從鈦合金的使用比例,看飛機制造的現(xiàn)代化水平

飛機剛剛被發(fā)明的時候,基本是用木材、帆布和鋼絲制造機體,這類材料一直用到了二戰(zhàn)早期;二戰(zhàn)以后,噴氣飛機興起,基本都用鋁鎂合金為主制造主梁之外的骨架和蒙皮。而到了現(xiàn)代,復合材料用的越來越多。不過單純復合材料還不能完全適合飛機的所有零件,另外一種鈦合金,基本代替了鋁鎂合金原先的地位。現(xiàn)在的主要噴氣飛機可以不用一點鋁鎂合金制造,但是鈦合金卻不能完全不用。鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結構金屬。鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高。在航空制造方面,主要發(fā)展了航空發(fā)動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金。高溫鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機的風扇和壓氣機部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。純鈦的熔點為1725℃。高強度鈦合金的密度一般在4.51克每立方厘米,
僅為鋼的60%。雖然明顯大于鋁合金的2.7克每立方厘米。但是鈦合金的結構強度、耐熱性、耐低溫能力、耐腐蝕性都是鋁合金完全不能比的。高強度鈦合金超過了許多合金結構鋼的強度。因此鈦合金的比強度,遠大于其他金屬結構材料。比如蛟龍?zhí)柕哪蛪簹ぞ褪氢伜辖鹬圃?,可以承?000米以上的深海水壓。體積更小的鈦合金耐壓殼制造的深潛器可以下潛到11000米以下的深海。即使特殊鋼材中,也只有馬氏體高強度鋼可以做到這一點。因此鈦合金零件單位強度高、剛性好、相對鋼鐵質量更輕。飛機的發(fā)動機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都可使用鈦合金。鋁合金的工作溫度超過200攝氏度就不行了;而鈦合金可以到500度。高空高速飛行會產生大量的摩擦熱能,因此3倍音速以上飛行的飛行物,

就需要鈦合金作為骨架和蒙皮,對抗熱障效應。鈦合金極其耐腐蝕,幾乎不怕海水甚至是硫酸、硝酸的強腐蝕,這是任何鋼材和鋁合金都達不到的能力。鋼材不但遇高溫會迅速變軟和退火,而且超低溫下鋼材也會變脆。而鈦合金在零下253度低溫下金屬性仍然基本正常,也是非常難得。鈦合金在航空制造發(fā)達國家最早廣泛應用。比如典型的F22A,飛機空重中41%就是鈦合金。早期高空高速飛行的無人機中,還有鈦合金用量高達90%的。比如早年就接觸過超級大國墜毀在叢林中的一架特殊高空高速無人機。瀚海狼山(匈奴狼山)認為這是對其鈦合金應用于先進飛行器留下的首次深刻印象。而當時作為主力戰(zhàn)機的J6和J7等,幾乎沒有任何鈦合金零部件。到了J8系列,才首次用到了2%左右的鈦合金。上世紀80年代開始引進了HY直升機,因為性能突出很早就有仿制計劃,不過這種直升機也大量采用了鈦合金,完全超出了當時的工業(yè)基礎能力。因此只能作罷。

不過斗轉星移。到目前,鈦合金的產量早就是世界第一。現(xiàn)在幾乎所有的自產的軍機、民機都大量使用鈦合金和復合材料,已經基本和全球先進水平看齊。除了航空工業(yè),造船工業(yè)的鈦合金用量也很大,這也是各種黑魚逐步達到世界先進水平的原因之一。