在许多航空航天应用中,钛 及其合金正在取代传统的铝合金。如今,航空航天业消耗的钛材料约占全球生产总量的42%,并且从现在到2010年,预计对钛材料的需求将继续以两位数的速度增长。新一代飞机需要充分利用钛合金提供的性能,无论是商用机还是军用机市场,都正在推动对钛合金的需求。波音787、空客A380、F-22猛禽战斗机、F-35联合攻击战斗机(也称为闪电Ⅱ)等新机型都采用了大量钛合金材料。
钛合金材料的优势
钛合金具有高强度、高断裂韧性以及良好的抗腐蚀性和可焊接性。随着飞机机身越来越多地采用复合材料结构,钛基材料用于机身的比例也将日益增大,因为钛与复合材料的结合性能远远优于铝合金。例如:与铝合金相比,钛合金可使机身结构的寿命提高60%。
钛合金极高的强度/密度比(达20∶1,即重量可减轻20%)为减轻大型构件的重量(这是对飞机设计师的主要挑战)提供了解决方案。此外,钛合金固有的高耐蚀性(与钢材相比)可以节省飞机日常运行和维护保养的成本。
钛合金Ti-6Al-4V
钛合金有三种不同的结构形式:α钛合金、α-β钛合金和β钛合金。商用纯钛和α钛合金不能进行热处理,但通常具有良好的可焊接性;α-β钛合金可进行热处理,大多数也具有可焊接性;β和准β钛合金完全能进行热处理,且一般也具有可焊接性。
用于涡轮发动机和机身构件的大部分普通α-β钛合金为Ti-6Al-4V(AllvacTi-6-4,简称Ti-6-4), Ti-6-4具有优异的强度、断裂韧性和抗疲劳综合性能,可制成各种产品形态。退火态的Ti-6-4可广泛应用于结构件。通过化学成分的微小变化以及不同的热机械处理工艺,用Ti-6-4可生产出各种不同用途的零部件。
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