為提高飛機的整體飛行性能,滿足飛機重量相對輕、壽命長、機動性能好等要求,大型客機和戰斗機管路系統的工作壓力將逐步提高,各種具有優異綜合性能的鈦合金管材必將逐步獲得廣泛應用。鑒于液壓管路系統在飛機管路系統的重要性,首先開展鈦合金管材在新飛機液壓管路系統的應用是可行的。從比強度、比剛度、耐腐蝕性和冷彎曲成形能力以及材料的成熟度考慮,采用TA18M(Ti-3Al-2.5V)鈦合金導管是目前一種較理想的選擇。
TA18M鈦合金是從TC4(Ti-6Al-4V)合金演變而來的低鋁當量近α型鈦合金,是作為可冷加工的管材應用而研制的,具有良好的冷成形和焊接性能,可以制造多種無縫管材、焊接管材和蜂窩結構,通過熱處理可以實現良好的強度和塑性匹配。該合金的室溫強度比工業純鈦高20%~50%,對缺口不敏感,在許多介質中具有良好的抗蝕性。因此,適于制造各種飛機上的導管。TA18M鈦合金管材已在美國高科技軍用和民用多種飛機上作為液壓、燃油等管路系統應用。例如,20世紀70年代中期開始作為航空導管在F-14A、F-15和波音757、767等機種上應用。TA18M導管在我國航空及民用方面也有一定的應用基礎,在我國運輸機上作為空調管路應用過,并將在航空發動機管路系統中應用。
由于TA18M鈦合金密度小,較不銹鋼管可有效減重,更可貴的是,其良好的焊接性能使后續的管端頭易于連接,而且其與復合材料結構的強度和剛度具有優良的匹配性能,可以進一步獲得很好的減重效果。因此,TA18M是目前最適合于制作先進飛機上耐高壓輕質導管的理想材料。
近年,隨著鈦合金生產技術的發展,先后開發出幾種適合于室溫下進行塑性加工的高強β型鈦合金。其中近型的Ti-15-3(名義成分為Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn)是較有應用前景的鈦合金之一,可以在固溶狀態下采用冷成形方法進行加工,其冷加工性能與工業純鈦相當,甚至比工業純鈦還好,并可以通過熱處理方法(時效)進行強化(其強度可達
1400MPa~1500MPa) , 且該合金還具有較好的焊接性能和性能均勻性,使得Ti-15-3生產成本大為降低,制件精度和性能大幅度提高,從而有力地促進了Ti-15-3在航空、航天等工業中的應用。使用該合金代替飛機上大量應用的30CrMnSiA結構鋼,可以獲得明顯的減重效果:代替某些熱成形鈦合金零件可以降低制造成本。因此,Ti-15-3合金是一種
較為理想的航空結構材料。采用該合金制造飛機零件是提高飛機結構效益和可靠性的重要措施之一。該合金特別適宜制造飛機和火箭發動機推進劑貯存箱和導管等部件,最高工作溫度為290℃。另外,高強鈦合金TA18管材在我國尚處于研制階段,目前迫切需要解決的,是如何在提高強度的同時,能夠保持足夠的塑性,以便使得后續冷彎曲和端頭加工能夠順利開展。如果能突破該制造瓶頸,估計鈦合金管材在先進飛機中的應用將大大提高。
因此,以國外先進飛機上成熟可靠使用過的、且在我國航空領域有較好應用基礎的低合金化、耐高壓鈦合金管材TA18M和Ti-15-3為切入點,開展相關耐高壓管材研究與應用的試驗驗證工作,充分發揮傳統鈦合金材料的應用潛力,完善、改進已經研制的新材料,探索和研究綜合性能更好的新型材料,形成適合我國國情的鈦合金管材材料體系,重點突破或完善相關配套工藝技術,并逐步推廣鈦合金在大客飛機及其他管路系統的應用,必將實現鈦合金管材應用研究技術在我國先進飛機上由點到面,并逐步深入與細化的大跨度發展。
相關鏈接