國產C919大飛機鈦合金用量達9%！超過美國波音777 _合金

大飛機減重
當年我們研制國產大飛機C919時，遇到一個難題就是如何給飛機減重。
為啥要減重？
飛機的制造可以說是很復雜的工程。
你可以理解就像咱們蓋房子一樣，如何高效地把鋼筋水泥組合起來，然后怎么裝修房子內部布局，同時還想把整個家弄得更加安全舒適，是要動很多腦筋才行。
如果單純地考慮安全性，飛機的結構就會設計得粗壯，導致結構重量增加，油耗上升，經濟性就會下降。而如果單純考慮舒適性，提高客艙的壓力和濕度，又會降低使用壽命，腐蝕問題又會突出。
所以在設計C9191大飛機時，既要保證安全的同時也要幫飛機減重，為飛機減重還意味著能夠節省一大筆費用，這對于航空公司來說也是非常重要的事情。
我國科研人員在嘗試了多種材料后，最終選擇鈦合金來實現減重目的，效果也是非常顯著的。
比如在發動機的葉片里面使用國產鈦鋁合金，不僅成本低，并且同強度下重量更輕，更重要的是耐高溫性能也不差！
鈦介紹
值得一提的是，中國的海綿鈦和鈦材的產量，已經穩如世界第一，而且是好多年了。
什么是海綿鈦和鈦材？
鈦材是指海綿鈦（或海綿鈦加合金元素）經熔煉形成鈦鑄錠，再經鍛造、軋制、擠壓等塑性加工方法將鑄錠加工而成的。
也就是說海綿鈦是原材料，鈦材是深加工產品。
而鈦材就包括鈦合金，它是將鈦為基礎，融入鋁、錫、釩、鉬、鈮等其他元素或者材料所構成的復合金屬。
在全球市場中，鈦合金材料主要應用于航空工業、國防軍工以及其他工業。其中，在航空工業的應用需求最大，約占50%，主要是用于飛機和發動機的制造。
相比航空航天其他材料，鈦及鈦合金因密度小，強度高，能夠顯著減輕結構重量，從而提高作戰性能，在節省燃油耗量，降低廢氣排量等方面具有不可替代的作用。
可以說鈦用量的多少，已成為衡量當代飛機制造先進性的重要標志。
鈦發展過程
回顧鈦工業在全球的發展，要追溯到上個世紀50年代。
1953年，美國道格拉斯公司出產的DC-T機發動機防火壁和短艙上首次使用鈦材，開始鈦合金應用于航空的歷史。
該時期，在軍用飛機上使用工業純鈦制造后機身隔熱板、導風罩、機尾罩等為數不多的非承力構件，鈦合金長時間最高工作溫度為350-350℃ 。
上世紀60年代，鈦合金逐步代替結構鋼，應用到飛機襟翼滑軋、承力隔框、中翼盒形梁、起落架梁等承力結構件上，之后研制開發的鈦合金最高工作溫度提高到了400℃-500℃ 。
上世紀70年代大飛機c919是國產，鈦合金在飛機結構上的應用，又從戰斗機擴大到軍用大型轟炸機和運輸機，民用飛機也開始使用鈦合金。
比如當年，美國波音787飛機研制的過程中，為達到減重2500千克的目標，波音公司不得不在2006—2007年期間再投入3億美元經費，研究在飛機某些部位用鈦合金取代鋁合金以解決超重問題，否則不能兌現減少燃油消耗20%的關鍵性承諾。
最終波音787機體鈦合金用量達15%，創下民用客機機體鈦合金用量最高記錄。
當然了，這些年中國在一些飛機機體結構中的鈦合金用量也在不斷提高。
比如我國商用支線客機ARJ21的鈦合金用量為4.8%，商用干線客機C919的鈦合金用量為9.3%，與波音777相比略高，波音777為7%到8% 。
中國運輸機運20，鈦合金用量為10% ，而美國的C-17運輸機鈦合金用量為10.3%，可以說兩者差不多的。
鈦加工難點
鈦合金這玩意好是好，但它的加工技術是比較難的。
這里面包括多個環節，涉足材料、裝備、工藝控制等多個因素，具有較高技術、資金、裝備等壁壘。
舉個例子吧，大多數鈦合金的熱導率很低大飛機c919是國產，只有鋼的1/7，鋁的1/16 。
這會帶來什么問題呢？
比如在加工過程中產生的熱量不會迅速傳遞給工件，而是集聚在切削區域，一方面會使刀具迅速磨損，縮短刀具的壽命，另一方面會破壞零件的表面完整性，導致零件幾何精度下降和出現加工硬化現象。
尤其是航空航天、兵器等高端鈦材，對產品質量的要求更加苛刻，一般需要多次的塑性加工，如何保證質量的均一穩定實現工業化量產在全球都是一項技術挑戰。
目前全球僅有幾個國家掌握完整鈦材加工制造工藝，當然也包括中國。
我們研制出了大規格鈦合金鑄錠真空自耗電弧熔煉技術，逐步解決了鑄錠常見的縮孔、高密度夾雜、低密度夾雜、成分偏析等缺陷問題。
還有大規格棒材鍛造技術，逐步實現了航空鈦合金直徑300mm~500mm棒材的批量化生產，帶動了相關技術標準升級。
正因如此，目前航空裝備用鈦合金材料的國產化水平也在不斷提高，不少鈦合金材料填補了國內空白，基本滿足了國內高端市場對鈦材性能水平的需求。
感悟
最后再多說幾句吧。
縱觀人類的發展歷史，從舊石器時代到新石器時代，從青銅時代到鐵器時代，從單一材料到復合型材料。
毫無疑問，人類文明進程的推進，離不開金屬材料的助力，可以說金屬是打造先進制造業最核心和最靈魂的推手。
而如今的鈦，以其優異的性能，有望成為繼鐵、鋁之后崛起的“第三金屬”，可以說鈦工業發展水平已經成為一個國家綜合實力的重要標志。
就拿飛機的制造來說吧。
普通汽車零件數目是以千為單位的，幾千個零件已經屬于零件數目極多的機電產品了。而飛機的零件數目是以十萬為單位的，幾十萬零件的飛機不算復雜的，而大型商用飛機甚至零件要到百萬這一量級！
在這么多零件中，哪些需要使用鈦合金，如何制造出來并保證其穩定性能，這背后考驗的是各個國家的工業實力。
中國作為鈦材產量世界最大，又有完整鈦工業體系的國家，毫無疑問是處于世界領跑地位的。
比如國產大飛機C919的成功試飛，能使中國民航不再依賴于從歐美進口波音和空客的中層干線客機，打破歐美航空巨頭壟斷，為國家節省大量外匯。
但同時我們并沒有就此止步，在航空領域，還有更多的世界級難題等著我們去挑戰！
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