民(min)用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)機(ji)(ji)體結(jie)構(gou)通常采(cai)用(yong)(yong)鈦合(he)金(jin)以(yi)實現結(jie)構(gou)減重、改善疲勞(lao)壽命、提高耐腐蝕(shi)性，當代先進的(de)民(min)用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)普(pu)遍提高了鈦合(he)金(jin)的(de)用(yong)(yong)量(liang)。從鈦合(he)金(jin)的(de)特點(dian)及其應(ying)用(yong)(yong)優(you)勢出發，介紹了鈦合(he)金(jin)在先進民(min)用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)機(ji)(ji)體結(jie)構(gou)中的(de)應(ying)用(yong)(yong)現狀并(bing)分析原因，總結(jie)并(bing)提出了鈦合(he)金(jin)在民(min)用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)機(ji)(ji)體結(jie)構(gou)上應(ying)用(yong)(yong)的(de)機(ji)(ji)遇和(he)(he)挑戰，為我(wo)國(guo)民(min)用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)的(de)研發和(he)(he)發展提供參考和(he)(he)借鑒。

0、引言

鈦(tai)合(he)(he)金(jin)以其高(gao)(gao)比強度、耐(nai)高(gao)(gao)溫、耐(nai)腐蝕(shi)等特(te)點，在(zai)航空(kong)領域得到了(le)廣泛(fan)的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)。隨著先進復合(he)(he)材料(liao)在(zai)民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機(ji)上用(yong)(yong)量的(de)(de)(de)逐漸增(zeng)加，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)與復合(he)(he)材料(liao)相容性(xing)好(hao)的(de)(de)(de)特(te)點使(shi)其具有(you)了(le)更大的(de)(de)(de)優勢，其在(zai)民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機(ji)機(ji)體結構的(de)(de)(de)用(yong)(yong)量也在(zai)不斷提高(gao)(gao)。以B787和(he)(he)A350為代(dai)表的(de)(de)(de)最新一代(dai)民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機(ji)，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)用(yong)(yong)量分別達到15%和(he)(he)14%，充(chong)分體現了(le)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在(zai)現代(dai)民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機(ji)設(she)計領域的(de)(de)(de)重(zhong)要性(xing)和(he)(he)不可(ke)替代(dai)性(xing)。

 我國(guo)民用(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)設計起(qi)點(dian)較低、發展較慢，鈦(tai)合(he)金(jin)在(zai)機(ji)(ji)(ji)(ji)體上(shang)(shang)的(de)(de)應用(yong)(yong)還有待進一步提(ti)高(gao)(gao)。為提(ti)升(sheng)我國(guo)民用(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)上(shang)(shang)鈦(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)使用(yong)(yong)量，發揮鈦(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)優(you)(you)勢(shi)，進而提(ti)高(gao)(gao)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)性(xing)能，實(shi)現(xian)減重(zhong)和(he)(he)優(you)(you)化，本文對鈦(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)性(xing)能特點(dian)、應用(yong)(yong)優(you)(you)勢(shi)及其(qi)在(zai)現(xian)代先進民用(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)上(shang)(shang)的(de)(de)應用(yong)(yong)現(xian)狀進行(xing)分析(xi)和(he)(he)研究，總結鈦(tai)合(he)金(jin)應用(yong)(yong)的(de)(de)機(ji)(ji)(ji)(ji)遇和(he)(he)面臨的(de)(de)挑(tiao)戰(zhan)，為我國(guo)民用(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)研制和(he)(he)發展提(ti)供(gong)參考和(he)(he)借鑒(jian)，具有較高(gao)(gao)的(de)(de)實(shi)際指導意義。

1、鈦(tai)合金的主(zhu)要性能特點(dian)

鈦合(he)金是(shi)一種重量(liang)輕、耐(nai)腐蝕(shi)的(de)結構(gou)材料，比強(qiang)度高(gao)(gao)(gao)；具(ju)有較高(gao)(gao)(gao)的(de)熔點(dian)，約為1 690°C；彈性(xing)(xing)模量(liang)相對(dui)較低(di)(di)，可以通過合(he)金化和(he)熱(re)(re)處理(li)獲(huo)取更高(gao)(gao)(gao)的(de)強(qiang)度性(xing)(xing)能；具(ju)有很高(gao)(gao)(gao)的(de)疲勞強(qiang)度和(he)斷裂韌性(xing)(xing)；很好(hao)的(de)高(gao)(gao)(gao)溫性(xing)(xing)能；熱(re)(re)性(xing)(xing)能好(hao)，熱(re)(re)膨脹系數(shu)比鋼低(di)(di)，比鋁合(he)金的(de)50%還(huan)低(di)(di)，熱(re)(re)傳導率低(di)(di)；無磁性(xing)(xing)。高(gao)(gao)(gao)溫時，與(yu)其他材料具(ju)有很好(hao)的(de)化學(xue)相容性(xing)(xing)；優越的(de)耐(nai)腐蝕(shi)和(he)抗氧化能力(li)，能夠降低(di)(di)飛(fei)機的(de)運營(ying)和(he)維護成本(ben)。

制約(yue)鈦合金(jin)應用的主要問題(ti)是其(qi)密(mi)度比鋁合金(jin)大(da)、成(cheng)本也相對較高（大(da)約(yue)是鋁或(huo)鋼的7倍(bei)）。

2、鈦合金的應用(yong)優勢

民用飛(fei)機上(shang)大量(liang)應用鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)一個(ge)重(zhong)(zhong)要推動(dong)力是結構減(jian)重(zhong)(zhong)，減(jian)重(zhong)(zhong)效果直(zhi)接決(jue)定(ding)飛(fei)機綜合(he)(he)成(cheng)本的(de)(de)(de)高(gao)低。鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)比同(tong)等(deng)強度(du)(du)的(de)(de)(de)鋼的(de)(de)(de)密度(du)(du)低40%，用鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)代(dai)替(ti)鋼和鎳基(ji)合(he)(he)金(jin)甚至高(gao)強度(du)(du)鋼時，能(neng)夠大量(liang)減(jian)重(zhong)(zhong)。例如，在某些(xie)情況，用鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)Ti－6Al－4V代(dai)替(ti)鋼用于發動(dong)機風扇(shan)、壓氣機盤及葉(xie)片(pian)等(deng)可減(jian)重(zhong)(zhong)30%；用Ti－10V－2Fe－3Al代(dai)替(ti)30CrMnSiA鋼，零(ling)件可以減(jian)重(zhong)(zhong)40%左右。采用超塑性成(cheng)形(xing)及擴(kuo)散聯(lian)接技(ji)術（SPF／DB）的(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)結構應用廣泛，例如A300、A310／320的(de)(de)(de)前緣縫翼(yi)收放機構外罩，可減(jian)重(zhong)(zhong)10%；A330、A340機翼(yi)檢修口蓋、駕(jia)駛艙(cang)頂蓋、縫緣傳動(dong)機構等(deng)減(jian)重(zhong)(zhong)達到46%，經濟效益顯著(zhu)。

民用(yong)(yong)飛機(ji)機(ji)體(ti)結構(gou)使用(yong)(yong)鈦合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)另(ling)一優勢是突破(po)體(ti)積限制。當結構(gou)載荷(he)比較(jiao)高、采用(yong)(yong)鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)又受(shou)到結構(gou)空(kong)間限制時，強度較(jiao)高的(de)(de)(de)鈦合(he)(he)(he)金(jin)成為較(jiao)理想的(de)(de)(de)材(cai)料。波音(yin)(yin)飛機(ji)上采用(yong)(yong)非(fei)常大的(de)(de)(de)鈦合(he)(he)(he)金(jin)鍛(duan)件(jian)以降低(di)結構(gou)體(ti)積，例如波音(yin)(yin)757和747的(de)(de)(de)起(qi)落架梁。起(qi)落架是連接起(qi)落架梁和機(ji)翼(yi)后(hou)梁之間的(de)(de)(de)部件(jian)，雖然鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)成本低(di)，可以作為備選(xuan)材(cai)料，但(dan)是由于操穩載荷(he)高，鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)需要做得非(fei)常大而難以包(bao)在機(ji)翼(yi)內(nei)，故選(xuan)用(yong)(yong)鈦合(he)(he)(he)金(jin)則(ze)更為適合(he)(he)(he)。

較高(gao)(gao)的工作(zuo)溫度也是(shi)鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)的一大優(you)勢(shi)。傳(chuan)統鋁合(he)金(jin)(jin)(jin)僅能適用(yong)于130～150℃，在高(gao)(gao)溫區(qu)域(yu)，采用(yong)鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)更適宜(yi)，可(ke)以提(ti)高(gao)(gao)結(jie)(jie)構效率。鋼和鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)也可(ke)以選用(yong)，但是(shi)這兩種材(cai)料密度都比鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)大。發(fa)動機(ji)支持結(jie)(jie)構，如B787吊掛結(jie)(jie)構和輔助(zhu)動力裝(zhuang)置（APU）區(qu)域(yu)等，將溫度作(zuo)為設計的主要考(kao)慮因(yin)素(su)。

鈦(tai)合(he)(he)金(jin)具有優良的(de)耐腐(fu)(fu)蝕性，使其(qi)在(zai)腐(fu)(fu)蝕嚴(yan)重區域得(de)以大量應用。實際上鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在(zai)民用飛機運營(ying)環境(jing)中(zhong)，幾乎不會(hui)發生(sheng)腐(fu)(fu)蝕現象。在(zai)易腐(fu)(fu)蝕區域，如位于廚房和盥洗室下(xia)的(de)地板(ban)支持結構，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)可取代鋁合(he)(he)金(jin)用于連接座椅和地板(ban)。

隨(sui)著碳(tan)纖維復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)（CFRP）的廣泛(fan)使用(yong)，鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)與(yu)(yu)碳(tan)纖維復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)相(xiang)容(rong)性(xing)好的特點成為(wei)其大量(liang)使用(yong)的重要原(yuan)因。鋁(lv)(lv)(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)和CFRP之間存在(zai)有較(jiao)大的電(dian)位差，將(jiang)導致嚴重的電(dian)化學(xue)腐蝕，盡管(guan)可以采(cai)取增加玻璃布(bu)等保(bao)護(hu)措施來隔離鋁(lv)(lv)(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)和碳(tan)纖維，但表面涂層的任何破損都(dou)將(jiang)導致鋁(lv)(lv)(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的快速腐蝕。對(dui)于(yu)關鍵結(jie)(jie)構(gou)，很難(nan)檢查或替換(huan)，為(wei)避免電(dian)化學(xue)腐蝕的出現，應優先選用(yong)鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的這一特性(xing)，也使其在(zai)鋁(lv)(lv)(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)與(yu)(yu)復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)結(jie)(jie)構(gou)之間的界面中，得到大量(liang)應用(yong)。與(yu)(yu)鋁(lv)(lv)(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)相(xiang)比，鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)能(neng)夠提高結(jie)(jie)構(gou)壽命60%。而(er)且其熱膨(peng)脹(zhang)系(xi)數低(di)，當與(yu)(yu)CFRP結(jie)(jie)構(gou)連接在(zai)一起時，能(neng)夠降低(di)高熱載。

3、鈦合金在典(dian)型民用(yong)飛機機體結構(gou)上的(de)應用(yong)

3.1鈦(tai)合金在波音(yin)系列飛機上的應用

鈦(tai)合(he)金(jin)在(zai)波(bo)音系(xi)列(lie)飛(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)上的(de)應(ying)用(yong)，是(shi)隨著鋁合(he)金(jin)和鋼(gang)用(yong)量的(de)減少(shao)而(er)逐步增(zeng)加的(de)，B777飛(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)鈦(tai)合(he)金(jin)的(de)用(yong)量為7%，由于復(fu)合(he)材料的(de)全(quan)面使用(yong)，鈦(tai)合(he)金(jin)在(zai)B787飛(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)上的(de)用(yong)量達(da)到了創紀錄的(de)15%，這(zhe)標志著鈦(tai)合(he)金(jin)在(zai)現代(dai)復(fu)合(he)材料民用(yong)飛(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)中的(de)重要作用(yong)逐漸顯(xian)現出來。波(bo)音系(xi)列(lie)飛(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)材料比例(li)如(ru)圖1所示，鈦(tai)合(he)金(jin)的(de)應(ying)用(yong)比例(li)隨著每(mei)一(yi)個重要商業飛(fei)(fei)(fei)機(ji)(ji)的(de)產生而(er)增(zeng)加。

圖1波音(yin)系列飛機(ji)材料比(bi)例

3.1.1鈦合金在B777上的(de)應用

在B777上，鈦(tai)(tai)合金主要應(ying)用(yong)于(yu)早期(qi)CFRP結構(gou)，來避免采用(yong)鋁合金造成的(de)(de)電(dian)化(hua)腐蝕，大(da)(da)(da)幅度提高了(le)(le)飛機(ji)的(de)(de)損傷容限。將(jiang)Ti－10V－2Fe－3Al鈦(tai)(tai)合金應(ying)用(yong)于(yu)B777的(de)(de)主起落(luo)架(jia)(jia)轉(zhuan)向(xiang)架(jia)(jia)梁上，單個鈦(tai)(tai)合金鍛件重量當時達到了(le)(le)最大(da)(da)(da)。這(zhe)一設(she)計減重幅度非常(chang)大(da)(da)(da)，與高強度鋼的(de)(de)起落(luo)架(jia)(jia)部(bu)件相(xiang)連接(jie)，沒有產生典型的(de)(de)腐蝕和(he)(he)表(biao)面損壞。另一個主要進步(bu)是，B777選擇了(le)(le)β－21S鈦(tai)(tai)合金用(yong)于(yu)發動機(ji)塞、整流(liu)罩(zhao)和(he)(he)噴嘴等熱結構(gou)，其高抗氧化(hua)性大(da)(da)(da)幅度降低(di)了(le)(le)排氣部(bu)件的(de)(de)重量。

3.1.2鈦合(he)金在B787上的(de)應用

鈦(tai)合(he)金(jin)在B787上的(de)使用比(bi)例為破紀錄的(de)15%。一(yi)方(fang)面(mian)是傳(chuan)統部位的(de)采用，如吊掛、起落(luo)架(jia)結(jie)構等(deng)；另一(yi)方(fang)面(mian)，由于(yu)B787飛機(ji)復(fu)合(he)材料用量的(de)大幅增加以及鈦(tai)合(he)金(jin)與復(fu)材相容性好的(de)特(te)點，鈦(tai)合(he)金(jin)在某些(xie)部位也(ye)取代了鋁合(he)金(jin)。

吊(diao)(diao)掛(gua)是飛機的(de)關鍵部件，B787在其吊(diao)(diao)掛(gua)結(jie)構上采(cai)(cai)用了(le)新型的(de)Ti－5Al－5V－5Mo－3Cr近(jin)β型合金，具有較高的(de)強(qiang)度(du)，靜強(qiang)度(du)優于傳統的(de)Ti－6Al－4V，主要(yao)應(ying)用于比較重要(yao)的(de)上連桿和(he)吊(diao)(diao)掛(gua)接頭結(jie)構，側(ce)連桿則采(cai)(cai)用了(le)普通的(de)Ti－6Al－4V，既滿足傳力要(yao)求(qiu)，又(you)能滿足運營溫度(du)要(yao)求(qiu)。鈦合金在B787吊(diao)(diao)掛(gua)結(jie)構上的(de)應(ying)用如(ru)圖(tu)2所(suo)示。

圖2鈦合金在(zai)B787吊(diao)掛(gua)結(jie)構(gou)上的應用

B787機身(shen)為全復合材(cai)料結(jie)構，包(bao)括機身(shen)蒙皮、長桁、普通框(kuang)和剪切角片等。而(er)在(zai)載荷復雜的中機身(shen)，所有側(ce)邊框(kuang)包(bao)括前后(hou)壓(ya)力隔框(kuang)都普遍采用鈦合金結(jie)構以承受高載，B787中機身(shen)框(kuang)結(jie)構如圖(tu)3所示(shi)。

圖(tu)3 B787中機身框結(jie)構

B787大(da)開(kai)口加(jia)強(qiang)結(jie)(jie)(jie)構(gou)中的(de)(de)加(jia)強(qiang)框，采(cai)用(yong)了(le)Ti－6Al－4V桿狀(zhuang)鍛件機(ji)加(jia)結(jie)(jie)(jie)構(gou)。相(xiang)比于復合材(cai)(cai)料(liao)框，鈦合金具有(you)良好(hao)的(de)(de)抗沖(chong)擊性，可以避免(mian)旅客、貨物(wu)對(dui)門框意外撞擊造(zao)成損傷。相(xiang)比于鋁合金，鈦合金不(bu)僅(jin)與復合材(cai)(cai)料(liao)機(ji)身壁板具有(you)很好(hao)的(de)(de)相(xiang)容性，結(jie)(jie)(jie)構(gou)效(xiao)率(lv)也(ye)要(yao)高出(chu)很多(duo)，能夠(gou)更(geng)好(hao)的(de)(de)對(dui)大(da)開(kai)口進行加(jia)強(qiang)，并在一定程度上降低結(jie)(jie)(jie)構(gou)高度，節省(sheng)內部空(kong)間。為避免(mian)腐蝕(shi)，B787座椅滑軌也(ye)采(cai)用(yong)了(le)鈦合金擠壓(ya)型材(cai)(cai)。

B787的其他關鍵部位，尤其是與(yu)(yu)復合材料外(wai)翼前后梁連(lian)接(jie)(jie)的各類(lei)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)，普遍采用了鈦合金。包括與(yu)(yu)發動機吊(diao)掛連(lian)接(jie)(jie)的接(jie)(jie)頭(tou)(tou)、與(yu)(yu)主(zhu)起落架連(lian)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)，襟(jin)翼滑軌接(jie)(jie)頭(tou)(tou)、機翼梁接(jie)(jie)頭(tou)(tou)等，部分接(jie)(jie)頭(tou)(tou)零件的選材情況如圖4所示(shi)。

圖4與B787機翼連接的部分鈦合金(jin)接頭

3.2鈦合金在空客飛機上(shang)的(de)應用(yong)

鈦合(he)金(jin)(jin)在(zai)空客(ke)系列飛機(ji)上的使用量(liang)一直比較穩定，低于鋼的用量(liang)。隨著復(fu)(fu)合(he)材(cai)料用量(liang)的逐漸增加(jia)，鋼的用量(liang)逐漸減少，在(zai)A350飛機(ji)上復(fu)(fu)合(he)材(cai)料用量(liang)達到(dao)了52%，鈦合(he)金(jin)(jin)也超過了鋼的用量(liang)，達到(dao)了14%，如圖5所(suo)示。

圖5 空客系列飛機結構材(cai)料的比例

3.2.1鈦合金在(zai)A380飛機上的應用

A380是目(mu)前世界(jie)上(shang)最大的(de)民用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)(ji)，以鋁合(he)金為主要材料。A380的(de)選材和設計代表著(zhu)先(xian)進民用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)(ji)選材和設計的(de)趨勢。相較(jiao)于以往機(ji)(ji)(ji)型，A380鈦合(he)金的(de)使(shi)用(yong)(yong)比(bi)例沒有明顯增加，但(dan)由于機(ji)(ji)(ji)身整體重(zhong)量(liang)(liang)(liang)大，鈦合(he)金的(de)總用(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)是相當大的(de)。在機(ji)(ji)(ji)身的(de)關鍵部(bu)位(wei)(wei)，都采用(yong)(yong)了鈦合(he)金，尤其是重(zhong)要的(de)連接位(wei)(wei)置(zhi)。A380飛機(ji)(ji)(ji)鈦合(he)金分布情況如圖6所示，主起落架采用(yong)(yong)Ti－10V－2Fe－3Al，每(mei)件重(zhong)量(liang)(liang)(liang)達(da)3 120kg。

圖(tu)6 鈦(tai)合(he)金在A380飛機上(shang)的主要分布

空中客車(che)公司第一次采用全(quan)鈦(tai)(tai)設計了A380吊(diao)掛(gua)的(de)主(zhu)要(yao)結構。主(zhu)要(yao)采用最常用的(de)鈦(tai)(tai)合金Ti－6Al－4V，如圖(tu)7所示(shi)，其在β退火(huo)狀態下具(ju)有最大的(de)斷裂(lie)韌性和(he)最小(xiao)的(de)裂(lie)紋增長速度，使得吊(diao)掛(gua)的(de)疲勞性能(neng)得到較大改(gai)善。

圖7鈦合(he)金(jin)在A380吊掛結構上的(de)應(ying)用

此外，在A380上第一次采(cai)用了新型鈦合(he)(he)金VST55531，這種(zhong)新的鈦合(he)(he)金是空中客車公司與俄羅(luo)斯制造商(shang)共同研發(fa)的，能夠(gou)為設計者(zhe)提供良好的斷裂韌性和較(jiao)高強(qiang)度的綜合(he)(he)性能匹(pi)配(pei)。該合(he)(he)金目前用于A380飛機(ji)機(ji)翼(yi)和掛架之間的連接件，進一步的應(ying)用還在研究之中。

3.2.2鈦合金在A350XWB飛機上的應用

A350XWB是(shi)目前世界上除(chu)B787以外應用(yong)復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)最多的(de)(de)機型。由于鈦合(he)(he)金與復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)良好(hao)的(de)(de)相容性(xing)，鈦合(he)(he)金的(de)(de)用(yong)量(liang)往(wang)往(wang)隨著復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)用(yong)量(liang)的(de)(de)增(zeng)加(jia)而增(zeng)加(jia)。2005年(nian)，A350計劃采(cai)用(yong)40%的(de)(de)復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)和9%的(de)(de)鈦合(he)(he)金；2007年(nian)，迫于B787的(de)(de)壓力，A350XWB將復(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)用(yong)量(liang)增(zeng)加(jia)到(dao)了52%，相應地(di)，鈦合(he)(he)金的(de)(de)用(yong)量(liang)也增(zeng)加(jia)到(dao)了14%，如圖8所示，兩種材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)百分比基本與B787持平。

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

與A380相似，A350XWB飛機將鈦合金(jin)應用(yong)(yong)于吊掛(gua)主結(jie)構，并增加了(le)起落架結(jie)構鈦合金(jin)的用(yong)(yong)量，在活塞、轉向架、扭(niu)力臂(bei)和側撐桿等(deng)部(bu)位也(ye)都采用(yong)(yong)了(le)鈦合金(jin)（如圖9所示）。事實(shi)(shi)證明鈦合金(jin)具有很好(hao)的耐高(gao)溫(wen)、耐腐蝕性(xing)能，采用(yong)(yong)鈦合金(jin)實(shi)(shi)現了(le)減重，提供了(le)較(jiao)高(gao)的可靠性(xing)和較(jiao)低的維(wei)護費用(yong)(yong)。

圖9 鈦合金在A350XWB吊掛與起(qi)落架上(shang)的應用

由于(yu)大(da)范(fan)圍(wei)使用復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)，而鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)與復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)的(de)相容性比(bi)(bi)鋁合(he)(he)(he)金(jin)(jin)好，在(zai)(zai)A350XWB飛機(ji)上(shang)，鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)很(hen)多結(jie)構上(shang)代替了傳統鋁合(he)(he)(he)金(jin)(jin)，典型的(de)如(ru)門(men)(men)加強框(kuang)。空客認為(wei)，選擇鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)主要原因是(shi)門(men)(men)框(kuang)上(shang)存在(zai)(zai)大(da)量的(de)連(lian)(lian)接(jie)件，如(ru)門(men)(men)擋(dang)塊，這些連(lian)(lian)接(jie)件在(zai)(zai)安裝后(hou)(hou)可能仍需調整才能達到(dao)正確的(de)位置，裝配(pei)中易(yi)產生劃痕和錯誤的(de)鉆孔，鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)對于(yu)這些損傷的(de)敏感度比(bi)(bi)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料(liao)低得多。同樣，采用鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)材(cai)(cai)料(liao)，裝配(pei)后(hou)(hou)的(de)門(men)(men)框(kuang)組件也(ye)比(bi)(bi)較容易(yi)修理。基于(yu)易(yi)受損的(de)原因，門(men)(men)上(shang)部楣梁(liang)及其延伸段和下部檻(jian)梁(liang)也(ye)選擇了鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)作為(wei)結(jie)構材(cai)(cai)料(liao)，如(ru)圖(tu)10所示。A350還將鈦合(he)(he)(he)金(jin)(jin)用于(yu)機(ji)翼結(jie)構、座椅(yi)滑軌、尾錐和APU艙防火墻(qiang)等。

圖10 A350登機門(men)口框結構

3.3鈦合金在龐巴迪C系列（CS100和CS300型）飛機(ji)上的應用

作為即將服(fu)役的新機，C系列飛機鈦合金的用量達到了8%的較(jiao)高比例，C系列飛機材料使(shi)用情況(kuang)如圖11所示。

圖11 C系列飛機材(cai)料使(shi)用情(qing)況

C系列也(ye)在(zai)機(ji)(ji)身(shen)關鍵位置(zhi)采(cai)(cai)用(yong)(yong)了鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)，如發動機(ji)(ji)吊掛、平尾(wei)懸掛接頭等，中(zhong)機(ji)(ji)身(shen)后梁(liang)框(kuang)(kuang)(kuang)采(cai)(cai)用(yong)(yong)了鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)Ti－6AlV4V。鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)后梁(liang)框(kuang)(kuang)(kuang)與(yu)復合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料中(zhong)央翼盒相容(rong)性好，更重要的(de)(de)是將(jiang)鋁(lv)鋰(li)合(he)(he)(he)金(jin)后梁(liang)框(kuang)(kuang)(kuang)更改為(wei)鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)后梁(liang)框(kuang)(kuang)(kuang)后，不(bu)僅(jin)提(ti)高了材(cai)(cai)料的(de)(de)耐腐蝕性和(he)疲勞性能(neng)，根據(ju)計算還能(neng)夠減(jian)重約20kg，這是一個(ge)非常可觀的(de)(de)數據(ju)。在(zai)鋁(lv)鋰(li)合(he)(he)(he)金(jin)中(zhong)后機(ji)(ji)身(shen)和(he)復合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料后機(ji)(ji)身(shen)的(de)(de)界面中(zhong)，采(cai)(cai)用(yong)(yong)了鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)連(lian)接角材(cai)(cai)與(yu)后部復合(he)(he)(he)材(cai)(cai)料壓力隔框(kuang)(kuang)(kuang)進(jin)行連(lian)接，以避(bi)免(mian)電(dian)化腐蝕現象的(de)(de)發生(sheng)，并(bing)提(ti)高疲勞壽(shou)命。

根據(ju)高(gao)溫(wen)區需(xu)要，C系列APU防火(huo)墻(qiang)采(cai)用純鈦薄板，尾錐(zhui)(zhui)對(dui)接框采(cai)用Ti－6Al－4V厚板機(ji)加結構；航燈(deng)整流(liu)罩、進氣(qi)道穩壓室、APU消音器等也采(cai)用了鈦合(he)金；考慮(lv)強度、剛度和(he)耐沖擊性，一(yi)些重要的(de)接頭和(he)艙(cang)門擋塊等普遍選擇(ze)了鈦合(he)金材料(liao)。鈦合(he)金在(zai)C系列飛機(ji)尾錐(zhui)(zhui)上的(de)應用如圖12所(suo)示。

圖12鈦(tai)合金在C系列尾錐上(shang)的應用(yong)

3.4鈦合金緊固件在復合材料結(jie)構中的應用

隨著現代飛機復(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)用量(liang)(liang)的(de)急劇增加(jia)，鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)緊(jin)(jin)固(gu)(gu)件(jian)(jian)數量(liang)(liang)隨之大量(liang)(liang)增加(jia)。緊(jin)(jin)固(gu)(gu)件(jian)(jian)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)選(xuan)用受到飛機性(xing)能、環境、結(jie)(jie)構(gou)等(deng)多(duo)種因素的(de)影響。對于(yu)復(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)結(jie)(jie)構(gou)，其緊(jin)(jin)固(gu)(gu)件(jian)(jian)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)選(xuan)擇主要從電位(wei)和(he)(he)比強度(du)進行考慮。從電位(wei)來講，復(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)緊(jin)(jin)固(gu)(gu)件(jian)(jian)是(shi)最(zui)適(shi)合(he)的(de)，但(dan)其難以滿(man)足高強度(du)、抗疲勞等(deng)性(xing)能要求，一般只(zhi)能用于(yu)特殊部位(wei)；其次(ci)是(shi)不(bu)銹鋼，但(dan)其比強度(du)較(jiao)低，也不(bu)適(shi)合(he)大量(liang)(liang)采用。兼顧高比強度(du)和(he)(he)低電位(wei)差，鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)成為復(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)結(jie)(jie)構(gou)用緊(jin)(jin)固(gu)(gu)件(jian)(jian)的(de)最(zui)佳材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，無論是(shi)鉚(liu)(liu)釘(ding)，還是(shi)螺(luo)(luo)(luo)栓(shuan)、單面緊(jin)(jin)固(gu)(gu)件(jian)(jian)等(deng)，都(dou)大量(liang)(liang)采用鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。通常(chang)，對于(yu)復(fu)合(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)機械連接(jie)（包(bao)括螺(luo)(luo)(luo)接(jie)和(he)(he)鉚(liu)(liu)接(jie)），螺(luo)(luo)(luo)接(jie)類(lei)緊(jin)(jin)固(gu)(gu)件(jian)(jian)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)常(chang)選(xuan)用Ti－6Al－4V；鉚(liu)(liu)接(jie)類(lei)緊(jin)(jin)固(gu)(gu)件(jian)(jian)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)常(chang)選(xuan)用純(chun)鈦(tai)(tai)和(he)(he)鈦(tai)(tai)鈮(ni)合(he)金(jin)(jin)(jin)（55Ti－45Cb），原因是(shi)其能防止(zhi)電偶腐蝕和(he)(he)具有高的(de)比強度(du)，鉚(liu)(liu)接(jie)性(xing)能（延展性(xing)）也較(jiao)好。

4結束語

隨著復合材料逐漸成為(wei)民用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)(ji)(ji)機(ji)(ji)(ji)(ji)體(ti)的(de)主要材料，鈦合金(jin)在民用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)(ji)(ji)上應用(yong)(yong)的(de)百分比也(ye)(ye)逐漸增(zeng)加(jia)，鈦合金(jin)材料應用(yong)(yong)面(mian)臨著前(qian)所(suo)未有的(de)機(ji)(ji)(ji)(ji)遇(yu)。除了傳(chuan)統部位，如吊(diao)掛、起落架等結構外，也(ye)(ye)逐漸應用(yong)(yong)于(yu)大(da)開口加(jia)強結構、座椅滑軌、APU防火墻(qiang)等部位，尤其是機(ji)(ji)(ji)(ji)身、機(ji)(ji)(ji)(ji)翼上重要的(de)接頭(tou)零(ling)件和界(jie)面(mian)零(ling)件，鈦合金(jin)的(de)使用(yong)(yong)范圍在不斷地擴大(da)。

由(you)于鈦合金的(de)固有(you)屬性，導致其成本高(gao)、加工(gong)和成型相(xiang)對困難，使其在大(da)量應用(yong)方面(mian)面(mian)臨著(zhu)較大(da)的(de)挑戰。研發(fa)和利用(yong)綜合高(gao)性能的(de)鈦合金材料，提高(gao)鈦合金加工(gong)與制造工(gong)藝，是現代民用(yong)飛機的(de)發(fa)展趨勢(shi)。

作者：張(zhang)寶柱，孫潔(jie)瓊中航沈飛民用飛機有限責任公(gong)司工程研發中心(xin)

來源(yuan)：《航空工程(cheng)進展》雜志(zhi)