钛的生产及航空航天用途简介

自1948年美国开始海绵钛的工业化生产、1951年生产出钛加工材以来，钛首先用于飞机上。1954年用于J57航空发动机，该发动机装于B-52战略轰炸机上。其后的一段时期，美国生产的钛材基本上用于军事工业，尤其以航空为主。20世纪60年代以后，才逐步扩大民用领域的用钛比例。现在，美国军工用钛的比例已远低于包括民用航空在内的民用比例。但由于钛的总产量已比以前有大幅度增加，实际上军工用钛的数量比以前高得多。

钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一，美国自20世纪80年代以后设计的各种先进军用战斗机和轰炸机中，钛的用量已在20％（质量分数）以上。如第三代F-15战斗机的钛合金用量占27％（质量分数），而第四代F-22战斗机的钛合金用量占41％（质量分数），详见表5-16。

表5-16 美国各种飞机中不同材料所占比例（质量分数

F-22战斗机是美国洛克希德公司、波音公司和通用动力公司设计的战术战斗机是目前世界上具有代表性的第五代战斗机。它首次将隐身、高机动性和敏捷性、不加力超音速巡航等特性融于一体，作为美国空军2000年以后的主力制空机种。在选材方面主要考虑的因素有：非常规机动带来的减重要求；抗超音速巡航导致的持续升温要求由隐身引出的对应用吸波材料的要求等。各种材料的结构质量比例见表5-17。

表5-17 F-22材料结构质量比例（质量分数

可以看出，设想的钛合金用量比例为15.9％（质量分数），而进入工程制造和发展阶段，钛合金的比例已提高到41％（质量分数）。F-22主要使用了两种钛合金：Ti-62222（Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo）和Ti-6Al-4V。Ti-6Al-4V有锻造和铸造两种产品形式Ti-6Al-4VELI合金在β退火条件下使用。另外，还使用了Ti-6Al-4V液压导管；Ti-62222仅有锻造产品形式。在F-22的后机身段，钛的结构质量达55％，多为耐热钛合金，其中也采用了Ti-6Al-4V ELI。怀曼戈登公司提供了发动机舱隔框。隔框为整体式Ti-6Al-4V锻件。该锻件长3.8m，宽1.7m，重1590kg，投影面积大于5m²。复杂的中机身段30％为钛合金，有4个锻造的钛合金整体式力框，其中最大的重2770kg，投影面积5.53 m²，也是由怀曼戈登公司提供的。机翼结构中钛合金占42％（质量分数），主翼梁由钛合金锻件切削而成。F-22中一个创新点是用钛合金制造主承力结构的复杂零件采用热等静压技术，用一个复杂形状的铸件代替多零件的组装件，如副翼、襟副翼、方向舵制动器壳体、机体上连接机翼与机身的侧向接头及进气口框架。F-22的发动机（F119）上还采用了美国新发展的阻燃钛合金Alloy C，用于高压压气机机匣、加力燃烧室筒体及尾喷管上。(www.xing528.com)

对于舰载飞机，要求使用的材料：具有良好的综合性能，即具有高的疲劳强度和断裂韧度；具有防盐雾、潮湿及霉菌的能力；隐身性。表5-18为F／A-18系列的材料分布。

表5-18 F／A-18系列飞机材料分布（质量分数

在F／A-18中，钛合金主要用于飞机的承力框纵梁、翼根和尾部机构等关键部位所用钛合金主要有Ti-6Al-4V和Ti-15-3（Ti-15Mo-3Al-3Sn-3Cr）。机身和机翼接头均采用β退火的Ti-6Al-4V铸件。另外，为降低成本，提高材料利用率，着陆拦阻钩支架接头及发动机安装架还采用热等静压的Ti-6Al-4V粉末冶金件制造。

联合攻击战斗机（JSF）是一种低成本、多用途战术攻击战斗机，将取代美国空军现役的F-16C和A-10、海军的F／A-18E／F、海军陆战队的F／A-18和AV-8B等机型，与F-22一起构成新一代战斗机的高、低搭配。目前，波音公司和洛克希德马丁公司已分别完成了X-32和X-35验证机的研制工作。JSF订单已超过3000架，估计其总用钛量可达55000t。将来JSF的订单可能达到6000架。

V-22是美国贝尔直升机公司为海军陆战队研制的运输型倾转旋翼机，具有直升机能垂直起降、悬停等飞行优点，又增加了固定翼飞机高速飞行与远航程的优点。有MV-22突击运输型、HV-22战斗搜索和救援型、CV-22远程作战型和SV-22反潜型等多种型号。V-22倾转旋翼机是能与喷气发动机或直升机的发明相媲美的技术。其中风挡密封框架、发动机短舱主结构、主防火墙等使用了钛合金，而作为转子系统、发动机主要支承件的转动接头，则由Howmet公司用一个整体钛铸件取代了原有的43个元件和536个紧固件。