飛機(jī)結(jié)構(gòu)鈦合金與國內(nèi)航空用主要鈦合金牌號

鈦及鈦合金在飛機(jī)上應(yīng)用可以取得良好的減重效益，滿足軍用飛機(jī)高機(jī)動性、高可靠性和長壽命的設(shè)計(jì)需要。早在20世紀(jì)50年代初期，國外一些軍用飛機(jī)上就開始用工業(yè)純鈦制造后機(jī)身的隔熱板、機(jī)尾整流罩、減速板等受力不大的結(jié)構(gòu)件。20世紀(jì)60年代，鈦合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，進(jìn)一步擴(kuò)大到襟翼滑軌、承力隔框、中央翼盒型梁、起落架梁、直升機(jī)槳轂等主要受力構(gòu)件。到20世紀(jì)70年代，鈦合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用又從戰(zhàn)斗機(jī)擴(kuò)大到軍用大型轟炸機(jī)和運(yùn)輸機(jī)，而且在民用飛機(jī)上也開始大量采用鈦合金結(jié)構(gòu)。例如，波音747大型客機(jī)的起落架支承梁，是由Ti-6Al-4V合金制造的大型鍛件，長6m，質(zhì)量1.8t。波音787大型客機(jī)的起落架轉(zhuǎn)向架梁，是由Ti-5553高強(qiáng)度鈦合金制造的大型鍛件， 強(qiáng)度級別為1240MPa， 質(zhì)量約2.0t。隨著鈦合金的研究和生產(chǎn)的發(fā)展，飛機(jī)上的用鈦量也越來越大，美國第四代戰(zhàn)斗機(jī)代表機(jī)型F/A-22的用鈦量已經(jīng)占到飛機(jī)結(jié)構(gòu)的38.8%。F/A-22飛機(jī)主要使用7個牌號的鈦合金，分別是：中強(qiáng)度鈦合金Ti-6Al-4V，高強(qiáng)高韌鈦合金Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al，損傷容限型鈦合金Ti-6Al-4V ELI、Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.2Si以及管材專用鈦合金Ti-3Al-2.5V，這些合金滿足了飛機(jī)上不同部位對鈦合金的設(shè)計(jì)需求。

我國目前飛機(jī)的用鈦量達(dá)到15%左右，但與國外先進(jìn)水平相比仍有一定差距。我國飛機(jī)應(yīng)用的主要鈦合金牌號見表1，包括低強(qiáng)高塑鈦合金、中強(qiáng)度鈦合金、高強(qiáng)度鈦合金、損傷容限鈦合金和鑄造鈦合金等5大類。

在過去的幾十年中，我國的鈦合金發(fā)展主要是參照美國和俄羅斯的牌號，自主研制的還不多，其結(jié)果是合金牌號眾多，相近性能水平的鈦合金往往有多個，但材料的技術(shù)成熟度卻普遍不高。

表1 中國飛機(jī)用主要鈦合金牌號