【本文來自微信公眾號：晨源鈦業(yè)】

據(jù)國外媒體報道，英國的羅爾斯-羅伊斯公司（Rolls-Royce）簡稱羅羅公司（RR），是世界上著名的航空、汽車發(fā)動機制造公司與高檔轎制造公司，于3月制造出商標(biāo)為UltraFan（超扇）的航空發(fā)動機，當(dāng)下在德比工廠（Derby）內(nèi)生產(chǎn)的是發(fā)動機模塊，首臺演示發(fā)動機計劃今年12月下線。這臺舉世無雙的超級發(fā)動機的風(fēng)扇直徑3.6m，它的風(fēng)扇系統(tǒng)是用碳纖維增強的陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金制造的，在英國的布里斯托爾（Bristol）工廠制造，而它的傳動齒輪箱系統(tǒng)則在德國的達(dá)勒維茨（Darevinze）工廠加工，其傳動功率50MW。

報道稱，這臺演示發(fā)動機是新型超扇系列發(fā)動機的基礎(chǔ)，而該系列發(fā)動機不但可裝于窄體民機，也可為大型寬體民機提供強大的動力，與羅羅公司的******代特倫特（Trent）發(fā)動機相比，燃油效率提高25%，首次試運行，將使用****的可持續(xù)航空燃料，很可能是液氫與液氧。

公司發(fā)展至今已擁有一批******的進(jìn)口設(shè)備 : 進(jìn)口高精密CNC加工銑床，CNC高精密加工車床，北京精密零件加工，進(jìn)口模型批量真空制作機， 高亮度uv機，噴漆房，烤漆柜，圖標(biāo)文字絲印機，鐳雕激光機，噴砂機，打孔攻絲機、火花機、線切割設(shè)備等等。

超扇發(fā)動機的尖端關(guān)鍵技術(shù)采用了經(jīng)過考驗的全新的******3（Advance 3）核心構(gòu)架與阿利克西斯（ALECSyS）稀薄燃燒系統(tǒng)，不但有***高的燃燒效率，而且溫室氣體排放少，葉片用陶瓷基復(fù)合材料（CMC）制造，機罩材料為鈦合金，每架飛機質(zhì)量可減輕680kg。

鈦合金在航空航天的應(yīng)用

鈦合金在航空工業(yè)上的應(yīng)用分為飛機結(jié)構(gòu)鈦合金和發(fā)動機結(jié)構(gòu)鈦合金。航天方面，鈦合金主要作為火箭、導(dǎo)彈及宇宙飛船等的結(jié)構(gòu)、容器制造材料。飛機結(jié)構(gòu)鈦合金使用溫度要求一般為350℃以下，要求具有高的比強度、良好的韌性、優(yōu)異的抗疲勞性能、良好的焊接工藝性能等。發(fā)動機用鈦合金要求具有高的比強度、熱穩(wěn)定性好、抗氧化、抗蠕變等性能。航天飛行器除航空用鈦合金的性能需求外，還要求能夠耐高溫、抗輻射等。

飛機鈦合金結(jié)構(gòu)件主要應(yīng)用部位有起落架部件、框、梁、機身蒙皮、隔熱罩等。俄羅斯的伊爾-76飛機采用高強度BT22鈦合金制造起落架和承力梁等關(guān)鍵部件。波音747主起落架傳動橫梁材料為Ti-6Al-4V，鍛件長6.20米、寬0.95米，質(zhì)量達(dá)1545千克。高強高韌Ti-62222S鈦合金被用在C-17飛機水平安定面轉(zhuǎn)軸關(guān)鍵部位。F-22飛機發(fā)動機所處的后機身區(qū)域及機尾隔熱罩設(shè)計為鈦合金薄壁結(jié)構(gòu)，具備良好的耐溫性能。

航空發(fā)動機方面，鈦合金材料的應(yīng)用領(lǐng)域有壓氣機盤、葉片、鼓筒、高壓壓氣機轉(zhuǎn)子、壓氣機機匣等。現(xiàn)代渦輪發(fā)動機結(jié)構(gòu)重量的30%左右為采用鈦合金材料制造，鈦合金的應(yīng)用降低了壓縮機葉片和風(fēng)扇葉片的質(zhì)量，同時還延長了零部件的壽命與檢查間隔。波音747-8GENX發(fā)動機風(fēng)扇葉片的前緣與尖部，采用了鈦合金防護(hù)套，在10年的服役期內(nèi)僅做過3次更換。

航空用鈦合金鍛件需要經(jīng)過鑄錠、制坯、模鍛、機加等過程，獲得所需要的材料組織和性能，往往用其來制造飛機骨架主承力構(gòu)件和發(fā)動機轉(zhuǎn)子等。按照HB5024-1989，大型鍛件的外徑不小于500毫米。隨著飛機和發(fā)動機的發(fā)展，航空鍛件的質(zhì)量要求越來越高、尺寸越來越大、形狀越來越復(fù)雜。飛機結(jié)構(gòu)件外形復(fù)雜，材料利用率一般不超過10%。F-22飛機四個大型主承力加強框材料為Ti-6Al-4V ELI，模鍛件的投影面積為4.06～5.67平方米。近年來，我國航空鈦合金的專業(yè)化鍛造設(shè)備有了大幅度提升，現(xiàn)已經(jīng)可以生產(chǎn)出5平方米級別的鈦合金整體鍛件。

航天飛行器在超高溫、超低溫、高真空、高應(yīng)力、強腐蝕等極端條件下工作，除需要高超的結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)外，還依賴材料所具有的優(yōu)異特性和功能。鈦合金在制造燃料儲箱、火箭發(fā)動機殼體、火箭噴嘴導(dǎo)管、人造衛(wèi)星外殼等方面得到了典型應(yīng)用。

由于鈦合金材料優(yōu)異的性能，某些航空飛行器的重點部位也采用鈦合金材料制造。如進(jìn)氣道唇口是采用鈦合金材料3D打印方式制造的零件，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)件與功能件的整體化設(shè)計、制造等。

航空航天工業(yè)中常用的鈦合金緊固件主要包括鉚釘、螺栓及特種緊固件等。

美國F-22飛機上使用的鈦合金緊固件有：高強鈦合金螺栓、環(huán)槽釘、光桿錐度高鎖螺栓、自夾持螺栓、鈦鈮鉚釘及粘接螺母。我國2014年首飛的國產(chǎn)商用大飛機C919，單機鈦合金緊固件用量達(dá)20萬件以上。鈦合金緊固件的開發(fā)和應(yīng)用，為飛機結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步減重提供了可能。波音747飛機緊固件以鈦代鋼后，其結(jié)構(gòu)重量減輕1814千克。俄羅斯的伊爾-96飛機一架用14.2萬緊固件，以鈦代鋼后減重600千克。

鈦合金材料飛機起落架零件

鈦合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，其正電位與碳纖維復(fù)合材料相匹配，可有效防止緊固件的電位腐蝕。Ti45Nb合金是美國航空航天工業(yè)大量應(yīng)用的鉚釘材料，該材料在退火狀態(tài)具有較好的拉伸性能和剪切強度，可替代純鈦鉚釘。Ti45Nb材料還具有較高的塑性，適合于復(fù)合材料制造用連接鉚釘。

鈦合金的分類及制造方式

在鈦合金材料命名方面，國內(nèi)通常將α型鈦合金（包括近α型合金）以TA命名，β型鈦合金（包括近β型合金）以TB命名，兩相混合的α+β型鈦合金以TC命名。如應(yīng)用***為廣泛的兩項混合型鈦合金Ti-6Al-4V，其對應(yīng)的國內(nèi)牌號為TC4。******標(biāo)準(zhǔn)GB/T3620.1-2007在1994年版本基礎(chǔ)上，新納入54個牌號、刪除兩個牌號，鈦及鈦合******號總數(shù)量達(dá)到76個。鈦合金的材料種類有棒材、絲材、板材、帶材、鍛件等。

經(jīng)過***近三個五年計劃的材料研制，具有中國特色的新一代飛機骨干鈦合金材料已初具規(guī)模。我國自主研發(fā)的中強高損傷容限型鈦合金TC4-DT，名義成分與TC4相同，但降低了氧含量、斷裂韌度得到提高。Ti45Nb（絲材）、TA18（管材）、TB8（板材、絲材、鍛件）、TC21（鍛件）等新材料也得到了良好的應(yīng)用。結(jié)合已有的TC1/TC2（板材）、TC4（鍛件、板材、絲材）和ZTC4鑄造鈦合金，形成了從低強高塑性、中強高塑性、高強高塑性、超高強鈦合金和鑄造鈦合金的完整主干材料體系。

鈦合金及其零部件的制備與加工方法主要包括真空熔煉、鍛造、機械加工、熱處理、凈近成形、焊接及表面處理。由于鈦具有高化學(xué)活性，鈦及其合金的鑄錠熔煉必須采用真空熔煉方法。鍛造變形是改變鑄鈦組織、獲得所需要的組織類型的關(guān)鍵手段。鈦合金的機械加工主要包括銑削加工、車削、鏜孔、鉆孔、攻絲等。高切削溫度、與刀具發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、彈性模量較低是鈦合金難以加工的主要原因。鈦合金的熱處理主要有退火、固溶和時效等。

近凈成形技術(shù)包括精密鑄造、等溫鍛造、粉末冶金、超塑成形/擴散連接、激光快速成形、粉末注射成形等。近凈成形是提高材料利用率、通過工藝控制可達(dá)到一定的性能和外形尺寸要求的******加工技術(shù)。******的鈦合金焊接技術(shù)有激光焊接、電子束焊接等。鈦合金對表面狀態(tài)、表面完整性非常敏感，由于其表面硬度低而易發(fā)生微動磨蝕等問題。近些年來，鈦合金表面處理技術(shù)也獲得了長足的發(fā)展。熱滲鍍、氣相沉積、三束改性、轉(zhuǎn)化膜、形變強化、熱噴涂、化學(xué)鍍、電鍍等技術(shù)發(fā)展迅速。

航空鈦合金的發(fā)展趨勢

隨著航空科技的迅速發(fā)展，面對不斷提高的國防建設(shè)要求，新一代飛機必須滿足超高速、高空、長航時、超遠(yuǎn)航程的需求。為了提高飛機的可靠性，******飛機和發(fā)動機越來越多地增加了鈦合金等高性能材料的用量，且結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。因此，航空鈦合金將向著低成本、高性能的方向發(fā)展，同時不斷進(jìn)行新型牌號的自主研發(fā)和新工藝的開發(fā)。

強化低成本航空鈦合金的研究

航空工業(yè)對材料的要求更加注重性能與成本的平衡，不再一味追求高性能，低成本化將貫穿選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、檢測評價以及維護(hù)等產(chǎn)品的全生命周期，降低鈦合金成本已經(jīng)是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。用普通的 Fe 元素替代昂貴的 Nb、Mo 和 V 等元素，以及大力發(fā)展近凈成形技術(shù)將成為降低航空鈦合金工程應(yīng)用成本的兩個重點方向。

強化高性能航空鈦合金的研究

盡管鈦合金具有良好的綜合性能，但現(xiàn)有的航空鈦合金仍不能完全滿足航空領(lǐng)域?qū)Σ牧细咝阅艿囊蟆Ｄ壳案邷剽伜辖饘嶋H長時使用很難突破 600℃，對于 600℃ 以上航空鈦合金的研究仍處于試驗及中試階段，與大范圍開發(fā)應(yīng)用還有很大的距離。另外，阻燃鈦合金、高強高韌及損傷容限型鈦合金的批次穩(wěn)定性研究及應(yīng)用已成為眾多學(xué)者關(guān)注的重點。未來對于高性能航空鈦合金的研究將傾向于對現(xiàn)有合金進(jìn)行深入挖掘，同時開發(fā)新牌號合金的研究。

加強增材制造在航空鈦合金中的應(yīng)用

隨著近年來增材制造技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，激光增材制造鈦合金技術(shù)克服了傳統(tǒng)技術(shù)難以生產(chǎn)復(fù)雜鈦合金構(gòu)件、鈦合金冷加工變形抗力大等缺點，對大型整體結(jié)構(gòu)件的制造提供了新的技術(shù)途徑，且其具有與鍛件相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能，北京航空航天大學(xué)已成功研制了( 某大型轟炸機) 某發(fā)動機鈦合金加強框。航空鈦合金的增材制造技術(shù)的研究及應(yīng)用將為航空鈦合金加工成形開辟一條新的******制造途徑。