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鈦金屬在航空航天領域的應用

發布者：鈦金屬在航空航天領域的應用2021-04-06 09:39:54

航空航天領域用鈦大國集中在西方國家，尤其是美國，60%的鈦材都應用到這個領域。亞洲國家，日本和中國在此領域中鈦的投入量均在10%左右。但是近年來隨著亞洲航空航天的飛速發展，鈦在航空航天領域的消費量將會隨之增長。從全球角度來看，航空業對鈦市場起著決定性的作用，從歷史上看，鈦行業大的周期輪回都和航空業的冷暖密切相關。
2011年，全球鈦材產量達到14.8萬噸，其中商用航空用鈦材約6.4萬噸，未來全球經濟增長對航空運輸的需求量依然巨大，預計未來20年新增飛機需求約在3萬架左右，同時，新型飛機對鈦的需求量高于老式飛機，預計20年內商用飛機對鈦材的平均需求量將達到40噸/架；據此推算，未來20年全球商用航空領域新增鈦材需求約120萬噸，年復合增長率約17%，平均每年新增6萬噸鈦材需求，民用航空用鈦材領域將呈現快速增長。軍用航空領域也將出現新的機會；由于全球地緣政治形勢緊張，全球各國軍費開支增加，軍用航空領域也有望出現新的需求。
民用客機
鈦合金在飛機的主要用途如下：
(1)減輕結構重量、提高結構效率：先進的戰技性能(如超音速飛機)要求飛機具有比較低的結構重量系數(即：機體結構重量/飛機正常起飛重量)，而鈦合金具有強度接近中強鋼但密度小的特點，代替結構鋼和高溫合金，能大幅度減輕結構重量，同時也能節省費用；以發動機為例，有統計數據顯示，飛機發動機的質量每降低一公斤，使用費用可降低約220-440美元。
(2)符合高溫部位的使用要求：鈦合金具有耐熱性好的特點，如常用的Ti-6Al-4V能在350℃下長期工作，因此在飛機的高溫部位(如后機身等)可取代因高溫使用性能不能滿足要求的鋁合金；TC11能在500℃下長期工作，在發動機的壓氣機部位可取代高溫合金和不銹鋼。
(3)符合與復合材料結構相匹配的要求：為減輕結構重量和滿足隱身要求，先進飛機大量使用復合材料，鈦合金與復合材料的強度、剛度匹配較好，能獲得很好的減重效果。同時，由于二者電位比較接近，不易產生電偶腐蝕，因此相應部位的結構件和緊固件宜采用鈦合金。
(4)符合高抗蝕性和長壽命的要求：鈦合金具有較高的疲勞壽命和優良的耐腐蝕性能，可以提高結構的抗腐蝕能力和壽命，滿足先進飛機、發動機高可靠性和長壽命的要求。
軍事飛機
軍用武器的開發與采購不斷向著輕便、靈活方向發展，為了滿足戰斗機對戰斗性能要求，除了采用先進的設計技術外，還必須采用額性能優良的材料以及先進的工藝制造技術。大量選用鈦合金、提高先進鈦合金應用水平就是重要措施之一。自20世紀60年代以來，國外軍用飛機的鈦量逐年增加，當前歐美設計的各種先進軍用戰斗機和轟炸機中鈦合金用量已經穩定在20%以上，并且新機型的用鈦量占比正在大幅提升。

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