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院士中国钛合金航空材料需增强原始创新能力

2019年03月06日 栏目:生活

IMG_61712在航空制造发展的过程中,材料的更新换代呈现出高速的更迭变换,材料和飞机一直在相互推动下不断发展。“一代材料,一代飞

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在航空制造发展的过程中,

院士中国钛合金航空材料需增强原始创新能力

材料的更新换代呈现出高速的更迭变换,材料和飞机一直在相互推动下不断发展。“一代材料,一代飞机”正是世界航空发展史的一个真实写照。而新材料是航空技术的重要基础,是传统产业升级换代和高新技术产业发展的先导,成为航空工业发展中活力和发展潜力的领域。日前就钛合金等航空新材料的发展应用情况专访了中国科学院院士曹春晓。

《中国航空报》:材料是飞机制造的基础,没有高端技术制备的新材料,航空工业发展难以达到,随着航空工业的发展和新型号的研制,航空材料的需求与以往相比有哪些变化?

曹春晓:随着航空工业发展,要求材料比强度越来越高,性能越来越好。现在复合材料和钛合金在飞机和发动机上的用量越来越多。比如复合材料,上世纪80年代在飞机上使用的还很少,但是这些年发展迅速。型的波音787客机复合材料占比已经到了50%,钛合金到了15%,在民用飞机领域打破了历史纪录。而之前的,波音777客机复合材料用量才10%,钛合金用量才8%,跨度之大超乎想象。

复合材料和钛合金这些材料之所以得到大规模的应用发展,主要是两个原因,其一是随着材料研究及应用实践经验的积累,材料的性能和使用可靠性越来越好,其二是随着加工制造技术的发展,材料本身的价格也比以前大为降低。具体来说,过去使用Ti-6AI-4V(TC4)钛合金,现在我们在继续使用的同时,还研发出强度等性能更高的钛合金新品种,经过多年试验,飞机很多部件已开始使用这些新的钛合金。例如,波音777客机同时使用了Ti1023、β21S、Ti153这三种牌号的β型钛合金,这也是这三种牌号钛合金次同时在民用飞机上使用。空客A380客机起落架使用的Ti1023钛合金锻件有3.2吨重,4.2米长,是目前世界上的钛合金锻件。钛合金所具有的的独特性能,让其应用前景更加广泛。以抗炮击能力为例,由于钛合金的抗炮击能力显著优于复合材料,美国F-22战斗机复合材料的用量由初的44.7%减至现在的24%,而钛合金用量则提高至41%。军机钛合金的使用量比民机多,也是出于增强战斗力的考虑。此外,另一具有断裂韧性高、疲劳裂纹扩展速率慢等特点的新品种合金——高损伤容限钛合金的出现,也是飞机上的钛合金用量越来越多的重要原因。

从另一个角度来说,复合材料与钛合金是“伴侣”,相辅相成,互相促进。复合材料含有碳纤维,应用中与铝合金之间有电位差,而随着时间推移铝合金会被慢慢腐蚀,降低飞机安全性能。因此,与复合材料接触使用的铝合金,就需由钛合金来代替,如复合材料的紧固件等零件。这些年来复合材料应用的大幅增加也会推动钛合金应用的增加。

《中国航空报》:钛合金和复合材料在航空中的应用越来越广泛,那么其他材料的发展情况又如何呢?

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