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钛合金棒在航空航天工程领域的应用特点及优势

发布时间 :2023-02-09 22:47:01 浏览次数 :

近几年,受全球能源危机的影响,我国在航空航天的发展过程中,对符合其标准、高强度、耐高温的新型结构材料的需求保日渐紧张,钛及其钛合金由于具有良好的金属性质,促使了这一复合材料在航空航天的领域中的广泛推广和应用,但是也受到其加工效率和生产成本的制约。伴随着钛合金的开发和研制,钛合金棒、钛合金管等钛材料品种的争夺以及价格的降低,使钛在工业建造中的应用范围成倍增加。在航空航天的领域中,钛的使用大国基本集中在西方国家,尤其是率先完成第二次工业革命的美国、英国等国家,他们将50%以上的钛材料运用在航空航天的事业中。但是相比之下,亚洲国家包括我国在航空航天的领域中钛的投入量只有10%左右。但是近几年随着亚洲国家在航空航天领域的飞速发展,钛在航空航天的消费益将会随之增长,因此这种新型的钛合金金属将会成为目前乃至今后我国重点研究的对象。

钛合金棒

钛合金材料在航空航天领域中的应用

1、钛在早期航天事业发展的应用

应用于航空、航天的钛合金材料叫做钛合金铸件,其应用范围非常广泛,在物件接头,一些柳件、铸件都有。钛合金在制作飞机的过程中,其主要运用在发动机压气机部件的组成零部件上,其次是在火箭的研发以及一些武器结构件。进入21世纪中期,钛及其钛合金已经在一般的工业领域中广泛应用。

2、钛合金材料在飞机机架的应用

钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料,比重和使用温度介于铝和钢之间,但是其比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。20世纪 60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部 分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。随着国防力量的不断建设,钛合金在军用飞机中的用量迅速增加。在整架飞机结构总重昼中,钛合金的重昼就占据了20%~25%。随着时间的推移,为了满足社会的需求,民用飞机也开始大昼使用钛合金,比如在波音747客机上,钛用噩的重量达到了3600于克以上。对于那些马赫数小于2.5的飞机,钛的应用主要是为了代替钢的使用昼,从而减轻飞机结构的重昼。又如美国SR-72系列的高空高速侦察机,它的飞行马赫数为3.0,飞行的高度更是达到了26200米,在它的建造过程中,钛合金是重要的结构材料,钛合金更是占到了飞机结构重量的91%,被称为“全钛“飞机。

3、钛合金气压机

当航空发动机的推重比从4~6提高到8~10的时候,压气机出口的温度也将随之相应地从200℃~300℃增加到500℃~600℃,那么原来由铝来制造的低压压气机盘和叶片就必须要改用以钛合金来制造或者是用钛合金替换不锈钢制造高压压气机盘和叶片,从而达到减轻飞机结构重量的目的。从20世纪70年代开始,钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%~30%,主要用于制造压气机部件,如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。而航天器主要是利用钛合金的高比强度、耐腐蚀和耐低温性能金属特性,来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件。

4、钛合金旋压件的应用

在航空航天的领域中,将钛合金棒投入到航天飞行器系统的使用,不仅是因为钛合金具有较强的组织特性和良好的物理性能,更重要的是具备轻昼及精密化的特征。新型钛合金旋压件的质量可靠性需要进行多次试验的数据分析。由于钛合金板材的成形方面极其复杂,所以使得航天703将TC4作为钛合金板材的基础,采取普旋和强力旋压相结合的方法制造出新型钛合金的半圆球体,同时将TC3和TC4作为钛合金板材的配料,以热旋压作为技术手段制造出两种新型钛合金半球体。

5、在燃气发动机中的应用

在航空航天领域中,钛合金还有一大主要的应用领域,那就是在飞机的发动机制造中的应用。目前为止,我国的现代飞机所用的燃气涡轮发动机的结构质量其中有1/3就是由钛合金所组成的。但是,根据相关数据发现早在20世纪40~50年代,一些在工业发达的国家,比如美国和英国,这两个国家在早期生产飞机的过程中就应用了钛合金技术来改进喷气式发动机的结构部件。最早的钛合金发动机部件就是压缩机叶片,随后钛合金压缩盘也紧跟着迅速发展。现如今,大多数喷气式的发动机所使用的风扇叶片都是新型钛合金制成的。

6、高温钛合金的应用

由于高温的钛合金有着较强的热强性和高比强度的特性,促使了它在航空发动机上的广泛应用。高温钛合金在飞机发动机上主要运用在发动机的风扇、叶片、精密的仪表或者是导航仪。运用钛合金来替代原有的铢基高温合金,促使压气机的结构重噩降低30%~35%。多年以来,为了满足高性能发动机的需求,就形成了一套健全的钛合金体系。

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