民用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)機(ji)(ji)體(ti)(ti)結(jie)構(gou)通常采用(yong)鈦(tai)合(he)(he)(he)金以實現(xian)結(jie)構(gou)減重、改善疲勞壽(shou)命、提高(gao)耐腐蝕性，當代先(xian)進(jin)的(de)(de)民用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)普(pu)遍提高(gao)了鈦(tai)合(he)(he)(he)金的(de)(de)用(yong)量。從(cong)鈦(tai)合(he)(he)(he)金的(de)(de)特點及其應(ying)用(yong)優勢出發，介紹了鈦(tai)合(he)(he)(he)金在先(xian)進(jin)民用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)機(ji)(ji)體(ti)(ti)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)(de)應(ying)用(yong)現(xian)狀并分析原因(yin)，總結(jie)并提出了鈦(tai)合(he)(he)(he)金在民用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)機(ji)(ji)體(ti)(ti)結(jie)構(gou)上(shang)應(ying)用(yong)的(de)(de)機(ji)(ji)遇和挑戰(zhan)，為(wei)我(wo)國民用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)研(yan)發和發展提供(gong)參考和借鑒(jian)。
0、引言
鈦合金(jin)以(yi)其(qi)高比(bi)強度、耐(nai)高溫、耐(nai)腐蝕等特點，在航空領域(yu)得到了(le)(le)廣泛的(de)應(ying)用(yong)。隨著先進(jin)復合材(cai)料在民用(yong)飛(fei)機上用(yong)量的(de)逐(zhu)漸增(zeng)加，鈦合金(jin)與復合材(cai)料相容性(xing)好的(de)特點使其(qi)具有了(le)(le)更大的(de)優勢，其(qi)在民用(yong)飛(fei)機機體結構的(de)用(yong)量也(ye)在不(bu)斷提高。以(yi)B787和(he)A350為(wei)代(dai)表的(de)最(zui)新一(yi)代(dai)民用(yong)飛(fei)機，鈦合金(jin)用(yong)量分(fen)別達到15%和(he)14%，充(chong)分(fen)體現了(le)(le)鈦合金(jin)在現代(dai)民用(yong)飛(fei)機設計(ji)領域(yu)的(de)重(zhong)要性(xing)和(he)不(bu)可替代(dai)性(xing)。
我國民(min)用(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機設計起點(dian)(dian)較(jiao)低、發(fa)展(zhan)較(jiao)慢，鈦合金在機體(ti)上的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)還有待進(jin)一步提(ti)高(gao)。為提(ti)升我國民(min)用(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機上鈦合金的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)量，發(fa)揮鈦合金的(de)(de)優勢，進(jin)而提(ti)高(gao)飛(fei)(fei)機性(xing)能，實現減重和優化，本(ben)文對鈦合金的(de)(de)性(xing)能特點(dian)(dian)、應用(yong)(yong)(yong)優勢及其在現代先進(jin)民(min)用(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機上的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)現狀進(jin)行分析和研(yan)究，總結鈦合金應用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)機遇(yu)和面臨的(de)(de)挑(tiao)戰(zhan)，為我國民(min)用(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機的(de)(de)研(yan)制和發(fa)展(zhan)提(ti)供(gong)參考和借鑒，具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)實際指導意義。
1、鈦合金(jin)的主要性能特點
鈦(tai)合金(jin)是一種重量(liang)輕、耐(nai)(nai)腐(fu)蝕的(de)(de)結構材料，比強(qiang)度高；具(ju)有較(jiao)高的(de)(de)熔點，約為1 690°C；彈性(xing)模量(liang)相對(dui)較(jiao)低(di)，可(ke)以通過合金(jin)化和熱處(chu)理獲取(qu)更高的(de)(de)強(qiang)度性(xing)能(neng)；具(ju)有很高的(de)(de)疲勞(lao)強(qiang)度和斷裂韌性(xing)；很好(hao)的(de)(de)高溫性(xing)能(neng)；熱性(xing)能(neng)好(hao)，熱膨脹系(xi)數比鋼(gang)低(di)，比鋁合金(jin)的(de)(de)50%還低(di)，熱傳導率低(di)；無磁(ci)性(xing)。高溫時，與其(qi)他材料具(ju)有很好(hao)的(de)(de)化學相容(rong)性(xing)；優越(yue)的(de)(de)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕和抗氧化能(neng)力，能(neng)夠降低(di)飛機的(de)(de)運營和維護成本。
制(zhi)約鈦合金應用的主(zhu)要問題是其密(mi)度(du)比鋁合金大(da)、成本也相對較高(gao)（大(da)約是鋁或鋼的7倍）。
2、鈦合金的應用優勢
民用(yong)飛機(ji)(ji)上(shang)大量(liang)應(ying)用(yong)鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)一個重(zhong)(zhong)要推動(dong)力是結構減(jian)重(zhong)(zhong)，減(jian)重(zhong)(zhong)效果(guo)直(zhi)接決定飛機(ji)(ji)綜合(he)(he)(he)成本的(de)高低。鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)比(bi)同等(deng)(deng)強度的(de)鋼(gang)的(de)密度低40%，用(yong)鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)代(dai)替(ti)鋼(gang)和(he)鎳基合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)甚至高強度鋼(gang)時，能夠大量(liang)減(jian)重(zhong)(zhong)。例如(ru)，在(zai)某些情況，用(yong)鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)Ti－6Al－4V代(dai)替(ti)鋼(gang)用(yong)于發動(dong)機(ji)(ji)風(feng)扇(shan)、壓氣機(ji)(ji)盤及葉片(pian)等(deng)(deng)可(ke)(ke)減(jian)重(zhong)(zhong)30%；用(yong)Ti－10V－2Fe－3Al代(dai)替(ti)30CrMnSiA鋼(gang)，零件可(ke)(ke)以減(jian)重(zhong)(zhong)40%左右。采用(yong)超塑性(xing)成形及擴散(san)聯接技術（SPF／DB）的(de)鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)結構應(ying)用(yong)廣泛(fan)，例如(ru)A300、A310／320的(de)前緣(yuan)縫(feng)翼收(shou)放(fang)機(ji)(ji)構外罩，可(ke)(ke)減(jian)重(zhong)(zhong)10%；A330、A340機(ji)(ji)翼檢修口蓋、駕駛艙(cang)頂蓋、縫(feng)緣(yuan)傳動(dong)機(ji)(ji)構等(deng)(deng)減(jian)重(zhong)(zhong)達到46%，經濟效益顯著(zhu)。
民(min)用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)機(ji)(ji)體結構使用(yong)(yong)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金的另一優勢是突破體積限(xian)制(zhi)。當結構載荷比較高(gao)、采用(yong)(yong)鋁合(he)(he)(he)金又受到結構空間(jian)限(xian)制(zhi)時，強(qiang)度較高(gao)的鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金成(cheng)為(wei)(wei)較理想(xiang)的材料(liao)。波(bo)(bo)音(yin)飛機(ji)(ji)上采用(yong)(yong)非常大的鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金鍛件以降低(di)(di)結構體積，例如波(bo)(bo)音(yin)757和747的起(qi)落(luo)(luo)架(jia)梁(liang)。起(qi)落(luo)(luo)架(jia)是連接起(qi)落(luo)(luo)架(jia)梁(liang)和機(ji)(ji)翼(yi)后(hou)梁(liang)之間(jian)的部(bu)件，雖(sui)然鋁合(he)(he)(he)金成(cheng)本低(di)(di)，可以作為(wei)(wei)備選材料(liao)，但是由于操穩載荷高(gao)，鋁合(he)(he)(he)金需要(yao)做(zuo)得非常大而難以包在機(ji)(ji)翼(yi)內，故(gu)選用(yong)(yong)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)金則更為(wei)(wei)適合(he)(he)(he)。
較高(gao)(gao)的工作(zuo)溫(wen)度也(ye)是鈦(tai)(tai)合(he)金的一大優勢(shi)。傳統鋁合(he)金僅能適用(yong)于130～150℃，在高(gao)(gao)溫(wen)區域，采用(yong)鈦(tai)(tai)合(he)金更適宜(yi)，可以提高(gao)(gao)結(jie)(jie)構(gou)效率。鋼和(he)(he)鎳(nie)基合(he)金也(ye)可以選用(yong)，但是這兩種材料密(mi)度都比鈦(tai)(tai)合(he)金大。發動機支持(chi)結(jie)(jie)構(gou)，如B787吊掛結(jie)(jie)構(gou)和(he)(he)輔助(zhu)動力裝置（APU）區域等，將溫(wen)度作(zuo)為(wei)設(she)計的主要考慮因素。
鈦合(he)金(jin)具(ju)有(you)優(you)良(liang)的耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性，使(shi)其在腐(fu)蝕(shi)嚴重區域(yu)得以(yi)大量應用。實際上鈦合(he)金(jin)在民用飛機(ji)運營環(huan)境中，幾乎不會(hui)發生腐(fu)蝕(shi)現象。在易(yi)腐(fu)蝕(shi)區域(yu)，如位于廚房和盥洗室下的地板支持結構，鈦合(he)金(jin)可取代鋁合(he)金(jin)用于連接(jie)座椅和地板。
隨著碳(tan)纖(xian)維復(fu)合(he)材料（CFRP）的(de)(de)(de)(de)廣(guang)泛(fan)使(shi)用，鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)與(yu)碳(tan)纖(xian)維復(fu)合(he)材料相容性(xing)(xing)好的(de)(de)(de)(de)特(te)點成為其大(da)(da)量使(shi)用的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)原(yuan)因(yin)。鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)和CFRP之(zhi)間存在有較(jiao)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)電位差(cha)，將(jiang)導致嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)電化學腐(fu)蝕，盡管可以采取增加玻璃布等(deng)保護措施來隔離鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)和碳(tan)纖(xian)維，但表面涂層的(de)(de)(de)(de)任何破損(sun)都將(jiang)導致鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)快(kuai)速腐(fu)蝕。對于關鍵結(jie)構，很難檢(jian)查(cha)或替換，為避(bi)免(mian)電化學腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)出現，應優(you)先選用鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)。鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)這(zhe)一(yi)特(te)性(xing)(xing)，也使(shi)其在鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)與(yu)復(fu)合(he)材料結(jie)構之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)界面中，得到(dao)大(da)(da)量應用。與(yu)鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)相比，鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)能夠提高結(jie)構壽命60%。而且其熱膨脹系數低(di)，當與(yu)CFRP結(jie)構連接在一(yi)起時，能夠降低(di)高熱載(zai)。
3、鈦合金(jin)在典型民(min)用飛機機體結構上的應用
3.1鈦合金在波音系列飛機(ji)上的應用
鈦(tai)合(he)金(jin)在(zai)波音系列飛(fei)機(ji)上的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)，是隨著鋁合(he)金(jin)和鋼用(yong)量的(de)(de)(de)減少而(er)逐(zhu)步增(zeng)加(jia)的(de)(de)(de)，B777飛(fei)機(ji)鈦(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)用(yong)量為7%，由于復(fu)合(he)材(cai)料的(de)(de)(de)全面使用(yong)，鈦(tai)合(he)金(jin)在(zai)B787飛(fei)機(ji)上的(de)(de)(de)用(yong)量達到(dao)了創紀錄的(de)(de)(de)15%，這標志著鈦(tai)合(he)金(jin)在(zai)現代復(fu)合(he)材(cai)料民用(yong)飛(fei)機(ji)中的(de)(de)(de)重要作用(yong)逐(zhu)漸顯現出來。波音系列飛(fei)機(ji)材(cai)料比例如(ru)圖1所示(shi)，鈦(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)比例隨著每一(yi)個重要商業飛(fei)機(ji)的(de)(de)(de)產生而(er)增(zeng)加(jia)。
圖1波音系列飛機(ji)材料(liao)比例
3.1.1鈦合金在B777上的(de)應用
在B777上，鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)主要應用(yong)于早期CFRP結構，來避免采用(yong)鋁合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)造成的(de)(de)(de)電化(hua)腐蝕，大(da)幅(fu)度提高了(le)飛機的(de)(de)(de)損(sun)傷容(rong)限。將Ti－10V－2Fe－3Al鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)應用(yong)于B777的(de)(de)(de)主起落架轉向架梁上，單個鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)鍛件重(zhong)量(liang)當時(shi)達到了(le)最(zui)大(da)。這一設計減重(zhong)幅(fu)度非常(chang)大(da)，與高強(qiang)度鋼的(de)(de)(de)起落架部件相連接，沒有產生典型的(de)(de)(de)腐蝕和表面損(sun)壞(huai)。另一個主要進步是，B777選擇了(le)β－21S鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)用(yong)于發(fa)動機塞、整流罩和噴嘴等熱結構，其高抗氧化(hua)性大(da)幅(fu)度降低了(le)排氣部件的(de)(de)(de)重(zhong)量(liang)。
3.1.2鈦(tai)合金在B787上的(de)應用
鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在(zai)B787上(shang)的(de)使用比例為破紀錄的(de)15%。一方面是傳(chuan)統部位的(de)采用，如吊(diao)掛、起落(luo)架結構等；另一方面，由于B787飛機復合(he)(he)材(cai)料用量的(de)大幅增加(jia)以(yi)及鈦(tai)合(he)(he)金(jin)與復材(cai)相容(rong)性好(hao)的(de)特點，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在(zai)某些部位也(ye)取(qu)代了鋁合(he)(he)金(jin)。
吊掛是飛(fei)機的(de)(de)關鍵部(bu)件，B787在其(qi)吊掛結構(gou)上采用(yong)(yong)了新型的(de)(de)Ti－5Al－5V－5Mo－3Cr近β型合金，具(ju)有較(jiao)高的(de)(de)強度(du)，靜強度(du)優于(yu)傳(chuan)統的(de)(de)Ti－6Al－4V，主要(yao)(yao)應用(yong)(yong)于(yu)比較(jiao)重要(yao)(yao)的(de)(de)上連(lian)桿(gan)和吊掛接(jie)頭結構(gou)，側連(lian)桿(gan)則采用(yong)(yong)了普通的(de)(de)Ti－6Al－4V，既滿足傳(chuan)力要(yao)(yao)求(qiu)，又能滿足運營溫度(du)要(yao)(yao)求(qiu)。鈦合金在B787吊掛結構(gou)上的(de)(de)應用(yong)(yong)如(ru)圖2所示。
圖2鈦合金在B787吊掛結構上的應用
B787機身為全復(fu)合材料結構(gou)(gou)，包(bao)括機身蒙皮、長桁(heng)、普通框(kuang)和剪切角片等。而在載荷復(fu)雜的中(zhong)機身，所(suo)有側邊(bian)框(kuang)包(bao)括前后壓(ya)力隔框(kuang)都普遍采用(yong)鈦合金結構(gou)(gou)以承(cheng)受(shou)高載，B787中(zhong)機身框(kuang)結構(gou)(gou)如圖3所(suo)示(shi)。
圖3 B787中機身框結構
B787大(da)開口(kou)加強結構(gou)(gou)中的加強框(kuang)(kuang)，采用(yong)了Ti－6Al－4V桿狀鍛件機(ji)(ji)加結構(gou)(gou)。相(xiang)(xiang)比(bi)于復合(he)(he)(he)材料(liao)框(kuang)(kuang)，鈦合(he)(he)(he)金具有(you)良好(hao)(hao)的抗沖擊性(xing)，可以避免旅客、貨物對門(men)框(kuang)(kuang)意外撞擊造成損傷。相(xiang)(xiang)比(bi)于鋁合(he)(he)(he)金，鈦合(he)(he)(he)金不僅與復合(he)(he)(he)材料(liao)機(ji)(ji)身壁板具有(you)很好(hao)(hao)的相(xiang)(xiang)容(rong)性(xing)，結構(gou)(gou)效(xiao)率也要高出很多(duo)，能(neng)夠更好(hao)(hao)的對大(da)開口(kou)進(jin)行加強，并(bing)在一定程(cheng)度(du)上降低結構(gou)(gou)高度(du)，節省內(nei)部空間。為(wei)避免腐蝕，B787座椅滑軌(gui)也采用(yong)了鈦合(he)(he)(he)金擠壓型材。
B787的(de)其他關鍵部位，尤其是與(yu)復合材(cai)料外翼前后梁(liang)連(lian)(lian)接(jie)(jie)的(de)各類(lei)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)，普(pu)遍(bian)采用了鈦(tai)合金。包括(kuo)與(yu)發動機(ji)吊(diao)掛連(lian)(lian)接(jie)(jie)的(de)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)、與(yu)主起(qi)落(luo)架連(lian)(lian)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)，襟翼滑軌接(jie)(jie)頭(tou)(tou)、機(ji)翼梁(liang)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)等(deng)，部分接(jie)(jie)頭(tou)(tou)零件的(de)選材(cai)情況(kuang)如(ru)圖4所(suo)示。
圖4與B787機翼連(lian)接的部分鈦合金接頭
3.2鈦合金(jin)在(zai)空客飛機上的應用
鈦(tai)合(he)(he)金在(zai)空(kong)客(ke)系列(lie)飛(fei)機上的(de)使(shi)用(yong)量(liang)一直(zhi)比較穩定，低于鋼的(de)用(yong)量(liang)。隨著復合(he)(he)材料(liao)用(yong)量(liang)的(de)逐(zhu)漸增加，鋼的(de)用(yong)量(liang)逐(zhu)漸減少，在(zai)A350飛(fei)機上復合(he)(he)材料(liao)用(yong)量(liang)達到(dao)了52%，鈦(tai)合(he)(he)金也超過了鋼的(de)用(yong)量(liang)，達到(dao)了14%，如圖5所(suo)示。
圖(tu)5 空客系列飛(fei)機(ji)結構材料的比例
3.2.1鈦合金(jin)在(zai)A380飛機上的應(ying)用(yong)
A380是(shi)目前世界上最大的(de)(de)民用飛機(ji)，以鋁合(he)金為主(zhu)要材料(liao)。A380的(de)(de)選(xuan)材和設計(ji)代表(biao)著先進民用飛機(ji)選(xuan)材和設計(ji)的(de)(de)趨勢。相較于以往(wang)機(ji)型(xing)，A380鈦合(he)金的(de)(de)使用比例沒(mei)有明(ming)顯增(zeng)加，但由(you)于機(ji)身整體重(zhong)量大，鈦合(he)金的(de)(de)總用量是(shi)相當大的(de)(de)。在機(ji)身的(de)(de)關鍵部位(wei)，都采用了(le)鈦合(he)金，尤(you)其是(shi)重(zhong)要的(de)(de)連接(jie)位(wei)置(zhi)。A380飛機(ji)鈦合(he)金分布情況如圖6所示(shi)，主(zhu)起落架采用Ti－10V－2Fe－3Al，每件重(zhong)量達3 120kg。
圖(tu)6 鈦合金在A380飛機上的主要分(fen)布(bu)
空(kong)中客車公司第一次采用(yong)全鈦設計了A380吊掛的(de)主要結構(gou)。主要采用(yong)最(zui)常(chang)用(yong)的(de)鈦合金(jin)Ti－6Al－4V，如圖7所示，其在β退火狀態(tai)下具(ju)有最(zui)大的(de)斷(duan)裂(lie)韌性(xing)和最(zui)小(xiao)的(de)裂(lie)紋增長(chang)速度(du)，使得(de)吊掛的(de)疲勞性(xing)能(neng)得(de)到較(jiao)大改(gai)善(shan)。
圖7鈦合(he)金在A380吊掛結構(gou)上的應用
此外，在A380上(shang)第一次(ci)采用了(le)新型鈦合(he)金(jin)VST55531，這種(zhong)新的鈦合(he)金(jin)是空(kong)中客車(che)公司與俄羅斯制造商(shang)共同研發的，能夠為設計(ji)者提供(gong)良(liang)好的斷裂(lie)韌性和較高強度的綜合(he)性能匹配。該合(he)金(jin)目前用于A380飛機(ji)機(ji)翼和掛架之間的連接件，進一步的應用還在研究之中。
3.2.2鈦合金在A350XWB飛機上的應用
A350XWB是目前世界上(shang)除B787以外應(ying)用(yong)(yong)復合(he)材(cai)(cai)料(liao)最(zui)多的(de)機型。由于鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)與復合(he)材(cai)(cai)料(liao)良(liang)好的(de)相(xiang)容性，鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)的(de)用(yong)(yong)量往(wang)往(wang)隨著復合(he)材(cai)(cai)料(liao)用(yong)(yong)量的(de)增(zeng)加而增(zeng)加。2005年，A350計劃采用(yong)(yong)40%的(de)復合(he)材(cai)(cai)料(liao)和(he)9%的(de)鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)；2007年，迫(po)于B787的(de)壓力，A350XWB將復合(he)材(cai)(cai)料(liao)用(yong)(yong)量增(zeng)加到了52%，相(xiang)應(ying)地(di)，鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)的(de)用(yong)(yong)量也增(zeng)加到了14%，如圖8所示，兩種(zhong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)百(bai)分比基本與B787持平。
圖8 A350（XWB）鈦合金(jin)用(yong)量(liang)隨復合材料用(yong)量(liang)的變化
與A380相似，A350XWB飛機將鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)應用于吊掛主結構(gou)，并增加了(le)起落架(jia)結構(gou)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的用量，在活塞、轉(zhuan)向架(jia)、扭力臂和(he)側撐(cheng)桿(gan)等(deng)部(bu)位也都(dou)采用了(le)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)（如圖9所示(shi)）。事(shi)實證明鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)具有很好的耐高溫、耐腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)，采用鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)實現了(le)減重，提供了(le)較(jiao)高的可靠(kao)性(xing)和(he)較(jiao)低的維(wei)護費用。
圖(tu)9 鈦(tai)合金在A350XWB吊(diao)掛(gua)與起落架上的應用
由于(yu)大(da)(da)范圍(wei)使用復(fu)合(he)材料(liao)，而鈦合(he)金(jin)(jin)與復(fu)合(he)材料(liao)的(de)相容性(xing)比(bi)鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)好，在(zai)A350XWB飛(fei)機上，鈦合(he)金(jin)(jin)在(zai)很多(duo)結構(gou)上代替了傳統鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)，典型(xing)的(de)如門(men)加強框。空客認(ren)為，選擇鈦合(he)金(jin)(jin)的(de)主要原因是門(men)框上存(cun)在(zai)大(da)(da)量的(de)連(lian)接件(jian)，如門(men)擋塊，這些連(lian)接件(jian)在(zai)安(an)裝(zhuang)后可能仍需調(diao)整才(cai)能達到正確的(de)位(wei)置，裝(zhuang)配(pei)中易(yi)產生(sheng)劃痕(hen)和(he)(he)錯誤的(de)鉆孔，鈦合(he)金(jin)(jin)對于(yu)這些損傷的(de)敏感(gan)度比(bi)復(fu)合(he)材料(liao)低(di)得多(duo)。同樣，采用鈦合(he)金(jin)(jin)材料(liao)，裝(zhuang)配(pei)后的(de)門(men)框組件(jian)也(ye)比(bi)較容易(yi)修理(li)。基(ji)于(yu)易(yi)受損的(de)原因，門(men)上部楣梁及其(qi)延伸段和(he)(he)下部檻梁也(ye)選擇了鈦合(he)金(jin)(jin)作為結構(gou)材料(liao)，如圖10所示。A350還將鈦合(he)金(jin)(jin)用于(yu)機翼結構(gou)、座椅滑軌(gui)、尾錐(zhui)和(he)(he)APU艙防火墻等。
圖(tu)10 A350登機(ji)門口框(kuang)結構
3.3鈦合金在(zai)龐巴(ba)迪C系列（CS100和CS300型）飛(fei)機上的(de)應用
作為即將服役的(de)(de)新機(ji)，C系(xi)列飛機(ji)鈦合金的(de)(de)用(yong)量達到了8%的(de)(de)較高比例(li)，C系(xi)列飛機(ji)材料使用(yong)情(qing)況如圖11所示(shi)。
圖11 C系列飛機材(cai)料使(shi)用(yong)情況(kuang)
C系(xi)列也在機身(shen)關鍵位置采(cai)用(yong)(yong)了(le)(le)鈦(tai)(tai)合(he)金，如發動機吊(diao)掛、平尾懸掛接(jie)頭等，中(zhong)機身(shen)后(hou)梁框(kuang)(kuang)采(cai)用(yong)(yong)了(le)(le)鈦(tai)(tai)合(he)金Ti－6AlV4V。鈦(tai)(tai)合(he)金后(hou)梁框(kuang)(kuang)與復合(he)材(cai)(cai)(cai)料中(zhong)央(yang)翼盒相容性好，更重要(yao)的(de)是(shi)(shi)將(jiang)鋁鋰合(he)金后(hou)梁框(kuang)(kuang)更改為(wei)鈦(tai)(tai)合(he)金后(hou)梁框(kuang)(kuang)后(hou)，不僅(jin)提高(gao)了(le)(le)材(cai)(cai)(cai)料的(de)耐腐(fu)蝕性和(he)疲勞性能(neng)，根據(ju)計算還能(neng)夠減(jian)重約20kg，這(zhe)是(shi)(shi)一個(ge)非常可觀的(de)數據(ju)。在鋁鋰合(he)金中(zhong)后(hou)機身(shen)和(he)復合(he)材(cai)(cai)(cai)料后(hou)機身(shen)的(de)界面(mian)中(zhong)，采(cai)用(yong)(yong)了(le)(le)鈦(tai)(tai)合(he)金連接(jie)角材(cai)(cai)(cai)與后(hou)部復合(he)材(cai)(cai)(cai)料壓力隔(ge)框(kuang)(kuang)進行連接(jie)，以避免電(dian)化腐(fu)蝕現象的(de)發生，并提高(gao)疲勞壽命。
根據高溫區需(xu)要，C系列(lie)APU防火墻(qiang)采用(yong)純鈦(tai)(tai)薄板，尾(wei)錐對接(jie)框采用(yong)Ti－6Al－4V厚板機加結構；航燈整流(liu)罩、進氣道(dao)穩壓室、APU消(xiao)音器等也采用(yong)了(le)鈦(tai)(tai)合金；考(kao)慮(lv)強度、剛度和(he)耐(nai)沖擊(ji)性，一些重要的接(jie)頭和(he)艙門(men)擋塊等普遍(bian)選擇了(le)鈦(tai)(tai)合金材料。鈦(tai)(tai)合金在(zai)C系列(lie)飛(fei)機尾(wei)錐上的應用(yong)如圖12所示。
圖12鈦合金在C系列尾錐上(shang)的應用
3.4鈦合金緊(jin)固(gu)件(jian)在復合材料結(jie)構中的應用
隨著現代飛機復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)用(yong)(yong)(yong)量(liang)的(de)(de)(de)(de)急劇增(zeng)加，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)緊固件(jian)數量(liang)隨之大量(liang)增(zeng)加。緊固件(jian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)受到飛機性(xing)能、環境(jing)、結構(gou)(gou)等多種因素的(de)(de)(de)(de)影響。對(dui)于(yu)(yu)復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)結構(gou)(gou)，其(qi)(qi)緊固件(jian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)選(xuan)擇主(zhu)要(yao)(yao)從(cong)電位(wei)和比強(qiang)度(du)進行考慮。從(cong)電位(wei)來講，復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)緊固件(jian)是(shi)最適合(he)(he)的(de)(de)(de)(de)，但其(qi)(qi)難(nan)以滿(man)足(zu)高(gao)強(qiang)度(du)、抗疲勞等性(xing)能要(yao)(yao)求，一般只能用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)特(te)殊(shu)部位(wei)；其(qi)(qi)次是(shi)不銹鋼，但其(qi)(qi)比強(qiang)度(du)較(jiao)低，也(ye)不適合(he)(he)大量(liang)采(cai)用(yong)(yong)(yong)。兼顧高(gao)比強(qiang)度(du)和低電位(wei)差，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)成為復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)結構(gou)(gou)用(yong)(yong)(yong)緊固件(jian)的(de)(de)(de)(de)最佳(jia)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，無論是(shi)鉚(liu)釘(ding)，還是(shi)螺(luo)栓(shuan)、單面緊固件(jian)等，都大量(liang)采(cai)用(yong)(yong)(yong)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)。通常(chang)，對(dui)于(yu)(yu)復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)機械連接(jie)（包括螺(luo)接(jie)和鉚(liu)接(jie)），螺(luo)接(jie)類(lei)緊固件(jian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)常(chang)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)Ti－6Al－4V；鉚(liu)接(jie)類(lei)緊固件(jian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)常(chang)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)純鈦(tai)和鈦(tai)鈮合(he)(he)金(jin)（55Ti－45Cb），原因是(shi)其(qi)(qi)能防止電偶腐蝕(shi)和具有高(gao)的(de)(de)(de)(de)比強(qiang)度(du)，鉚(liu)接(jie)性(xing)能（延展性(xing)）也(ye)較(jiao)好。
4結束語
隨著復合(he)材料(liao)逐(zhu)漸(jian)成為民用(yong)(yong)飛(fei)機(ji)(ji)機(ji)(ji)體的(de)(de)主(zhu)要材料(liao)，鈦合(he)金(jin)在(zai)民用(yong)(yong)飛(fei)機(ji)(ji)上應用(yong)(yong)的(de)(de)百分比(bi)也逐(zhu)漸(jian)增(zeng)加(jia)，鈦合(he)金(jin)材料(liao)應用(yong)(yong)面臨著前(qian)所未有的(de)(de)機(ji)(ji)遇。除了傳統部位，如(ru)吊掛、起落架等結構外，也逐(zhu)漸(jian)應用(yong)(yong)于大開口加(jia)強結構、座椅滑軌、APU防火墻等部位，尤(you)其是機(ji)(ji)身、機(ji)(ji)翼上重要的(de)(de)接(jie)頭零件和界面零件，鈦合(he)金(jin)的(de)(de)使用(yong)(yong)范圍在(zai)不斷地擴大。
由于(yu)鈦合(he)金(jin)的(de)固有(you)屬(shu)性，導致其成本高、加工和(he)成型相對困難，使其在大量應用(yong)方面(mian)面(mian)臨(lin)著較大的(de)挑戰(zhan)。研發(fa)(fa)和(he)利用(yong)綜合(he)高性能的(de)鈦合(he)金(jin)材料(liao)，提高鈦合(he)金(jin)加工與制造工藝，是現(xian)代(dai)民用(yong)飛機的(de)發(fa)(fa)展趨勢(shi)。
作者：張(zhang)寶柱，孫潔瓊中(zhong)航沈飛民用飛機有限(xian)責任公司工程研發(fa)中(zhong)心(xin)
來源(yuan)：《航(hang)空工程(cheng)進展》雜志
