使用,典型的合金有Ti-5Al-2.5Sn(ELI)和Ti-6AI-4V(ELI)。Ti-5Al-2.5Sn ELI是一种美国合金,上世纪60年代初面世,中国于上世纪70年代末仿制成功,牌号TA7(中国军标GJ B495)。Ti-5Al-2.5Sn ELI合金特别适合于在-255℃下工作的液体燃料储箱。这两种钛合金中国宝钛集团都能充足供应。

  欧洲空客公司的A380大型客机,是世界上最大的宽体民机,也是钛材用量最多的,钛合金零部件净质量约占整机总净质量的10%,单机钛材用量约65吨。用钛合金制的零部件主要为(见图2):发动机的吊舱、蒙皮、附口、连接环翼、前隔板,内襟翼之间的轴与机翼,折叶轨滚道,后缘、轴部件、折叶3个加强筋,发动机部分吊架,推进部件,前缘、前支架,部分着陆装置,可焊造翼(条)轨。

图1  C 919:钛占10%

图2  A380:钛占总质量的10%,单机用钛材约65吨


 
标签: 钛材料
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