民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機機體(ti)(ti)結構(gou)通常采用(yong)(yong)鈦(tai)合(he)(he)金以實現結構(gou)減重、改善疲勞壽命、提高耐腐蝕(shi)性，當(dang)代先(xian)(xian)進(jin)的(de)(de)民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機普遍提高了鈦(tai)合(he)(he)金的(de)(de)用(yong)(yong)量。從鈦(tai)合(he)(he)金的(de)(de)特點及(ji)其應用(yong)(yong)優勢出(chu)(chu)發(fa)，介紹了鈦(tai)合(he)(he)金在先(xian)(xian)進(jin)民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機機體(ti)(ti)結構(gou)中的(de)(de)應用(yong)(yong)現狀并分析(xi)原因(yin)，總結并提出(chu)(chu)了鈦(tai)合(he)(he)金在民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機機體(ti)(ti)結構(gou)上應用(yong)(yong)的(de)(de)機遇和挑戰(zhan)，為我國民(min)用(yong)(yong)飛(fei)機的(de)(de)研發(fa)和發(fa)展提供參(can)考和借鑒。

0、引言

鈦合(he)(he)金以(yi)其(qi)(qi)高(gao)比(bi)強度、耐高(gao)溫、耐腐蝕等特點，在(zai)(zai)航空(kong)領域(yu)得到了廣泛的(de)應用(yong)。隨(sui)著先進復(fu)合(he)(he)材料在(zai)(zai)民用(yong)飛(fei)機上用(yong)量的(de)逐漸增加，鈦合(he)(he)金與復(fu)合(he)(he)材料相(xiang)容性好的(de)特點使其(qi)(qi)具有了更大的(de)優勢，其(qi)(qi)在(zai)(zai)民用(yong)飛(fei)機機體結構的(de)用(yong)量也在(zai)(zai)不斷提(ti)高(gao)。以(yi)B787和A350為代表的(de)最新(xin)一(yi)代民用(yong)飛(fei)機，鈦合(he)(he)金用(yong)量分別達到15%和14%，充分體現了鈦合(he)(he)金在(zai)(zai)現代民用(yong)飛(fei)機設計領域(yu)的(de)重要性和不可替(ti)代性。

我(wo)國民用(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)設計起(qi)點較低、發展較慢(man)，鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)在(zai)機(ji)(ji)體上的(de)(de)應(ying)用(yong)還有待進一步(bu)提(ti)高。為(wei)提(ti)升我(wo)國民用(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)上鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)使用(yong)量，發揮鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)優(you)勢，進而提(ti)高飛(fei)(fei)機(ji)(ji)性(xing)能(neng)(neng)，實(shi)現減重(zhong)和(he)優(you)化，本文(wen)對(dui)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)特點、應(ying)用(yong)優(you)勢及其在(zai)現代先進民用(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)上的(de)(de)應(ying)用(yong)現狀進行分析和(he)研究，總結鈦(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)應(ying)用(yong)的(de)(de)機(ji)(ji)遇(yu)和(he)面(mian)臨的(de)(de)挑戰，為(wei)我(wo)國民用(yong)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)研制(zhi)和(he)發展提(ti)供參考(kao)和(he)借鑒，具有較高的(de)(de)實(shi)際指導意(yi)義。

1、鈦合金的主要性能特點

鈦合金(jin)是一種重(zhong)量輕、耐腐(fu)蝕的(de)(de)結(jie)構(gou)材(cai)料(liao)(liao)，比(bi)強(qiang)度(du)高(gao)；具有(you)(you)較(jiao)高(gao)的(de)(de)熔點，約為1 690°C；彈性(xing)(xing)模量相對較(jiao)低(di)，可(ke)以通(tong)過合金(jin)化和(he)(he)熱處理獲取更高(gao)的(de)(de)強(qiang)度(du)性(xing)(xing)能(neng)(neng)；具有(you)(you)很高(gao)的(de)(de)疲勞強(qiang)度(du)和(he)(he)斷裂韌性(xing)(xing)；很好(hao)的(de)(de)高(gao)溫性(xing)(xing)能(neng)(neng)；熱性(xing)(xing)能(neng)(neng)好(hao)，熱膨脹(zhang)系數比(bi)鋼低(di)，比(bi)鋁合金(jin)的(de)(de)50%還低(di)，熱傳導率低(di)；無磁性(xing)(xing)。高(gao)溫時，與其他材(cai)料(liao)(liao)具有(you)(you)很好(hao)的(de)(de)化學相容性(xing)(xing)；優越(yue)的(de)(de)耐腐(fu)蝕和(he)(he)抗氧化能(neng)(neng)力(li)，能(neng)(neng)夠降(jiang)低(di)飛機的(de)(de)運營(ying)和(he)(he)維(wei)護(hu)成(cheng)本(ben)。

制(zhi)約鈦合金應用的(de)主要問(wen)題是(shi)其(qi)密度(du)比鋁(lv)合金大、成本(ben)也相對較高（大約是(shi)鋁(lv)或鋼的(de)7倍）。

2、鈦合金(jin)的應用優勢

民(min)用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)(ji)上大量應用(yong)鈦(tai)(tai)(tai)合金的一個(ge)重(zhong)要(yao)推(tui)動(dong)力是結構(gou)(gou)減(jian)重(zhong)，減(jian)重(zhong)效果(guo)直(zhi)接決定飛(fei)機(ji)(ji)(ji)綜(zong)合成(cheng)本(ben)的高(gao)低。鈦(tai)(tai)(tai)合金比(bi)同等強(qiang)度的鋼的密(mi)度低40%，用(yong)鈦(tai)(tai)(tai)合金代替鋼和鎳基合金甚至高(gao)強(qiang)度鋼時(shi)，能夠大量減(jian)重(zhong)。例(li)如，在(zai)某些情況，用(yong)鈦(tai)(tai)(tai)合金Ti－6Al－4V代替鋼用(yong)于發動(dong)機(ji)(ji)(ji)風扇、壓(ya)氣機(ji)(ji)(ji)盤及葉片等可(ke)減(jian)重(zhong)30%；用(yong)Ti－10V－2Fe－3Al代替30CrMnSiA鋼，零件可(ke)以(yi)減(jian)重(zhong)40%左(zuo)右。采用(yong)超(chao)塑性成(cheng)形及擴散(san)聯接技術（SPF／DB）的鈦(tai)(tai)(tai)合金結構(gou)(gou)應用(yong)廣泛(fan)，例(li)如A300、A310／320的前緣(yuan)縫(feng)翼(yi)收放(fang)機(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)外罩，可(ke)減(jian)重(zhong)10%；A330、A340機(ji)(ji)(ji)翼(yi)檢修口蓋、駕駛艙頂蓋、縫(feng)緣(yuan)傳動(dong)機(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)等減(jian)重(zhong)達到46%，經濟效益顯著。

民(min)用(yong)(yong)飛機(ji)(ji)機(ji)(ji)體結構(gou)使用(yong)(yong)鈦合(he)金的(de)另一優勢是(shi)突破體積(ji)限(xian)制(zhi)。當結構(gou)載荷比較高(gao)、采(cai)(cai)用(yong)(yong)鋁(lv)合(he)金又受到結構(gou)空(kong)間限(xian)制(zhi)時，強度較高(gao)的(de)鈦合(he)金成為(wei)(wei)較理想的(de)材(cai)料。波音飛機(ji)(ji)上采(cai)(cai)用(yong)(yong)非常(chang)大(da)的(de)鈦合(he)金鍛件以降低結構(gou)體積(ji)，例如(ru)波音757和747的(de)起落架(jia)梁(liang)。起落架(jia)是(shi)連(lian)接起落架(jia)梁(liang)和機(ji)(ji)翼后梁(liang)之間的(de)部件，雖然鋁(lv)合(he)金成本低，可以作為(wei)(wei)備選材(cai)料，但是(shi)由(you)于(yu)操穩載荷高(gao)，鋁(lv)合(he)金需要做(zuo)得非常(chang)大(da)而難(nan)以包在機(ji)(ji)翼內，故選用(yong)(yong)鈦合(he)金則更為(wei)(wei)適合(he)。

較高(gao)的(de)(de)工作溫度也是鈦合(he)金(jin)的(de)(de)一大優(you)勢。傳統鋁合(he)金(jin)僅能適用于130～150℃，在高(gao)溫區域，采用鈦合(he)金(jin)更(geng)適宜，可以(yi)提高(gao)結構(gou)效(xiao)率。鋼(gang)和鎳(nie)基合(he)金(jin)也可以(yi)選用，但是這(zhe)兩種材料(liao)密(mi)度都比(bi)鈦合(he)金(jin)大。發動(dong)機支持結構(gou)，如B787吊掛結構(gou)和輔(fu)助動(dong)力裝(zhuang)置（APU）區域等，將溫度作為設計的(de)(de)主要考慮因素。

鈦合金(jin)(jin)具有優(you)良的(de)耐腐蝕(shi)性，使其在腐蝕(shi)嚴重區(qu)域(yu)得以(yi)大量應(ying)用。實際上(shang)鈦合金(jin)(jin)在民用飛機運營環境中，幾乎不(bu)會發(fa)生腐蝕(shi)現象。在易腐蝕(shi)區(qu)域(yu)，如位(wei)于廚(chu)房和盥(guan)洗室下的(de)地(di)板(ban)支持結構，鈦合金(jin)(jin)可取代鋁合金(jin)(jin)用于連接座椅和地(di)板(ban)。 

隨著(zhu)碳纖(xian)維復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)（CFRP）的(de)(de)廣(guang)泛使(shi)用，鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)與(yu)(yu)碳纖(xian)維復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)相容性好的(de)(de)特點成為其(qi)大(da)量使(shi)用的(de)(de)重要原因(yin)。鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)和CFRP之間(jian)存在(zai)(zai)有較(jiao)大(da)的(de)(de)電(dian)(dian)位差，將導致嚴重的(de)(de)電(dian)(dian)化(hua)學腐蝕，盡(jin)管可以采取增加玻璃布(bu)等(deng)保護措施來隔離鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)和碳纖(xian)維，但表面涂(tu)層的(de)(de)任(ren)何破(po)損都將導致鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)快速腐蝕。對于關鍵結(jie)構(gou)(gou)，很(hen)難檢查或替(ti)換，為避免電(dian)(dian)化(hua)學腐蝕的(de)(de)出現(xian)，應(ying)優先選用鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)這(zhe)一(yi)特性，也(ye)使(shi)其(qi)在(zai)(zai)鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)與(yu)(yu)復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)結(jie)構(gou)(gou)之間(jian)的(de)(de)界面中，得(de)到大(da)量應(ying)用。與(yu)(yu)鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)相比，鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)能(neng)夠提高(gao)結(jie)構(gou)(gou)壽命60%。而且其(qi)熱膨脹系數低，當與(yu)(yu)CFRP結(jie)構(gou)(gou)連(lian)接在(zai)(zai)一(yi)起時，能(neng)夠降(jiang)低高(gao)熱載。

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

3.1鈦合金(jin)在波(bo)音系列飛(fei)機上的應用

鈦合(he)金(jin)在波(bo)音系列飛(fei)(fei)機(ji)上的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)，是隨(sui)著(zhu)(zhu)鋁合(he)金(jin)和鋼用(yong)(yong)量的(de)(de)減少(shao)而逐步增加的(de)(de)，B777飛(fei)(fei)機(ji)鈦合(he)金(jin)的(de)(de)用(yong)(yong)量為7%，由(you)于復合(he)材(cai)料的(de)(de)全面使(shi)用(yong)(yong)，鈦合(he)金(jin)在B787飛(fei)(fei)機(ji)上的(de)(de)用(yong)(yong)量達到了創(chuang)紀錄的(de)(de)15%，這標志著(zhu)(zhu)鈦合(he)金(jin)在現(xian)代復合(he)材(cai)料民用(yong)(yong)飛(fei)(fei)機(ji)中的(de)(de)重(zhong)要(yao)作用(yong)(yong)逐漸顯現(xian)出來。波(bo)音系列飛(fei)(fei)機(ji)材(cai)料比例如(ru)圖1所(suo)示，鈦合(he)金(jin)的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)比例隨(sui)著(zhu)(zhu)每一個重(zhong)要(yao)商業飛(fei)(fei)機(ji)的(de)(de)產(chan)生(sheng)而增加。

圖1波音系列飛機材料比例

3.1.1鈦(tai)合金(jin)在(zai)B777上的(de)應(ying)用

在B777上，鈦(tai)(tai)合金主要應用于(yu)早期CFRP結構，來(lai)避免采用鋁合金造成的電(dian)化(hua)腐蝕，大幅(fu)度提高了(le)飛機(ji)的損(sun)傷容(rong)限(xian)。將(jiang)Ti－10V－2Fe－3Al鈦(tai)(tai)合金應用于(yu)B777的主起落(luo)架轉(zhuan)向(xiang)架梁上，單個鈦(tai)(tai)合金鍛件(jian)重量(liang)當(dang)時達到了(le)最大。這一設(she)計減重幅(fu)度非常(chang)大，與(yu)高強度鋼的起落(luo)架部件(jian)相連接(jie)，沒有產生典型(xing)的腐蝕和表面損(sun)壞(huai)。另一個主要進步是(shi)，B777選擇了(le)β－21S鈦(tai)(tai)合金用于(yu)發動機(ji)塞(sai)、整(zheng)流罩(zhao)和噴(pen)嘴等熱結構，其高抗(kang)氧化(hua)性(xing)大幅(fu)度降(jiang)低了(le)排氣部件(jian)的重量(liang)。

3.1.2鈦合金在(zai)B787上的應用

鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在B787上的使用(yong)比例(li)為破紀錄的15%。一方面(mian)是傳統部位(wei)的采用(yong)，如吊掛、起落架結構(gou)等；另一方面(mian)，由于B787飛(fei)機復合(he)(he)材(cai)料(liao)用(yong)量的大幅增(zeng)加以及鈦(tai)合(he)(he)金(jin)與復材(cai)相容性好的特點(dian)，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在某些部位(wei)也取代了鋁合(he)(he)金(jin)。

吊(diao)掛(gua)是(shi)飛機的(de)(de)關鍵部(bu)件，B787在其吊(diao)掛(gua)結(jie)構上(shang)采(cai)用(yong)了新(xin)型的(de)(de)Ti－5Al－5V－5Mo－3Cr近(jin)β型合(he)金，具有(you)較高的(de)(de)強度，靜強度優于(yu)傳統的(de)(de)Ti－6Al－4V，主要應(ying)用(yong)于(yu)比較重要的(de)(de)上(shang)連桿和吊(diao)掛(gua)接頭結(jie)構，側連桿則(ze)采(cai)用(yong)了普通的(de)(de)Ti－6Al－4V，既滿(man)足傳力要求(qiu)，又能滿(man)足運(yun)營溫度要求(qiu)。鈦合(he)金在B787吊(diao)掛(gua)結(jie)構上(shang)的(de)(de)應(ying)用(yong)如圖2所示。

圖2鈦(tai)合(he)金在B787吊掛結構上的應用

B787機身為全復合材料結(jie)構(gou)，包(bao)括機身蒙皮、長(chang)桁、普通框(kuang)和剪切角片等。而(er)在(zai)載荷復雜的中機身，所有側(ce)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(jie)構(gou)以承受高載，B787中機身框(kuang)結(jie)構(gou)如圖3所示。

圖3 B787中機身框結構

B787大開(kai)口加強(qiang)結構(gou)(gou)中(zhong)的加強(qiang)框，采(cai)用了Ti－6Al－4V桿狀鍛件機加結構(gou)(gou)。相比于(yu)復(fu)合(he)(he)材料框，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)具(ju)有良好的抗(kang)沖擊性(xing)，可以避(bi)免旅客、貨物(wu)對門框意外(wai)撞擊造(zao)成損傷。相比于(yu)鋁合(he)(he)金(jin)，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)不僅與復(fu)合(he)(he)材料機身壁板(ban)具(ju)有很好的相容性(xing)，結構(gou)(gou)效率也要(yao)高出很多，能夠(gou)更好的對大開(kai)口進行加強(qiang)，并在一定程(cheng)度上降(jiang)低結構(gou)(gou)高度，節省內部空間。為避(bi)免腐蝕，B787座(zuo)椅滑軌也采(cai)用了鈦(tai)合(he)(he)金(jin)擠壓型材。

B787的其他關(guan)鍵部(bu)位，尤其是(shi)與復合(he)材料外翼前后梁連(lian)接的各類接頭，普遍采用了鈦(tai)合(he)金。包括與發動(dong)機吊掛連(lian)接的接頭、與主起落架連(lian)接接頭，襟翼滑軌接頭、機翼梁接頭等，部(bu)分接頭零件的選材情(qing)況如圖4所示。

圖4與(yu)B787機翼(yi)連(lian)接(jie)的部分鈦合金接(jie)頭

3.2鈦(tai)合金(jin)在空客飛機上的(de)應用

鈦合(he)金在(zai)空客系(xi)列飛機上的(de)使用(yong)(yong)量(liang)(liang)一直(zhi)比較穩定，低于鋼(gang)的(de)用(yong)(yong)量(liang)(liang)。隨著(zhu)復(fu)合(he)材料(liao)用(yong)(yong)量(liang)(liang)的(de)逐(zhu)漸(jian)(jian)增加，鋼(gang)的(de)用(yong)(yong)量(liang)(liang)逐(zhu)漸(jian)(jian)減少(shao)，在(zai)A350飛機上復(fu)合(he)材料(liao)用(yong)(yong)量(liang)(liang)達到(dao)了52%，鈦合(he)金也超過了鋼(gang)的(de)用(yong)(yong)量(liang)(liang)，達到(dao)了14%，如(ru)圖5所示(shi)。

圖5 空客(ke)系列飛機結(jie)構材料的比例

3.2.1鈦合金在A380飛機(ji)上的應用

A380是(shi)目前世界上最大的(de)民(min)用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)，以(yi)鋁合金(jin)(jin)為主(zhu)要材(cai)料。A380的(de)選材(cai)和設計代(dai)表著先進民(min)用(yong)飛(fei)機(ji)(ji)選材(cai)和設計的(de)趨勢。相較于以(yi)往機(ji)(ji)型(xing)，A380鈦(tai)合金(jin)(jin)的(de)使用(yong)比例沒有(you)明顯增加，但由(you)于機(ji)(ji)身整體(ti)重(zhong)量大，鈦(tai)合金(jin)(jin)的(de)總用(yong)量是(shi)相當大的(de)。在(zai)機(ji)(ji)身的(de)關鍵部位，都采用(yong)了鈦(tai)合金(jin)(jin)，尤(you)其(qi)是(shi)重(zhong)要的(de)連(lian)接(jie)位置。A380飛(fei)機(ji)(ji)鈦(tai)合金(jin)(jin)分布情況如圖6所示，主(zhu)起(qi)落架采用(yong)Ti－10V－2Fe－3Al，每件(jian)重(zhong)量達(da)3 120kg。

圖6 鈦合金在A380飛機上(shang)的主要分(fen)布

空中客車公司第一次采(cai)用(yong)全鈦設計了A380吊(diao)掛(gua)的(de)(de)主(zhu)要(yao)結(jie)構。主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)最(zui)常(chang)用(yong)的(de)(de)鈦合金Ti－6Al－4V，如圖7所(suo)示，其在β退(tui)火(huo)狀態下具有最(zui)大的(de)(de)斷裂韌性和最(zui)小的(de)(de)裂紋增(zeng)長速度，使得(de)吊(diao)掛(gua)的(de)(de)疲勞性能(neng)得(de)到較大改善。

圖7鈦(tai)合金在A380吊掛結構上的應用(yong)

此外，在(zai)A380上第一次采(cai)用(yong)了(le)新型鈦合金(jin)(jin)(jin)VST55531，這種(zhong)新的(de)鈦合金(jin)(jin)(jin)是空中客車公司與(yu)俄羅斯制造商共同研發的(de)，能夠為設計(ji)者(zhe)提供良(liang)好的(de)斷裂(lie)韌性和較高強度的(de)綜合性能匹(pi)配。該合金(jin)(jin)(jin)目前用(yong)于A380飛機機翼和掛架之間(jian)的(de)連接件，進一步的(de)應用(yong)還(huan)在(zai)研究之中。

3.2.2鈦合(he)金在A350XWB飛機上的應用(yong)

A350XWB是目(mu)前世界上除B787以(yi)外應用復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)材料(liao)最多的(de)(de)機型。由(you)于鈦合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)與復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)材料(liao)良好的(de)(de)相容性，鈦合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)用量(liang)往往隨著復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)材料(liao)用量(liang)的(de)(de)增加而增加。2005年，A350計劃采用40%的(de)(de)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)材料(liao)和9%的(de)(de)鈦合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)；2007年，迫于B787的(de)(de)壓力，A350XWB將復(fu)(fu)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)材料(liao)用量(liang)增加到(dao)了52%，相應地，鈦合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)用量(liang)也增加到(dao)了14%，如(ru)圖8所示，兩種材料(liao)的(de)(de)百分比基本(ben)與B787持平。

圖8 A350（XWB）鈦合金用量隨(sui)復(fu)合材(cai)料用量的變化(hua)

與A380相似(si)，A350XWB飛機將鈦合金(jin)(jin)(jin)(jin)應用于吊掛主結構，并增加了(le)起落(luo)架(jia)結構鈦合金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)用量，在活塞、轉向架(jia)、扭力(li)臂和側(ce)撐桿等部位也都采用了(le)鈦合金(jin)(jin)(jin)(jin)（如圖9所示）。事實(shi)證明鈦合金(jin)(jin)(jin)(jin)具有很好的(de)耐高溫(wen)、耐腐蝕性(xing)能，采用鈦合金(jin)(jin)(jin)(jin)實(shi)現了(le)減重，提供了(le)較高的(de)可靠性(xing)和較低的(de)維護費用。

圖9 鈦合(he)金在A350XWB吊掛與起落架上(shang)的應(ying)用

由于大范圍(wei)使用復合(he)(he)材(cai)(cai)料，而鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)與復合(he)(he)材(cai)(cai)料的(de)(de)相容性比鋁合(he)(he)金(jin)(jin)好，在(zai)A350XWB飛機上(shang)(shang)，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)很多結(jie)構上(shang)(shang)代替(ti)了傳統鋁合(he)(he)金(jin)(jin)，典(dian)型的(de)(de)如(ru)門加強框。空客認(ren)為，選(xuan)擇(ze)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)主(zhu)要原因是門框上(shang)(shang)存在(zai)大量的(de)(de)連接(jie)件，如(ru)門擋塊，這(zhe)些(xie)連接(jie)件在(zai)安裝后(hou)可能仍需調整(zheng)才能達到(dao)正(zheng)確(que)的(de)(de)位置，裝配(pei)中(zhong)易產生劃(hua)痕(hen)和(he)錯(cuo)誤的(de)(de)鉆(zhan)孔，鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)對(dui)于這(zhe)些(xie)損(sun)傷的(de)(de)敏感(gan)度(du)比復合(he)(he)材(cai)(cai)料低得多。同(tong)樣，采用鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)材(cai)(cai)料，裝配(pei)后(hou)的(de)(de)門框組(zu)件也比較容易修(xiu)理。基于易受損(sun)的(de)(de)原因，門上(shang)(shang)部(bu)楣梁(liang)及其延伸(shen)段和(he)下部(bu)檻梁(liang)也選(xuan)擇(ze)了鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)作為結(jie)構材(cai)(cai)料，如(ru)圖10所示。A350還將鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)用于機翼(yi)結(jie)構、座椅滑軌、尾(wei)錐和(he)APU艙防火墻等(deng)。

圖10 A350登機門口框結構

3.3鈦合金在(zai)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(xin)機(ji)，C系列(lie)飛機(ji)鈦(tai)合金的用量達到了8%的較高比例，C系列(lie)飛機(ji)材料(liao)使用情況如圖11所示。

圖(tu)11 C系(xi)列飛機材料使用(yong)情況

C系列也(ye)在機身(shen)(shen)關鍵位置采用了鈦合(he)金(jin)(jin)，如發(fa)(fa)動機吊掛、平尾(wei)懸掛接頭等，中機身(shen)(shen)后(hou)梁框采用了鈦合(he)金(jin)(jin)Ti－6AlV4V。鈦合(he)金(jin)(jin)后(hou)梁框與(yu)復合(he)材料中央(yang)翼盒(he)相(xiang)容性(xing)好，更重要的(de)(de)是將鋁鋰(li)合(he)金(jin)(jin)后(hou)梁框更改為(wei)鈦合(he)金(jin)(jin)后(hou)梁框后(hou)，不僅提(ti)高了材料的(de)(de)耐腐(fu)蝕性(xing)和疲勞(lao)性(xing)能，根(gen)據(ju)計算還能夠減重約20kg，這(zhe)是一個非常(chang)可觀的(de)(de)數據(ju)。在鋁鋰(li)合(he)金(jin)(jin)中后(hou)機身(shen)(shen)和復合(he)材料后(hou)機身(shen)(shen)的(de)(de)界面中，采用了鈦合(he)金(jin)(jin)連(lian)接角材與(yu)后(hou)部復合(he)材料壓力隔框進行連(lian)接，以避免電化腐(fu)蝕現(xian)象的(de)(de)發(fa)(fa)生(sheng)，并提(ti)高疲勞(lao)壽命(ming)。

根據高溫(wen)區需要，C系列(lie)APU防火墻采用純鈦(tai)薄板(ban)，尾(wei)錐(zhui)對接框(kuang)采用Ti－6Al－4V厚板(ban)機(ji)加結構；航燈整流罩、進(jin)氣道穩壓室(shi)、APU消音器等(deng)也采用了鈦(tai)合(he)金；考慮強度、剛度和耐沖擊性，一些重要的(de)接頭和艙(cang)門(men)擋塊等(deng)普(pu)遍選擇了鈦(tai)合(he)金材料。鈦(tai)合(he)金在C系列(lie)飛機(ji)尾(wei)錐(zhui)上的(de)應(ying)用如圖(tu)12所示(shi)。

圖(tu)12鈦(tai)合金(jin)在(zai)C系列尾錐上的應用

3.4鈦合金緊固件在復合材料結構(gou)中的應用(yong)

隨著(zhu)現代飛機復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)用(yong)量的(de)(de)(de)急劇增加(jia)，鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)金緊(jin)(jin)固(gu)件數(shu)量隨之大(da)(da)量增加(jia)。緊(jin)(jin)固(gu)件材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)選(xuan)用(yong)受到飛機性(xing)能、環(huan)境、結構等多種因(yin)素的(de)(de)(de)影(ying)響。對(dui)于復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)結構，其緊(jin)(jin)固(gu)件材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(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)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)緊(jin)(jin)固(gu)件是(shi)(shi)最適合(he)(he)(he)的(de)(de)(de)，但其難以滿足高強度(du)、抗疲(pi)勞等性(xing)能要求，一般只(zhi)能用(yong)于特殊部(bu)位(wei)；其次是(shi)(shi)不銹(xiu)鋼，但其比強度(du)較低，也不適合(he)(he)(he)大(da)(da)量采用(yong)。兼顧高比強度(du)和(he)(he)低電位(wei)差，鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)金成為(wei)復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)結構用(yong)緊(jin)(jin)固(gu)件的(de)(de)(de)最佳材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，無論(lun)是(shi)(shi)鉚(liu)釘，還是(shi)(shi)螺(luo)栓、單面(mian)緊(jin)(jin)固(gu)件等，都大(da)(da)量采用(yong)鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)金材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)。通常，對(dui)于復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)機械(xie)連接(jie)(jie)（包括螺(luo)接(jie)(jie)和(he)(he)鉚(liu)接(jie)(jie)），螺(luo)接(jie)(jie)類(lei)緊(jin)(jin)固(gu)件材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)常選(xuan)用(yong)Ti－6Al－4V；鉚(liu)接(jie)(jie)類(lei)緊(jin)(jin)固(gu)件材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)常選(xuan)用(yong)純(chun)鈦(tai)(tai)和(he)(he)鈦(tai)(tai)鈮合(he)(he)(he)金（55Ti－45Cb），原因(yin)是(shi)(shi)其能防(fang)止電偶腐(fu)蝕和(he)(he)具有高的(de)(de)(de)比強度(du)，鉚(liu)接(jie)(jie)性(xing)能（延(yan)展性(xing)）也較好。

4結束語

隨著(zhu)(zhu)復(fu)合材料(liao)(liao)逐(zhu)漸成為民用(yong)飛機(ji)機(ji)體的主要材料(liao)(liao)，鈦(tai)合金(jin)在民用(yong)飛機(ji)上(shang)應(ying)用(yong)的百分(fen)比也逐(zhu)漸增加，鈦(tai)合金(jin)材料(liao)(liao)應(ying)用(yong)面臨著(zhu)(zhu)前所未有的機(ji)遇。除了(le)傳(chuan)統部位，如(ru)吊掛、起落架等(deng)結構外，也逐(zhu)漸應(ying)用(yong)于大(da)開口加強(qiang)結構、座(zuo)椅(yi)滑軌、APU防火(huo)墻(qiang)等(deng)部位，尤其是機(ji)身、機(ji)翼上(shang)重要的接頭零(ling)件和界面零(ling)件，鈦(tai)合金(jin)的使用(yong)范圍在不斷(duan)地擴大(da)。

由于鈦合金(jin)的固有屬性(xing)，導致其(qi)成本高、加工和成型相對困難，使其(qi)在大量(liang)應(ying)用(yong)方面面臨著較(jiao)大的挑(tiao)戰。研(yan)發(fa)和利(li)用(yong)綜合高性(xing)能(neng)的鈦合金(jin)材料，提高鈦合金(jin)加工與(yu)制(zhi)造工藝，是(shi)現代民用(yong)飛機的發(fa)展趨勢。

作者：張寶柱(zhu)，孫潔瓊中航沈飛民(min)用飛機有限責任公(gong)司工(gong)程研發中心

來源：《航(hang)空工程進展》雜志