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1950年,美國率先在殲擊機上使用鈦及鈦合金——用工業純鈦製造F84戰鬥機的後機身隔熱板、導風罩和機尾罩等非承力件。1954年,美國普拉特-惠特尼(Pratt&Whitney)與英國羅爾斯-羅伊斯公司(Rolls-Royee)用Ti6AI4V合金製造航空發動機零部件。上世紀60年代中期,美國製成全鈦飛機YF-12A/SR-71,用鈦量達飛機結構質量的95%,由於用鈦過多,經濟上不合算,競爭不過鋁,沒有發展;60年代以後,鈦合金在航空發動機上的用量逐年上升,主要用於風扇葉片、壓氣機葉片、盤、軸、機匣等,在結構中用以製造骨架、蒙皮、機身隔框和起落架鍛件等。
表1示出了鈦合金在美國軍機中的應用情況:F-14佔24%、F-15佔27%、F-18佔13%、F-117佔25%,B-2佔26%,第四代戰機F-22用鈦量佔41%,結構用鈦合金36噸,使用的主要是Ti-6AI-4V、Ti-6AI-4VELI及Ti-62222合金。法國幻影2000飛機用鈦量佔23%,蘇聯Cy-27CK戰機的用鈦量佔18%。
上世紀60年代初期,中國初次在殲擊機機體結構上採用鈦合金,首先用於殲7飛機,那時,單機總用量還不到10千克,1983年才將TC4鈦合金模鍛件用於飛機的重要承力構件。中國航空工業第一集團公司成都飛機設計研究所、成都飛機公司等五個單位歷時20年研發的“殲-10飛機工程”獲得2006年度國家科技進步特等獎,成為中國載人航天工程後第二個獲得國家獎勵特等獎的重大科研專案。殲-10是具有完全自主智慧財產權的第三代殲擊機,大量採用了新材料、新技術、新工藝,效能先進,用途廣泛。首批裝備部隊,開創了中國軍機在設計定型前進行了小批次生產並列裝部隊的先河,是中國在攀登科技高峰征程中跨越的重大一步。
殲-10戰機的用鈦情況在相當大程度上代表了上世紀80年代及以前中國殲擊機機體結構用鈦的實際水平,如機身58框垂尾接頭和機身351大梁等部件。該機雖用了一些鈦合金,將中國殲擊機結構用鈦合金的水平提高了一大步,但是用量仍然較少,還不到全機結構質量的2%。其主要原因是:當時國產鈦合金材料效能不穩定,組織不均勻,時不時出現粗晶、夾雜和偏析等缺陷,由於檢驗手段落後,在材料製造廠未能發現,在結構件加工廠加工時才顯露出來,給生產造成困難;飛機工廠製造技術落後,加工困難,加工時間長,材料利用率低(鍛件約10%、鈑金件約30%),生產費用大,成本高;材料價格昂貴,特別是薄板。可喜的是,這些缺點都得到了克服,2010年以來,中國生產的鈦合金各項效能可完全與工業發達國家的媲美。
飛機制造廠對零部件的生產工藝也作了很大改進,如用超塑成形/擴散連線(SPF/DB)工藝加工TC4合金64框和風動泵艙門均取得了非常好的效果,過去這種門是用2024鋁合金鉚接的,兩種工藝艙門的特性比較見表2。
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