【本文來自微信公眾號：晨源鈦業】

據國外媒體報道，英國的羅爾斯-羅伊斯公司（Rolls-Royce）簡稱羅羅公司（RR），是世界上著名的航空、汽車發動機制造公司與高檔轎制造公司，于3月制造出商標為UltraFan（超扇）的航空發動機，當下在德比工廠（Derby）內生產的是發動機模塊，首臺演示發動機計劃今年12月下線。這臺舉世無雙的超級發動機的風扇直徑3.6m，它的風扇系統是用碳纖維增強的陶瓷基復合材料與鈦合金制造的，在英國的布里斯托爾（Bristol）工廠制造，而它的傳動齒輪箱系統則在德國的達勒維茨（Darevinze）工廠加工，其傳動功率50MW。

報道稱，這臺演示發動機是新型超扇系列發動機的基礎，而該系列發動機不但可裝于窄體民機，也可為大型寬體民機提供強大的動力，與羅羅公司的******代特倫特（Trent）發動機相比，燃油效率提高25%，首次試運行，將使用****的可持續航空燃料，很可能是液氫與液氧。

公司發展至今已擁有一批******的進口設備 : 進口高精密CNC加工銑床，CNC高精密加工車床，北京精密零件加工，進口模型批量真空制作機， 高亮度uv機，噴漆房，烤漆柜，圖標文字絲印機，鐳雕激光機，噴砂機，打孔攻絲機、火花機、線切割設備等等。

超扇發動機的尖端關鍵技術采用了經過考驗的全新的******3（Advance 3）核心構架與阿利克西斯（ALECSyS）稀薄燃燒系統，不但有***高的燃燒效率，而且溫室氣體排放少，葉片用陶瓷基復合材料（CMC）制造，機罩材料為鈦合金，每架飛機質量可減輕680kg。

鈦合金在航空航天的應用

鈦合金在航空工業上的應用分為飛機結構鈦合金和發動機結構鈦合金。航天方面，鈦合金主要作為火箭、導彈及宇宙飛船等的結構、容器制造材料。飛機結構鈦合金使用溫度要求一般為350℃以下，要求具有高的比強度、良好的韌性、優異的抗疲勞性能、良好的焊接工藝性能等。發動機用鈦合金要求具有高的比強度、熱穩定性好、抗氧化、抗蠕變等性能。航天飛行器除航空用鈦合金的性能需求外，還要求能夠耐高溫、抗輻射等。

飛機鈦合金結構件主要應用部位有起落架部件、框、梁、機身蒙皮、隔熱罩等。俄羅斯的伊爾-76飛機采用高強度BT22鈦合金制造起落架和承力梁等關鍵部件。波音747主起落架傳動橫梁材料為Ti-6Al-4V，鍛件長6.20米、寬0.95米，質量達1545千克。高強高韌Ti-62222S鈦合金被用在C-17飛機水平安定面轉軸關鍵部位。F-22飛機發動機所處的后機身區域及機尾隔熱罩設計為鈦合金薄壁結構，具備良好的耐溫性能。

航空發動機方面，鈦合金材料的應用領域有壓氣機盤、葉片、鼓筒、高壓壓氣機轉子、壓氣機機匣等。現代渦輪發動機結構重量的30%左右為采用鈦合金材料制造，鈦合金的應用降低了壓縮機葉片和風扇葉片的質量，同時還延長了零部件的壽命與檢查間隔。波音747-8GENX發動機風扇葉片的前緣與尖部，采用了鈦合金防護套，在10年的服役期內僅做過3次更換。

航空用鈦合金鍛件需要經過鑄錠、制坯、模鍛、機加等過程，獲得所需要的材料組織和性能，往往用其來制造飛機骨架主承力構件和發動機轉子等。按照HB5024-1989，大型鍛件的外徑不小于500毫米。隨著飛機和發動機的發展，航空鍛件的質量要求越來越高、尺寸越來越大、形狀越來越復雜。飛機結構件外形復雜，材料利用率一般不超過10%。F-22飛機四個大型主承力加強框材料為Ti-6Al-4V ELI，模鍛件的投影面積為4.06～5.67平方米。近年來，我國航空鈦合金的專業化鍛造設備有了大幅度提升，現已經可以生產出5平方米級別的鈦合金整體鍛件。

航天飛行器在超高溫、超低溫、高真空、高應力、強腐蝕等極端條件下工作，除需要高超的結構設計技術外，還依賴材料所具有的優異特性和功能。鈦合金在制造燃料儲箱、火箭發動機殼體、火箭噴嘴導管、人造衛星外殼等方面得到了典型應用。

由于鈦合金材料優異的性能，某些航空飛行器的重點部位也采用鈦合金材料制造。如進氣道唇口是采用鈦合金材料3D打印方式制造的零件，實現了結構件與功能件的整體化設計、制造等。

航空航天工業中常用的鈦合金緊固件主要包括鉚釘、螺栓及特種緊固件等。

美國F-22飛機上使用的鈦合金緊固件有：高強鈦合金螺栓、環槽釘、光桿錐度高鎖螺栓、自夾持螺栓、鈦鈮鉚釘及粘接螺母。我國2014年首飛的國產商用大飛機C919，單機鈦合金緊固件用量達20萬件以上。鈦合金緊固件的開發和應用，為飛機結構的進一步減重提供了可能。波音747飛機緊固件以鈦代鋼后，其結構重量減輕1814千克。俄羅斯的伊爾-96飛機一架用14.2萬緊固件，以鈦代鋼后減重600千克。

鈦合金材料飛機起落架零件

鈦合金具有優異的耐腐蝕性能，其正電位與碳纖維復合材料相匹配，可有效防止緊固件的電位腐蝕。Ti45Nb合金是美國航空航天工業大量應用的鉚釘材料，該材料在退火狀態具有較好的拉伸性能和剪切強度，可替代純鈦鉚釘。Ti45Nb材料還具有較高的塑性，適合于復合材料制造用連接鉚釘。

鈦合金的分類及制造方式

在鈦合金材料命名方面，國內通常將α型鈦合金（包括近α型合金）以TA命名，β型鈦合金（包括近β型合金）以TB命名，兩相混合的α+β型鈦合金以TC命名。如應用***為廣泛的兩項混合型鈦合金Ti-6Al-4V，其對應的國內牌號為TC4。******標準GB/T3620.1-2007在1994年版本基礎上，新納入54個牌號、刪除兩個牌號，鈦及鈦合******號總數量達到76個。鈦合金的材料種類有棒材、絲材、板材、帶材、鍛件等。

經過***近三個五年計劃的材料研制，具有中國特色的新一代飛機骨干鈦合金材料已初具規模。我國自主研發的中強高損傷容限型鈦合金TC4-DT，名義成分與TC4相同，但降低了氧含量、斷裂韌度得到提高。Ti45Nb（絲材）、TA18（管材）、TB8（板材、絲材、鍛件）、TC21（鍛件）等新材料也得到了良好的應用。結合已有的TC1/TC2（板材）、TC4（鍛件、板材、絲材）和ZTC4鑄造鈦合金，形成了從低強高塑性、中強高塑性、高強高塑性、超高強鈦合金和鑄造鈦合金的完整主干材料體系。

鈦合金及其零部件的制備與加工方法主要包括真空熔煉、鍛造、機械加工、熱處理、凈近成形、焊接及表面處理。由于鈦具有高化學活性，鈦及其合金的鑄錠熔煉必須采用真空熔煉方法。鍛造變形是改變鑄鈦組織、獲得所需要的組織類型的關鍵手段。鈦合金的機械加工主要包括銑削加工、車削、鏜孔、鉆孔、攻絲等。高切削溫度、與刀具發生化學反應、彈性模量較低是鈦合金難以加工的主要原因。鈦合金的熱處理主要有退火、固溶和時效等。

近凈成形技術包括精密鑄造、等溫鍛造、粉末冶金、超塑成形/擴散連接、激光快速成形、粉末注射成形等。近凈成形是提高材料利用率、通過工藝控制可達到一定的性能和外形尺寸要求的******加工技術。******的鈦合金焊接技術有激光焊接、電子束焊接等。鈦合金對表面狀態、表面完整性非常敏感，由于其表面硬度低而易發生微動磨蝕等問題。近些年來，鈦合金表面處理技術也獲得了長足的發展。熱滲鍍、氣相沉積、三束改性、轉化膜、形變強化、熱噴涂、化學鍍、電鍍等技術發展迅速。

航空鈦合金的發展趨勢

隨著航空科技的迅速發展，面對不斷提高的國防建設要求，新一代飛機必須滿足超高速、高空、長航時、超遠航程的需求。為了提高飛機的可靠性，******飛機和發動機越來越多地增加了鈦合金等高性能材料的用量，且結構越來越復雜。因此，航空鈦合金將向著低成本、高性能的方向發展，同時不斷進行新型牌號的自主研發和新工藝的開發。

強化低成本航空鈦合金的研究

航空工業對材料的要求更加注重性能與成本的平衡，不再一味追求高性能，低成本化將貫穿選材、結構設計、制造工藝、檢測評價以及維護等產品的全生命周期，降低鈦合金成本已經是行業發展的必然趨勢。用普通的 Fe 元素替代昂貴的 Nb、Mo 和 V 等元素，以及大力發展近凈成形技術將成為降低航空鈦合金工程應用成本的兩個重點方向。

強化高性能航空鈦合金的研究

盡管鈦合金具有良好的綜合性能，但現有的航空鈦合金仍不能完全滿足航空領域對材料高性能的要求。目前高溫鈦合金實際長時使用很難突破 600℃，對于 600℃ 以上航空鈦合金的研究仍處于試驗及中試階段，與大范圍開發應用還有很大的距離。另外，阻燃鈦合金、高強高韌及損傷容限型鈦合金的批次穩定性研究及應用已成為眾多學者關注的重點。未來對于高性能航空鈦合金的研究將傾向于對現有合金進行深入挖掘，同時開發新牌號合金的研究。

加強增材制造在航空鈦合金中的應用

隨著近年來增材制造技術的發展及應用，激光增材制造鈦合金技術克服了傳統技術難以生產復雜鈦合金構件、鈦合金冷加工變形抗力大等缺點，對大型整體結構件的制造提供了新的技術途徑，且其具有與鍛件相當的力學性能，北京航空航天大學已成功研制了( 某大型轟炸機) 某發動機鈦合金加強框。航空鈦合金的增材制造技術的研究及應用將為航空鈦合金加工成形開辟一條新的******制造途徑。