在航空制造發(fā)展的過程中，材料的更新?lián)Q代呈現(xiàn)出高速的更迭變換，材料和飛機(jī)一直在相互推動(dòng)下不斷發(fā)展。“一代材料，一代飛機(jī)”正是世界航空發(fā)展史的一個(gè)真實(shí)寫照。而新材料是航空技術(shù)的重要基礎(chǔ)，是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級換代和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)，成為航空工業(yè)發(fā)展中最具活力和發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。就鈦合金等航空新材料的發(fā)展應(yīng)用情況，記者日前專訪了中國科學(xué)院院士曹春曉。
　　鈦合金用量日益增加
　　記者：材料是飛機(jī)制造的基礎(chǔ)，沒有高端技術(shù)制備的新材料，航空工業(yè)發(fā)展難以達(dá)到尖端，隨著航空工業(yè)的發(fā)展和新型號的研制，航空材料的需求與以往相比有哪些變化？
　　曹春曉：隨著航空工業(yè)發(fā)展，要求材料比強(qiáng)度越來越高，性能越來越好?，F(xiàn)在復(fù)合材料和鈦合金在飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)上的用量越來越多。比如復(fù)合材料，上世紀(jì)80年代在飛機(jī)上使用的還很少，但是這些年發(fā)展迅速。最新型的波音787客機(jī)復(fù)合材料占比已經(jīng)到了50%，鈦合金到了15%，在民用飛機(jī)領(lǐng)域打破了歷史最高紀(jì)錄。而之前的波音777客機(jī)復(fù)合材料用量才10%，鈦合金用量才8%，跨度之大超乎想象。
　　復(fù)合材料和鈦合金這些材料之所以得到大規(guī)模的應(yīng)用發(fā)展，主要有兩個(gè)原因：其一是隨著材料研究及應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，材料的性能和使用可靠性越來越好；其二是隨著加工制造技術(shù)的發(fā)展，材料本身的價(jià)格也比以前大為降低。具體來說，過去使用Ti-6AI-4V（TC4）鈦合金，現(xiàn)在我們在繼續(xù)使用的同時(shí)，還研發(fā)出強(qiáng)度等性能更高的鈦合金新品種，經(jīng)過多年試驗(yàn)，飛機(jī)很多部件已開始使用這些新的鈦合金。例如，波音777客機(jī)同時(shí)使用了Ti1023、β21S、Ti153這三種牌號的β型鈦合金，這也是這三種牌號鈦合金第一次同時(shí)在民用飛機(jī)上使用?？湛虯380客機(jī)起落架使用的Ti1023鈦合金鍛件有3.2噸重，4.2米長，是目前世界上最大的鈦合金鍛件。鈦合金所具有的的獨(dú)特性能，讓其應(yīng)用前景更加廣泛。以抗炮擊能力為例，由于鈦合金的抗炮擊能力顯著優(yōu)于復(fù)合材料，美國F-22戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)合材料的用量由最初的44.7%減至現(xiàn)在的24%，而鈦合金用量則提高至41%。軍機(jī)鈦合金的使用量比民機(jī)多，也是出于增強(qiáng)戰(zhàn)斗力的考慮。此外，另一具有斷裂韌性高、疲勞裂紋擴(kuò)展速率慢等特點(diǎn)的新品種合金——高損傷容限鈦合金的出現(xiàn)，也是飛機(jī)上的鈦合金用量越來越多的重要原因。
　　從另一個(gè)角度來說，復(fù)合材料與鈦合金是“最佳伴侶”，相輔相成，互相促進(jìn)。復(fù)合材料含有碳纖維，應(yīng)用中與鋁合金之間有電位差，而隨著時(shí)間推移鋁合金會(huì)被慢慢腐蝕，降低飛機(jī)安全性能。因此，與復(fù)合材料接觸使用的鋁合金，就需由鈦合金來代替，如復(fù)合材料的緊固件等零件。這些年來復(fù)合材料應(yīng)用的大幅增加也會(huì)推動(dòng)鈦合金應(yīng)用的增加。
　　鋁合金依然不可或缺
　　記者：鈦合金和復(fù)合材料在航空中的應(yīng)用越來越廣泛，那么其他材料的發(fā)展情況又如何呢？
　　曹春曉：復(fù)合材料、鈦合金、鋁合金、鋼和高溫合金是飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)的五大候選材料，它們一直在競爭中互相促進(jìn)，優(yōu)勢互補(bǔ)，不斷發(fā)展。雖然，復(fù)合材料和鈦合金會(huì)在比強(qiáng)度、抗腐蝕性能等方面具有優(yōu)勢，但鋁合金和鋼在工藝性能和經(jīng)濟(jì)性能等方面具有優(yōu)勢。高溫合金則在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上占有公認(rèn)的首要地位。還必須指出的是，鋁合金和鋼一直在努力發(fā)展新的高性能新品種而不斷提高其競爭力。
　　因此，目前總的趨勢是復(fù)合材料和鈦合金應(yīng)用逐漸廣泛，但鋁合金和鋼依然是不可或缺的重要航空材料。目前世界上最大的航空鍛件就是鋁合金鍛件，在空客A380客機(jī)機(jī)翼上的一根梁，使用牌號為7085的鋁合金，鍛件長達(dá)6米多，重達(dá)3.9噸。

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