民(min)(min)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)機(ji)(ji)體結構通常(chang)采用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)鈦(tai)合金以實現結構減重、改善疲勞壽命、提(ti)高(gao)耐腐蝕性(xing)，當代(dai)先進的(de)(de)民(min)(min)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)普遍提(ti)高(gao)了鈦(tai)合金的(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)量。從鈦(tai)合金的(de)(de)特點及其應用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)優勢(shi)出發(fa)，介紹了鈦(tai)合金在(zai)先進民(min)(min)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)機(ji)(ji)體結構中的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)現狀并分析原(yuan)因，總結并提(ti)出了鈦(tai)合金在(zai)民(min)(min)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)機(ji)(ji)體結構上應用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)機(ji)(ji)遇和挑戰，為我國民(min)(min)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)研發(fa)和發(fa)展提(ti)供(gong)參(can)考(kao)和借鑒。

0、引言

鈦(tai)合(he)(he)金以(yi)其(qi)(qi)高比強度、耐高溫、耐腐蝕等特(te)點，在(zai)(zai)航空領(ling)域得到了廣泛的應(ying)用(yong)。隨(sui)著(zhu)先進復合(he)(he)材(cai)料在(zai)(zai)民(min)用(yong)飛機(ji)上用(yong)量的逐漸(jian)增加，鈦(tai)合(he)(he)金與復合(he)(he)材(cai)料相容(rong)性(xing)好的特(te)點使其(qi)(qi)具(ju)有(you)了更(geng)大(da)的優勢，其(qi)(qi)在(zai)(zai)民(min)用(yong)飛機(ji)機(ji)體結構的用(yong)量也在(zai)(zai)不(bu)斷提高。以(yi)B787和(he)A350為代表的最新一(yi)代民(min)用(yong)飛機(ji)，鈦(tai)合(he)(he)金用(yong)量分別達到15%和(he)14%，充(chong)分體現了鈦(tai)合(he)(he)金在(zai)(zai)現代民(min)用(yong)飛機(ji)設計領(ling)域的重要性(xing)和(he)不(bu)可替代性(xing)。

我(wo)國民(min)用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)設(she)計起點(dian)較低、發展(zhan)較慢(man)，鈦(tai)(tai)合金(jin)在(zai)機(ji)(ji)體(ti)上的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)還有(you)待進(jin)一步(bu)提高(gao)。為(wei)提升(sheng)我(wo)國民(min)用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)上鈦(tai)(tai)合金(jin)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)量，發揮鈦(tai)(tai)合金(jin)的(de)(de)(de)(de)優(you)勢，進(jin)而提高(gao)飛(fei)機(ji)(ji)性能，實(shi)現減重和(he)(he)優(you)化(hua)，本(ben)文對鈦(tai)(tai)合金(jin)的(de)(de)(de)(de)性能特點(dian)、應(ying)(ying)用(yong)優(you)勢及其在(zai)現代先進(jin)民(min)用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)上的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)現狀進(jin)行(xing)分析和(he)(he)研究，總結鈦(tai)(tai)合金(jin)應(ying)(ying)用(yong)的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)遇和(he)(he)面(mian)臨(lin)的(de)(de)(de)(de)挑(tiao)戰，為(wei)我(wo)國民(min)用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)研制和(he)(he)發展(zhan)提供參考和(he)(he)借鑒，具有(you)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)實(shi)際(ji)指(zhi)導意義。

1、鈦合金的主要性(xing)能特點

鈦合金(jin)是一種重量輕、耐(nai)腐(fu)蝕(shi)的(de)結構(gou)材料(liao)，比(bi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)高(gao)；具有(you)(you)較高(gao)的(de)熔點，約(yue)為(wei)1 690°C；彈性(xing)(xing)模量相對(dui)較低(di)，可以通過合金(jin)化和(he)熱(re)處理獲取更高(gao)的(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)性(xing)(xing)能(neng)；具有(you)(you)很(hen)高(gao)的(de)疲勞強(qiang)(qiang)度(du)(du)和(he)斷裂韌性(xing)(xing)；很(hen)好的(de)高(gao)溫(wen)性(xing)(xing)能(neng)；熱(re)性(xing)(xing)能(neng)好，熱(re)膨脹系數比(bi)鋼低(di)，比(bi)鋁合金(jin)的(de)50%還低(di)，熱(re)傳導率低(di)；無磁性(xing)(xing)。高(gao)溫(wen)時，與其他材料(liao)具有(you)(you)很(hen)好的(de)化學相容性(xing)(xing)；優越(yue)的(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)和(he)抗(kang)氧化能(neng)力，能(neng)夠(gou)降低(di)飛(fei)機的(de)運(yun)營和(he)維護成本。

制約(yue)鈦合金應用的(de)主要(yao)問題是其(qi)密度比鋁合金大、成本也(ye)相對較高（大約(yue)是鋁或鋼的(de)7倍）。

2、鈦合金的應用優勢

民(min)用(yong)(yong)(yong)飛機(ji)(ji)上大量(liang)應用(yong)(yong)(yong)鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)一個重(zhong)要推動(dong)(dong)力(li)是結(jie)構(gou)(gou)(gou)減(jian)(jian)重(zhong)，減(jian)(jian)重(zhong)效(xiao)果直(zhi)接(jie)決定飛機(ji)(ji)綜(zong)合(he)(he)(he)成(cheng)本的(de)高(gao)(gao)低(di)。鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)比同等(deng)強度的(de)鋼(gang)的(de)密度低(di)40%，用(yong)(yong)(yong)鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)代替鋼(gang)和鎳(nie)基合(he)(he)(he)金(jin)(jin)甚至(zhi)高(gao)(gao)強度鋼(gang)時，能(neng)夠大量(liang)減(jian)(jian)重(zhong)。例如(ru)，在某些情況(kuang)，用(yong)(yong)(yong)鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)Ti－6Al－4V代替鋼(gang)用(yong)(yong)(yong)于發動(dong)(dong)機(ji)(ji)風扇、壓(ya)氣(qi)機(ji)(ji)盤及葉(xie)片等(deng)可減(jian)(jian)重(zhong)30%；用(yong)(yong)(yong)Ti－10V－2Fe－3Al代替30CrMnSiA鋼(gang)，零件可以減(jian)(jian)重(zhong)40%左(zuo)右。采用(yong)(yong)(yong)超塑性(xing)成(cheng)形及擴(kuo)散聯接(jie)技術（SPF／DB）的(de)鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)結(jie)構(gou)(gou)(gou)應用(yong)(yong)(yong)廣泛(fan)，例如(ru)A300、A310／320的(de)前緣(yuan)縫翼(yi)收放機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)外罩，可減(jian)(jian)重(zhong)10%；A330、A340機(ji)(ji)翼(yi)檢修(xiu)口蓋、駕駛艙頂蓋、縫緣(yuan)傳動(dong)(dong)機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)等(deng)減(jian)(jian)重(zhong)達(da)到46%，經(jing)濟效(xiao)益顯著。

民(min)用(yong)飛機機體結(jie)(jie)構(gou)使用(yong)鈦(tai)合(he)金的另(ling)一優勢是突破(po)體積限制。當結(jie)(jie)構(gou)載荷比(bi)較高、采用(yong)鋁合(he)金又受到結(jie)(jie)構(gou)空(kong)間限制時，強(qiang)度較高的鈦(tai)合(he)金成為較理(li)想的材(cai)料(liao)。波(bo)音(yin)飛機上采用(yong)非(fei)(fei)常(chang)大的鈦(tai)合(he)金鍛件以降低(di)結(jie)(jie)構(gou)體積，例如(ru)波(bo)音(yin)757和747的起落架梁。起落架是連接起落架梁和機翼后(hou)梁之間的部件，雖然鋁合(he)金成本低(di)，可(ke)以作為備選材(cai)料(liao)，但是由于(yu)操穩載荷高，鋁合(he)金需(xu)要做(zuo)得非(fei)(fei)常(chang)大而難以包(bao)在(zai)機翼內，故選用(yong)鈦(tai)合(he)金則更為適合(he)。

較(jiao)高(gao)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)(du)也(ye)是(shi)鈦合(he)金(jin)的(de)一(yi)大優勢。傳統鋁合(he)金(jin)僅能適用于130～150℃，在高(gao)溫(wen)區域(yu)，采用鈦合(he)金(jin)更適宜，可以提高(gao)結(jie)構(gou)效率。鋼和(he)鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)也(ye)可以選用，但(dan)是(shi)這兩種材料(liao)密(mi)度(du)(du)都比鈦合(he)金(jin)大。發動(dong)機支持結(jie)構(gou)，如B787吊掛(gua)結(jie)構(gou)和(he)輔(fu)助動(dong)力裝置（APU）區域(yu)等(deng)，將溫(wen)度(du)(du)作(zuo)為設計(ji)的(de)主要考慮因(yin)素。

鈦合金具有優(you)良的(de)耐腐蝕性，使其(qi)在腐蝕嚴(yan)重區域(yu)得以大量應用(yong)。實(shi)際上鈦合金在民(min)用(yong)飛機(ji)運營環境中，幾乎不會(hui)發生腐蝕現象。在易腐蝕區域(yu)，如(ru)位于廚房和盥(guan)洗(xi)室下(xia)的(de)地(di)板支持結(jie)構(gou)，鈦合金可取(qu)代鋁(lv)合金用(yong)于連(lian)接(jie)座椅和地(di)板。

隨著(zhu)碳(tan)纖維復(fu)合(he)(he)(he)(he)材料（CFRP）的(de)(de)(de)廣(guang)泛使用，鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)與碳(tan)纖維復(fu)合(he)(he)(he)(he)材料相容(rong)性好的(de)(de)(de)特點成為(wei)其(qi)大(da)(da)量使用的(de)(de)(de)重要(yao)原(yuan)因。鋁(lv)合(he)(he)(he)(he)金(jin)和CFRP之間(jian)存在有較(jiao)大(da)(da)的(de)(de)(de)電位(wei)差(cha)，將導致嚴重的(de)(de)(de)電化學腐蝕(shi)，盡管(guan)可以(yi)采(cai)取增加玻璃布等保護(hu)措施(shi)來隔(ge)離鋁(lv)合(he)(he)(he)(he)金(jin)和碳(tan)纖維，但表面涂(tu)層的(de)(de)(de)任何破(po)損都(dou)將導致鋁(lv)合(he)(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)快速腐蝕(shi)。對于(yu)關鍵結(jie)(jie)構(gou)，很難檢查或替換，為(wei)避免電化學腐蝕(shi)的(de)(de)(de)出現(xian)，應(ying)優先選用鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)。鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)這一特性，也使其(qi)在鋁(lv)合(he)(he)(he)(he)金(jin)與復(fu)合(he)(he)(he)(he)材料結(jie)(jie)構(gou)之間(jian)的(de)(de)(de)界面中，得到大(da)(da)量應(ying)用。與鋁(lv)合(he)(he)(he)(he)金(jin)相比，鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)能(neng)夠(gou)提(ti)高結(jie)(jie)構(gou)壽命60%。而(er)且(qie)其(qi)熱膨(peng)脹系數低，當與CFRP結(jie)(jie)構(gou)連接(jie)在一起時(shi)，能(neng)夠(gou)降低高熱載(zai)。

3、鈦合金在典型(xing)民用飛機(ji)機(ji)體結構上的(de)應用

3.1鈦合(he)金在波(bo)音系列飛機上的應用(yong)

鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)在波音(yin)系(xi)(xi)列(lie)飛機(ji)上的(de)(de)應用(yong)，是隨(sui)著(zhu)鋁(lv)合(he)金(jin)和(he)鋼(gang)用(yong)量的(de)(de)減少而逐(zhu)步增加的(de)(de)，B777飛機(ji)鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)用(yong)量為7%，由于(yu)復合(he)材料(liao)的(de)(de)全面使用(yong)，鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)在B787飛機(ji)上的(de)(de)用(yong)量達(da)到(dao)了創紀錄的(de)(de)15%，這標志(zhi)著(zhu)鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)在現(xian)代復合(he)材料(liao)民用(yong)飛機(ji)中(zhong)的(de)(de)重要作(zuo)用(yong)逐(zhu)漸顯現(xian)出來(lai)。波音(yin)系(xi)(xi)列(lie)飛機(ji)材料(liao)比例(li)如圖(tu)1所示，鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)應用(yong)比例(li)隨(sui)著(zhu)每(mei)一個重要商業(ye)飛機(ji)的(de)(de)產生(sheng)而增加。

圖1波音系列飛機材料比(bi)例

3.1.1鈦合(he)金在B777上的(de)應用(yong)

在B777上(shang)(shang)，鈦合(he)(he)金主(zhu)要(yao)應(ying)用(yong)于(yu)(yu)早期CFRP結(jie)構，來避免采(cai)用(yong)鋁合(he)(he)金造成的電(dian)化腐蝕(shi)，大(da)幅度(du)(du)提高(gao)了(le)(le)飛(fei)機(ji)的損傷容(rong)限。將Ti－10V－2Fe－3Al鈦合(he)(he)金應(ying)用(yong)于(yu)(yu)B777的主(zhu)起落(luo)架(jia)轉向架(jia)梁(liang)上(shang)(shang)，單個(ge)鈦合(he)(he)金鍛(duan)件重(zhong)量當時達(da)到(dao)了(le)(le)最(zui)大(da)。這一設計減重(zhong)幅度(du)(du)非(fei)常大(da)，與高(gao)強度(du)(du)鋼(gang)的起落(luo)架(jia)部件相連接，沒有產(chan)生典型的腐蝕(shi)和表面損壞。另一個(ge)主(zhu)要(yao)進(jin)步(bu)是，B777選(xuan)擇了(le)(le)β－21S鈦合(he)(he)金用(yong)于(yu)(yu)發動機(ji)塞、整流罩和噴嘴等熱(re)結(jie)構，其(qi)高(gao)抗氧化性(xing)大(da)幅度(du)(du)降低了(le)(le)排氣部件的重(zhong)量。

3.1.2鈦合金(jin)在B787上(shang)的應(ying)用(yong)

 鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在B787上的使用(yong)比例為破紀錄的15%。一(yi)方面(mian)是傳統(tong)部(bu)位的采用(yong)，如吊掛、起落(luo)架結(jie)構等；另(ling)一(yi)方面(mian)，由于B787飛機(ji)復合(he)(he)材(cai)料用(yong)量的大幅增加以及鈦(tai)合(he)(he)金(jin)與復材(cai)相容性好的特點，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在某些部(bu)位也取代了鋁合(he)(he)金(jin)。

吊(diao)掛(gua)是飛機的(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)部件，B787在其吊(diao)掛(gua)結(jie)構(gou)上(shang)采(cai)用(yong)了(le)新(xin)型的(de)(de)(de)Ti－5Al－5V－5Mo－3Cr近(jin)β型合金(jin)，具有較高(gao)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)，靜強(qiang)度(du)優于傳統(tong)的(de)(de)(de)Ti－6Al－4V，主(zhu)要(yao)(yao)應(ying)用(yong)于比(bi)較重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)上(shang)連(lian)桿(gan)和(he)吊(diao)掛(gua)接頭結(jie)構(gou)，側(ce)連(lian)桿(gan)則采(cai)用(yong)了(le)普通的(de)(de)(de)Ti－6Al－4V，既滿足傳力(li)要(yao)(yao)求(qiu)，又能滿足運營溫度(du)要(yao)(yao)求(qiu)。鈦(tai)合金(jin)在B787吊(diao)掛(gua)結(jie)構(gou)上(shang)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)如圖2所示。

圖2鈦合(he)金在B787吊(diao)掛結(jie)構上的(de)應用(yong)

B787機身(shen)(shen)為全(quan)復合材(cai)料結構，包括機身(shen)(shen)蒙皮、長桁、普(pu)通框(kuang)和剪切角(jiao)片等。而在載荷復雜的中機身(shen)(shen)，所有側邊(bian)框(kuang)包括前(qian)后壓力隔(ge)框(kuang)都(dou)普(pu)遍采用鈦合金結構以(yi)承受高載，B787中機身(shen)(shen)框(kuang)結構如圖3所示。

圖3 B787中機身框結構

B787大開口(kou)加(jia)強(qiang)結(jie)(jie)構中的加(jia)強(qiang)框，采(cai)用了Ti－6Al－4V桿狀鍛件機(ji)加(jia)結(jie)(jie)構。相(xiang)比于復合(he)(he)材(cai)料框，鈦(tai)合(he)(he)金具有良好的抗沖(chong)擊性，可(ke)以避(bi)免(mian)旅客、貨物(wu)對門(men)框意外撞擊造(zao)成損傷。相(xiang)比于鋁合(he)(he)金，鈦(tai)合(he)(he)金不僅與復合(he)(he)材(cai)料機(ji)身壁板具有很好的相(xiang)容性，結(jie)(jie)構效率也要高出(chu)很多，能夠更好的對大開口(kou)進行(xing)加(jia)強(qiang)，并在(zai)一(yi)定程度上降低結(jie)(jie)構高度，節省內部空間。為避(bi)免(mian)腐蝕，B787座椅滑軌(gui)也采(cai)用了鈦(tai)合(he)(he)金擠壓型(xing)材(cai)。

B787的(de)其(qi)他關(guan)鍵部位，尤其(qi)是(shi)與復合(he)材(cai)料外翼(yi)前后梁連接(jie)(jie)的(de)各類(lei)接(jie)(jie)頭，普遍采用了(le)鈦(tai)合(he)金。包括與發動機吊(diao)掛連接(jie)(jie)的(de)接(jie)(jie)頭、與主(zhu)起落架(jia)連接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭，襟(jin)翼(yi)滑軌(gui)接(jie)(jie)頭、機翼(yi)梁接(jie)(jie)頭等，部分接(jie)(jie)頭零件的(de)選材(cai)情況如圖4所示。

圖4與B787機(ji)翼連接的(de)部分鈦合金接頭

3.2鈦合金在空(kong)客飛機上的應用

鈦(tai)合(he)金在空客系列飛(fei)機上(shang)的使用(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)一(yi)直比較(jiao)穩定，低(di)于(yu)鋼(gang)(gang)的用(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)。隨(sui)著復合(he)材(cai)料用(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)的逐漸增加，鋼(gang)(gang)的用(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)逐漸減少，在A350飛(fei)機上(shang)復合(he)材(cai)料用(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)達(da)到了52%，鈦(tai)合(he)金也超過了鋼(gang)(gang)的用(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)，達(da)到了14%，如圖5所示。

圖5 空客系列飛機結(jie)構(gou)材料的比例

3.2.1鈦(tai)合金(jin)在A380飛(fei)機上的應用

A380是目前(qian)世界上最大的民用飛機，以鋁(lv)合金(jin)為主要材(cai)料。A380的選材(cai)和(he)設計(ji)代表(biao)著先(xian)進民用飛機選材(cai)和(he)設計(ji)的趨勢。相較于以往機型，A380鈦(tai)合金(jin)的使用比例(li)沒有(you)明顯增加，但由于機身(shen)整體(ti)重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)(liang)大，鈦(tai)合金(jin)的總用量(liang)(liang)是相當大的。在機身(shen)的關(guan)鍵部位，都采用了鈦(tai)合金(jin)，尤其是重(zhong)(zhong)(zhong)要的連接(jie)位置(zhi)。A380飛機鈦(tai)合金(jin)分布情(qing)況如圖6所示，主起(qi)落架采用Ti－10V－2Fe－3Al，每件重(zhong)(zhong)(zhong)量(liang)(liang)達3 120kg。

圖(tu)6 鈦合金在A380飛(fei)機上的主要分布

空(kong)中客車公司第一(yi)次采用全鈦(tai)設計了(le)A380吊(diao)掛(gua)的(de)(de)主要結(jie)構。主要采用最(zui)(zui)常(chang)用的(de)(de)鈦(tai)合(he)金(jin)Ti－6Al－4V，如圖7所示(shi)，其在β退火(huo)狀態下具有最(zui)(zui)大的(de)(de)斷裂韌性(xing)(xing)和(he)最(zui)(zui)小的(de)(de)裂紋(wen)增長速(su)度，使得吊(diao)掛(gua)的(de)(de)疲勞(lao)性(xing)(xing)能得到較(jiao)大改(gai)善(shan)。

圖(tu)7鈦合金在(zai)A380吊(diao)掛結構上的應用

此外(wai)，在(zai)A380上第一次采用(yong)了新(xin)型鈦(tai)合(he)金VST55531，這種新(xin)的(de)(de)鈦(tai)合(he)金是空中客車公(gong)司(si)與俄羅斯制造商共同研發的(de)(de)，能(neng)夠為設(she)計者提(ti)供良(liang)好的(de)(de)斷裂韌性(xing)(xing)和(he)較高(gao)強度的(de)(de)綜(zong)合(he)性(xing)(xing)能(neng)匹配。該合(he)金目前(qian)用(yong)于A380飛機(ji)機(ji)翼和(he)掛(gua)架之間的(de)(de)連接件(jian)，進一步的(de)(de)應用(yong)還(huan)在(zai)研究之中。

3.2.2鈦合金在A350XWB飛(fei)機上(shang)的應(ying)用

A350XWB是目前(qian)世界上(shang)除B787以(yi)外應(ying)用(yong)復合(he)(he)材(cai)料(liao)最多的(de)(de)機型(xing)。由(you)于鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)與(yu)復合(he)(he)材(cai)料(liao)良(liang)好的(de)(de)相容性，鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)用(yong)量(liang)往(wang)往(wang)隨著復合(he)(he)材(cai)料(liao)用(yong)量(liang)的(de)(de)增(zeng)加(jia)而增(zeng)加(jia)。2005年(nian)，A350計(ji)劃(hua)采用(yong)40%的(de)(de)復合(he)(he)材(cai)料(liao)和9%的(de)(de)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)；2007年(nian)，迫于B787的(de)(de)壓力(li)，A350XWB將復合(he)(he)材(cai)料(liao)用(yong)量(liang)增(zeng)加(jia)到了52%，相應(ying)地，鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)用(yong)量(liang)也增(zeng)加(jia)到了14%，如圖8所(suo)示，兩種材(cai)料(liao)的(de)(de)百分(fen)比基本與(yu)B787持平。

圖8 A350（XWB）鈦合(he)金用(yong)量隨(sui)復合(he)材料用(yong)量的變化

與A380相似，A350XWB飛機將鈦合(he)(he)金應用(yong)于吊掛主結構，并增加了(le)(le)起落架結構鈦合(he)(he)金的(de)用(yong)量，在活塞、轉向(xiang)架、扭力臂和(he)側(ce)撐桿(gan)等部位(wei)也(ye)都采用(yong)了(le)(le)鈦合(he)(he)金（如圖(tu)9所示）。事(shi)實(shi)證明鈦合(he)(he)金具有很好的(de)耐高溫、耐腐(fu)蝕性(xing)能，采用(yong)鈦合(he)(he)金實(shi)現了(le)(le)減重(zhong)，提(ti)供了(le)(le)較(jiao)高的(de)可靠性(xing)和(he)較(jiao)低的(de)維護費(fei)用(yong)。

圖9 鈦(tai)合金在A350XWB吊(diao)掛與起(qi)落(luo)架上(shang)的應用

由于(yu)大范圍使用復合(he)(he)材(cai)料，而鈦(tai)合(he)(he)金(jin)與(yu)復合(he)(he)材(cai)料的相容性比(bi)鋁合(he)(he)金(jin)好，在(zai)A350XWB飛機(ji)上，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在(zai)很多結(jie)構(gou)上代(dai)替了傳統鋁合(he)(he)金(jin)，典型的如門加強框(kuang)。空客認為(wei)，選擇鈦(tai)合(he)(he)金(jin)的主要原因是(shi)門框(kuang)上存在(zai)大量的連(lian)接(jie)件，如門擋塊，這些連(lian)接(jie)件在(zai)安裝后可能(neng)仍需調(diao)整才能(neng)達到正(zheng)確的位置(zhi)，裝配(pei)中易產生劃痕和(he)錯(cuo)誤(wu)的鉆孔，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)對于(yu)這些損(sun)傷(shang)的敏感度比(bi)復合(he)(he)材(cai)料低得多。同樣，采用鈦(tai)合(he)(he)金(jin)材(cai)料，裝配(pei)后的門框(kuang)組件也(ye)(ye)比(bi)較容易修理(li)。基于(yu)易受損(sun)的原因，門上部楣梁及(ji)其延伸段和(he)下部檻梁也(ye)(ye)選擇了鈦(tai)合(he)(he)金(jin)作為(wei)結(jie)構(gou)材(cai)料，如圖10所(suo)示(shi)。A350還將(jiang)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)用于(yu)機(ji)翼(yi)結(jie)構(gou)、座椅(yi)滑軌、尾錐和(he)APU艙防火墻等(deng)。

圖10 A350登機(ji)門口框結構

3.3鈦合金在龐巴(ba)迪C系列（CS100和CS300型）飛(fei)機上的(de)應用

作為(wei)即將(jiang)服役的(de)新(xin)機，C系(xi)列(lie)飛機鈦(tai)合(he)金的(de)用量達(da)到了(le)8%的(de)較高比例，C系(xi)列(lie)飛機材料使用情況如圖11所(suo)示。

圖11 C系(xi)列飛機材料(liao)使用情況

C系列也在機(ji)(ji)身關鍵位(wei)置采(cai)用了(le)鈦(tai)(tai)合金，如發動(dong)機(ji)(ji)吊掛、平尾懸掛接頭等，中(zhong)(zhong)機(ji)(ji)身后梁(liang)(liang)框(kuang)(kuang)采(cai)用了(le)鈦(tai)(tai)合金Ti－6AlV4V。鈦(tai)(tai)合金后梁(liang)(liang)框(kuang)(kuang)與(yu)復(fu)合材(cai)(cai)料中(zhong)(zhong)央(yang)翼盒相容性好，更(geng)重(zhong)(zhong)要(yao)的是(shi)將鋁鋰合金后梁(liang)(liang)框(kuang)(kuang)更(geng)改為鈦(tai)(tai)合金后梁(liang)(liang)框(kuang)(kuang)后，不僅提高了(le)材(cai)(cai)料的耐(nai)腐蝕性和疲勞性能，根(gen)據(ju)(ju)計算還能夠減(jian)重(zhong)(zhong)約20kg，這是(shi)一個非常可觀(guan)的數據(ju)(ju)。在鋁鋰合金中(zhong)(zhong)后機(ji)(ji)身和復(fu)合材(cai)(cai)料后機(ji)(ji)身的界(jie)面中(zhong)(zhong)，采(cai)用了(le)鈦(tai)(tai)合金連接角材(cai)(cai)與(yu)后部復(fu)合材(cai)(cai)料壓力隔框(kuang)(kuang)進行連接，以(yi)避免電化腐蝕現象的發生，并提高疲勞壽命。

根據(ju)高溫區需要(yao)(yao)，C系列APU防火墻采用純鈦(tai)薄板(ban)，尾(wei)錐對接框采用Ti－6Al－4V厚板(ban)機(ji)加結構；航(hang)燈整流(liu)罩、進氣(qi)道穩壓室(shi)、APU消音器等也采用了(le)鈦(tai)合金；考(kao)慮強度、剛度和耐沖擊性，一些重(zhong)要(yao)(yao)的接頭和艙門擋(dang)塊等普遍選(xuan)擇(ze)了(le)鈦(tai)合金材料。鈦(tai)合金在C系列飛機(ji)尾(wei)錐上的應用如(ru)圖12所示。

圖12鈦合(he)金在C系(xi)列尾錐上的應(ying)用

3.4鈦合金緊固件在復合材料結(jie)構中的應用

隨著現代飛機(ji)(ji)復(fu)合(he)材(cai)料(liao)用(yong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)急劇增加，鈦合(he)金(jin)緊(jin)固件(jian)數(shu)量(liang)(liang)隨之大量(liang)(liang)增加。緊(jin)固件(jian)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)選(xuan)用(yong)受到飛機(ji)(ji)性能(neng)、環(huan)境、結構(gou)等(deng)多種因素的(de)(de)(de)影響。對于復(fu)合(he)材(cai)料(liao)結構(gou)，其緊(jin)固件(jian)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)選(xuan)擇主(zhu)要(yao)從電(dian)(dian)位和(he)(he)比(bi)(bi)強(qiang)度(du)進行考(kao)慮(lv)。從電(dian)(dian)位來(lai)講(jiang)，復(fu)合(he)材(cai)料(liao)緊(jin)固件(jian)是最(zui)適合(he)的(de)(de)(de)，但其難(nan)以滿足高強(qiang)度(du)、抗疲勞等(deng)性能(neng)要(yao)求(qiu)，一般只能(neng)用(yong)于特殊部位；其次是不(bu)銹鋼，但其比(bi)(bi)強(qiang)度(du)較(jiao)低，也(ye)不(bu)適合(he)大量(liang)(liang)采用(yong)。兼顧高比(bi)(bi)強(qiang)度(du)和(he)(he)低電(dian)(dian)位差(cha)，鈦合(he)金(jin)成為復(fu)合(he)材(cai)料(liao)結構(gou)用(yong)緊(jin)固件(jian)的(de)(de)(de)最(zui)佳(jia)材(cai)料(liao)，無論是鉚釘，還是螺栓、單面緊(jin)固件(jian)等(deng)，都大量(liang)(liang)采用(yong)鈦合(he)金(jin)材(cai)料(liao)。通常，對于復(fu)合(he)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)機(ji)(ji)械(xie)連接（包括螺接和(he)(he)鉚接），螺接類(lei)緊(jin)固件(jian)材(cai)料(liao)常選(xuan)用(yong)Ti－6Al－4V；鉚接類(lei)緊(jin)固件(jian)材(cai)料(liao)常選(xuan)用(yong)純鈦和(he)(he)鈦鈮合(he)金(jin)（55Ti－45Cb），原(yuan)因是其能(neng)防止電(dian)(dian)偶腐蝕(shi)和(he)(he)具有高的(de)(de)(de)比(bi)(bi)強(qiang)度(du)，鉚接性能(neng)（延展性）也(ye)較(jiao)好。

4結束語

隨著復(fu)合(he)材料(liao)逐(zhu)(zhu)(zhu)漸(jian)成(cheng)為民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機機體的主要材料(liao)，鈦(tai)合(he)金(jin)在民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機上應用(yong)(yong)的百分比也逐(zhu)(zhu)(zhu)漸(jian)增加，鈦(tai)合(he)金(jin)材料(liao)應用(yong)(yong)面(mian)臨(lin)著前所未有(you)的機遇。除了傳統(tong)部位，如吊(diao)掛、起(qi)落(luo)架等(deng)(deng)結構外，也逐(zhu)(zhu)(zhu)漸(jian)應用(yong)(yong)于(yu)大開口(kou)加強結構、座椅滑軌、APU防(fang)火墻等(deng)(deng)部位，尤(you)其(qi)是機身、機翼上重要的接頭(tou)零件和界面(mian)零件，鈦(tai)合(he)金(jin)的使用(yong)(yong)范圍(wei)在不斷(duan)地擴大。

由(you)于(yu)鈦合(he)金的(de)固有(you)屬性，導致(zhi)其成(cheng)本高(gao)、加工和成(cheng)型相對困難，使其在大(da)量應用方面面臨著較大(da)的(de)挑(tiao)戰。研發和利(li)用綜合(he)高(gao)性能的(de)鈦合(he)金材(cai)料，提高(gao)鈦合(he)金加工與制造(zao)工藝，是現代(dai)民用飛機的(de)發展趨勢。

作者：張寶柱，孫潔瓊中航沈飛(fei)民(min)用(yong)飛(fei)機(ji)有限責任公司工程研發中心(xin)

來(lai)源：《航空工(gong)程進展》雜(za)志