钛合金材料在C飞机上的应用

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C中型客机,全称COMACC,是中国首款按照最新国际适航标准,具有自主知识产权的干线民用飞机,于年开始研制。C是China的首字母,也是中国商飞英文缩写COMAC的首字母,据统计,国内有22个省份、多家企业、36所高校、数十万产业人员参与了C大型客机研制。

由下表可以看出钛合金占民机结构重量的百分比越来越大,该机型的用钛量约为10%。

表钛合金在民机型号上用量一览

型号

研制年代

钛合金占结构重量的百分比

B

20世纪60’

4%

A

20世纪70’

4.5%

B

20世纪90’

7%

A

21世纪初

10%

B

21世纪10‘

15%

C

21世纪10’

约10%

目前成功商业化应用的传统钛合金有20-30种,钛金属新材料包括钛-铝金属间化合物、钛基复材等。综合考虑钛合金的成熟性、成本、交付周期等C飞机选择了6个钛合金牌号,包括低强高塑性、中强中韧、中强高韧、高强高韧及系统用材,产品形式涵盖了锻件(投影面积≤1.1㎡,要求的棒材直径≤mm)、厚板(4.76-80mm)、薄板、型材、管材、丝材等。

表钛及钛合金在C飞机上应用一览

类别

材料牌号

制品

材料规范

使用状态

主要应用部位

低强高塑性

CP-3

板材

AMS

退火

机身蒙皮

中强中韧

Ti-6Al-4V

锻件

CMS-Ti-

退火

机身\机翼\吊挂承力接头

板材

AMS

退火

机身蒙皮

型材

AMS

退火

机翼滑轨

中强高韧

Ti-6Al-4VELI

锻件

CMS-Ti-

β退火

机头\中央翼窗框、接头

厚板

AMS

高强高韧

Ti-

锻件

CMS-Ti-

β退火

吊挂接头

固溶时效

机翼接头

其他

Ti-3Al-2.5V

管材

AMS

退火

液压\燃油高压管路系统

Ti-

丝材

AMS

固溶

弹簧

图钛合金主要应用部位及制品形式

1、低强高塑性纯钛

牌号:CP-3

规范:AMS普通退火

制品形式:板材

应用部位:机身蒙皮等

特点:氧元素固溶于纯钛晶格,可提高纯钛强度塑性好、焊接性能优良

2、中强中韧钛合金

牌号:Ti-6Al-4V

规范:AMS;CMS-Ti-;AMS普通退火

制品形式:板材;锻件;型材

应用部位:机身、机翼、吊挂接头

特点:综合力学性能优异、研究最充分、航空航天领域用量最大

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机翼滑轨

3、中强高韧钛合金

牌号:Ti-6Al-4VELI

规范:AMS;CMS-Ti-;β退火

制品形式:厚板;锻件

应用部位:机头、中央翼接头

特点:ELI(ExtraLowInterstitial低间隙元素),可提高低温性能;β退火:获得层片状显微组织,可提高断裂韧性,降低裂纹扩展速,即提高材料损伤容限性能

中央翼缘条

4、高强高韧钛合金

牌号:Ti-

规范:CMS-Ti-固溶时效和β退火态

制品形式:锻件

应用部位:吊挂、机翼接头

特点:固溶时效:强度高,抗拉强度达到MPa;β退火:抗拉强度可达到MPa,断裂韧性好,达到65MPa·m1/2

5、其他钛合金

牌号:Ti-3Al-2.5V

规范:AMS去应力退火

制品形式:无缝管材

应用部位:液压、燃油系统

特点:控制轧制过程中的道次变形量、对管材的CSR有严格要求、可提高管材疲劳性能

牌号:Ti-

规范:AMS固溶

制品形式:丝材

应用部位:弹簧

特点:弹性模量较低(该合金为GPa,Ti-6Al-4V为GPa)适合制造弹性元件

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