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钛合金工艺快发展 广泛使用于紧固件及航空材料

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  1949年,美国道格拉斯公司在DC-7运输机的发动机舱和隔热板上,第一次使用了钛合金。洛克希德公司的“黑鸟”高空高速战略侦察机SR-71,飞行速度超过3马赫,在高速飞行时,机体表面温度将超过常规铝合金蒙皮的极限,如果用钢制造,飞机重量会大大增加,影响飞行速度和升限等性能。因此,SR-71的机身大量采用了钛合金,总重达30多吨,占飞机结构重量的93%。

  随着人们对飞机性能要求的不断提高,民用飞机的钛合金用量也在逐渐增加。早期波音707上的钛合金部件用量仅占结构总重量的0.2%,到最新的波音787,占比高达15%。

十分pk10  此外,钛合金也是制造航空发动机的主要材料。早期美国F-4战斗机使用的J79发动机,钛合金的用量只有50千克,不到总重量的2%。而现在大多数航空发动机的钛用量已经达到发动机总重量的25%?30%。如波音747、767的发动机JT9D,其用钛量为总重量的25%;空客A320的V2500发动机,其用钛量为总重量的31%。

十分pk10  钛合金的另一大用途是作为螺栓、铆钉等紧固件材料。这些紧固件虽小,但用量却很大,使用钛合金紧固件可以大大减轻重量。据估算,C-5大型运输机有70%的紧固件为钛合金紧固件,飞机因此而减重1吨左右。

  航空材料开始大量用钛合金是因为钛及钛合金材料密度低、比强度高(目前金属材料中最高)、耐腐蚀、耐高温、无磁、组织性能和稳定性好,可以与复合材料结构直接连接,而且两者之间的热膨胀系数相近,不易产生电化学腐蚀,具有优良的综合性能。因此,钛合金在航空领域得到越来越广泛的应用。

  现在钛合金3D打印技术已用于飞机制造。钛合金3D打印技术由于摆脱了传统的模具制造这一显著延长研发时间的环节,可以制造高精度、高性能、高柔性和快速制造结构十分复杂的金属零件,因而为先进飞机结构的快速研发提供了有力的技术手段。

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