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鈦金屬在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

發(fā)布者：鈦金屬在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用2021-04-06 09:39:54

航空航天領(lǐng)域用鈦大國(guó)集中在西方國(guó)家，尤其是美國(guó)，60%的鈦材都應(yīng)用到這個(gè)領(lǐng)域。亞洲國(guó)家，日本和中國(guó)在此領(lǐng)域中鈦的投入量均在10%左右。但是近年來(lái)隨著亞洲航空航天的飛速發(fā)展，鈦在航空航天領(lǐng)域的消費(fèi)量將會(huì)隨之增長(zhǎng)。從全球角度來(lái)看，航空業(yè)對(duì)鈦市場(chǎng)起著決定性的作用，從歷史上看，鈦行業(yè)大的周期輪回都和航空業(yè)的冷暖密切相關(guān)。
2011年，全球鈦材產(chǎn)量達(dá)到14.8萬(wàn)噸，其中商用航空用鈦材約6.4萬(wàn)噸，未來(lái)全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)航空運(yùn)輸?shù)男枨罅恳廊痪薮?，預(yù)計(jì)未來(lái)20年新增飛機(jī)需求約在3萬(wàn)架左右，同時(shí)，新型飛機(jī)對(duì)鈦的需求量高于老式飛機(jī)，預(yù)計(jì)20年內(nèi)商用飛機(jī)對(duì)鈦材的平均需求量將達(dá)到40噸/架；據(jù)此推算，未來(lái)20年全球商用航空領(lǐng)域新增鈦材需求約120萬(wàn)噸，年復(fù)合增長(zhǎng)率約17%，平均每年新增6萬(wàn)噸鈦材需求，民用航空用鈦材領(lǐng)域?qū)⒊尸F(xiàn)快速增長(zhǎng)。軍用航空領(lǐng)域也將出現(xiàn)新的機(jī)會(huì)；由于全球地緣政治形勢(shì)緊張，全球各國(guó)軍費(fèi)開(kāi)支增加，軍用航空領(lǐng)域也有望出現(xiàn)新的需求。
民用客機(jī)
鈦合金在飛機(jī)的主要用途如下：
(1)減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)效率：先進(jìn)的戰(zhàn)技性能(如超音速飛機(jī))要求飛機(jī)具有比較低的結(jié)構(gòu)重量系數(shù)(即：機(jī)體結(jié)構(gòu)重量/飛機(jī)正常起飛重量)，而鈦合金具有強(qiáng)度接近中強(qiáng)鋼但密度小的特點(diǎn)，代替結(jié)構(gòu)鋼和高溫合金，能大幅度減輕結(jié)構(gòu)重量，同時(shí)也能節(jié)省費(fèi)用；以發(fā)動(dòng)機(jī)為例，有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量每降低一公斤，使用費(fèi)用可降低約220-440美元。
(2)符合高溫部位的使用要求：鈦合金具有耐熱性好的特點(diǎn)，如常用的Ti-6Al-4V能在350℃下長(zhǎng)期工作，因此在飛機(jī)的高溫部位(如后機(jī)身等)可取代因高溫使用性能不能滿足要求的鋁合金；TC11能在500℃下長(zhǎng)期工作，在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)部位可取代高溫合金和不銹鋼。
(3)符合與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)相匹配的要求：為減輕結(jié)構(gòu)重量和滿足隱身要求，先進(jìn)飛機(jī)大量使用復(fù)合材料，鈦合金與復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛度匹配較好，能獲得很好的減重效果。同時(shí)，由于二者電位比較接近，不易產(chǎn)生電偶腐蝕，因此相應(yīng)部位的結(jié)構(gòu)件和緊固件宜采用鈦合金。
(4)符合高抗蝕性和長(zhǎng)壽命的要求：鈦合金具有較高的疲勞壽命和優(yōu)良的耐腐蝕性能，可以提高結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力和壽命，滿足先進(jìn)飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)高可靠性和長(zhǎng)壽命的要求。
軍事飛機(jī)
軍用武器的開(kāi)發(fā)與采購(gòu)不斷向著輕便、靈活方向發(fā)展，為了滿足戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)戰(zhàn)斗性能要求，除了采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)外，還必須采用額性能優(yōu)良的材料以及先進(jìn)的工藝制造技術(shù)。大量選用鈦合金、提高先進(jìn)鈦合金應(yīng)用水平就是重要措施之一。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，國(guó)外軍用飛機(jī)的鈦量逐年增加，當(dāng)前歐美設(shè)計(jì)的各種先進(jìn)軍用戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)中鈦合金用量已經(jīng)穩(wěn)定在20%以上，并且新機(jī)型的用鈦量占比正在大幅提升。

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