轻合金在航空领域的应用情况分析:钛合金消费占比42%

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发表于 2018-8-7 15:29:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
轻合金主要指钛合金、镁合金和铝合金。其中,钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。室温下,钛合金可分为以下三类:α合金、(α+β)合金和β合金。α钛合金的切削加工性最好,α+β钛合金次之,β钛合金最差;铝合金是以铝为基础加入其他元素组成的合金,主要可分为4个系列:铝硅系、铝铜系、铝镁系及铝锌系;镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金,主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。
随着科学技术的发展和航空航天活动的日益频繁,轻量化趋势在航空航天制造业成为主流,具有轻量化作用的新型轻合金材料在航空航天领域的应用越来越广泛。新思界产业研究中心发布的《2018-2023年中国轻合金行业应用市场需求及开拓机会研究报告》显示,2015-2017年,轻合金在中国航天领域的应用量从27.85万吨增长到了33.39万吨。
铝合金
飞机需要有高的运输效率和良好的飞行性能,因而要求结构材料密度低,性能优良,即高强、高韧、抗疲劳、耐腐蚀和高可焊等。高强铝合金由于具有高的比强度、比模量和良好的断裂韧性、抗疲劳、耐腐蚀等性能,自20世纪30年代以来就被用作商业飞机的主要结构材料。
但是,随着飞机的改型或新型飞机的出现,铝合金应用受到复合材料、钛合金等材料的挑战,其用量逐渐减少。例如,波音757飞机上铝合金的用量从1980年的78%降低到1995年的62%,而钛合金和复合材料的用量有明显的增加。最近的波音787和空中客车A380的结构选材也发生很大变化,如波音787飞机主机身结构中复合材料质量比例高达50%,而铝合金比例只占约20%。A380飞机机体结构采用的复合材料比例约25%,铝合金比例占60%。
镁合金
镁合金是最轻的金属结构材料,其密度为1.75~1.85g/cm2。用于航空飞机中可减轻结构重量,用于高速运行的零件可减少惯性力。镁合金的强度和弹性模量比钢、铝合金低,但有高的比强度和比刚度,在相同重量的构建中,采用镁合金可使构件获得更高的刚度。镁合金有很好的阻尼性能,吸收冲击和振动的能力高,适宜制造承受冲击载荷和振动的零部件。镁合金具有优良的切削加工性能,有利于零件的机械加工成形。
在航空领域,镁合金被广泛应用于制造飞机、导弹上的重要机械装备零件,以减轻零件质量,提高飞行器的机动性能,降低飞行器的发射成本。早在20世纪50年代,我国仿制的导弹的蒙皮、框架以及发动机机匣已采用镁稀土合金。70年代后,随着国内技术的迅速发展,镁合金在强击机、直升机、导弹等产品上逐步得到推广和应用。例如:ZM6铸造镁合金已经用于制造直升机尾减速机匣、歼击机翼肋及30kW发电机的转子引线压板等重要零件;MB25稀土高强镁合金已代替部分中强铝合金,在强击机上获得应用。
钛合金
钛合金主要用于飞机及发动机的制造材料,如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、发动机罩、排气装置等零件以及飞机的大梁隔框等结构框架件。用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片,可以减轻结构重量。近年来科学家们对钛合金性能的研究工作,不断取得新的进展。原来由钛、铝、钒组成的钛合金,最高工作温度为550℃~600℃,而新研制的钛化铝(TiAl)合金,最高工作温度已提高到1040℃。
新思界行业研究员指出,航空用钛合金占了钛合金应用的半壁江山。从全球范围来看,钛合金和钛制品的消费主要集中在航空业以及工业领域,全球商业航空的消费比例达到42%左右,军用钛材比例约为7%,整个航空领域消耗钛合金材料接近一半。

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