【扩大钛应用】歼击机上的钛零件

2021年11月25日 8:49 1137次浏览 来源:   分类: 钛应用   作者:

导读: 1950年,美国率先在歼击机上使用钛及钛合金——用工业纯钛制造F84战斗机的后机身隔热板、导风罩和机尾罩等非承力件。1954年,美国普拉特-惠特尼(Pratt&Whitney)与英国罗尔斯-罗伊斯公司(Rolls-Royee)用Ti6AI4V合金制造航空发动机零部件。上世纪60年代中期,美国制成全钛飞机YF-12A/SR-71,用钛量达飞机结构质量的95%,由于用钛过多,经济上不合算,竞争不过铝,没有发展;60年代以后,钛合金在航空发动机上的用量逐年上升,主要用于风扇叶片、压气机叶片、盘、轴、机匣等,在结构中用以制造骨架、蒙皮、机身隔框和起落架锻件等。

1950年,美国率先在歼击机上使用钛及钛合金——用工业纯钛制造F84战斗机的后机身隔热板、导风罩和机尾罩等非承力件。1954年,美国普拉特-惠特尼(Pratt&Whitney)与英国罗尔斯-罗伊斯公司(Rolls-Royee)用Ti6AI4V合金制造航空发动机零部件。上世纪60年代中期,美国制成全钛飞机YF-12A/SR-71,用钛量达飞机结构质量的95%,由于用钛过多,经济上不合算,竞争不过铝,没有发展;60年代以后,钛合金在航空发动机上的用量逐年上升,主要用于风扇叶片、压气机叶片、盘、轴、机匣等,在结构中用以制造骨架、蒙皮、机身隔框和起落架锻件等。

表1示出了钛合金在美国军机中的应用情况:F-14占24%、F-15占27%、F-18占13%、F-117占25%,B-2占26%,第四代战机F-22用钛量占41%,结构用钛合金36吨,使用的主要是Ti-6AI-4V、Ti-6AI-4VELI及Ti-62222合金。法国幻影2000飞机用钛量占23%,苏联Cy-27CK战机的用钛量占18%。

上世纪60年代初期,中国初次在歼击机机体结构上采用钛合金,首先用于歼7飞机,那时,单机总用量还不到10千克,1983年才将TC4钛合金模锻件用于飞机的重要承力构件。中国航空工业第一集团公司成都飞机设计研究所、成都飞机公司等五个单位历时20年研发的“歼-10飞机工程”获得2006年度国家科技进步特等奖,成为中国载人航天工程后第二个获得国家奖励特等奖的重大科研项目。歼-10是具有完全自主知识产权的第三代歼击机,大量采用了新材料、新技术、新工艺,性能先进,用途广泛。首批装备部队,开创了中国军机在设计定型前进行了小批量生产并列装部队的先河,是中国在攀登科技高峰征程中跨越的重大一步。

歼-10战机的用钛情况在相当大程度上代表了上世纪80年代及以前中国歼击机机体结构用钛的实际水平,如机身58框垂尾接头和机身351大梁等部件。该机虽用了一些钛合金,将中国歼击机结构用钛合金的水平提高了一大步,但是用量仍然较少,还不到全机结构质量的2%。其主要原因是:当时国产钛合金材料性能不稳定,组织不均匀,时不时出现粗晶、夹杂和偏析等缺陷,由于检验手段落后,在材料制造厂未能发现,在结构件加工厂加工时才显露出来,给生产造成困难;飞机工厂制造技术落后,加工困难,加工时间长,材料利用率低(锻件约10%、钣金件约30%),生产费用大,成本高;材料价格昂贵,特别是薄板。可喜的是,这些缺点都得到了克服,2010年以来,中国生产的钛合金各项性能可完全与工业发达国家的媲美。

飞机制造厂对零部件的生产工艺也作了很大改进,如用超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺加工TC4合金64框和风动泵舱门均取得了非常好的效果,过去这种门是用2024铝合金铆接的,两种工艺舱门的特性比较见表2。

 

表1 美国战机结构材料应用情况,%
 

表2 中国歼﹣10歼击机两种结构舱门的比较

 

责任编辑:杨一鸣

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