鈦合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用

鈦及鈦合金是極其重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，以其優(yōu)異的物理機(jī)械性能，如耐熱性高、比強(qiáng)度高、抗蝕性好等，廣泛地應(yīng)用在在航空航天。鈦合金被應(yīng)用在航空領(lǐng)域的驅(qū)動力包括：相同拉伸和疲勞強(qiáng)度下，降低航空設(shè)備重量，可替代鋼等；使用溫度可在相對較高溫度，可替代鋁合金等；化學(xué)性能穩(wěn)定，良好的耐蝕性能，可替代鋁合金部件等；與聚合物基復(fù)合材料有良好的匹配性。

以飛機(jī)為例，作為飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)和飛機(jī)發(fā)動機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料之一，鈦合金的應(yīng)用水平是衡量飛機(jī)選材先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一，是影響飛機(jī)性能的一個重要方面。

在軍機(jī)中，鈦合金用量占機(jī)體結(jié)構(gòu)重量比為20%-25%，美國第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-22上已高達(dá)41%，其應(yīng)用呈大幅度上升趨勢。航空發(fā)動機(jī)的用鈦量也在逐步增加，國外先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的鈦用量已達(dá)30%左右，例如V2500發(fā)動機(jī)的鈦用量就高達(dá)31%，第四代發(fā)動機(jī)F119的鈦合金用量為40%

另外，根據(jù)基體組織不同，鈦合金可以分為α合金、β合金以及（α+β）合金。α合金是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應(yīng)用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng)。在500℃-600℃的溫度下，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高。α合金在軍機(jī)的應(yīng)用部位主要包括前機(jī)匣殼體、航空發(fā)動機(jī)等。

β合金的室溫強(qiáng)度可達(dá)1372-1666MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。（α+β）合金是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時效使合金強(qiáng)化。高溫強(qiáng)度高，可在400℃-500℃的溫度下長期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。

在民用飛機(jī)方面，鈦合金用量也在逐步增長，A380用鈦占總重量的10%，單機(jī)用鈦材約60噸。空中客車的鈦用量已從第三代A320的4.5%增至第四代A340的6%，而即將問世的A350客機(jī)的鈦用量進(jìn)一步提高至15%。

航空用鈦材料需求量提升

航天航空裝備在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中對制空權(quán)的爭奪至關(guān)重要，根據(jù)形勢需要，中國近5年陸續(xù)制造了國產(chǎn)戰(zhàn)斗機(jī)、殲擊機(jī)、武裝直升機(jī)、大型運輸機(jī)、預(yù)警機(jī)等新型武器裝備。新形勢下，我國未來軍機(jī)增量前景仍十分廣闊。

一方面，我國軍機(jī)結(jié)構(gòu)不均衡，直升機(jī)和運輸機(jī)占比偏低，不利于我國實施海外遠(yuǎn)距離作戰(zhàn)和物資人員的快速投放，同時舊款軍機(jī)占比偏高，仍有大量的殲-7、殲-8系列戰(zhàn)機(jī)，以殲10為首的三代機(jī)占比約為三分之一，而美國三代機(jī)及以上占比高達(dá)75%。另一方面，數(shù)量上也存在差距，我國三代機(jī)及以上約500架，美國約2100架左右。

綜合參考美國三代機(jī)數(shù)量，未來10年，我國新增三代及四代戰(zhàn)機(jī)的需求預(yù)計在1000-1500架左右，屆時三代機(jī)占比約66%。

殲20空機(jī)重量15噸，按照35%的鈦合金使用率計算，生產(chǎn)300架，需求將達(dá)到1575噸，殲11空機(jī)重量16噸，按照15%的鈦合金使用率計算，按1200架計算，需求將達(dá)到2880噸。年均需求約445.5噸。考慮其他軍機(jī)需求，預(yù)計未來10年年均需求為550噸。

客機(jī)領(lǐng)域，由于追求燃油經(jīng)濟(jì)性要求機(jī)體盡可能輕量化，增加質(zhì)量輕、強(qiáng)度大的鈦合金

用量成為民航客機(jī)發(fā)展的重要趨勢。據(jù)預(yù)測，未來20年僅國內(nèi)航空運輸市場就需要干線客機(jī)5952架，平均一架客機(jī)的鈦合金需求預(yù)計在20-30噸。所以，預(yù)計未來20年對鈦合金的需求有望超過12萬噸，年均需求接近6000噸。

綜合民航和軍機(jī)兩大市場，航空領(lǐng)域?qū)Ω叨蒜伜辖鸬哪昃褂昧繉⑦_(dá)到6550噸左右。我國航空用鈦量僅占鈦合金市場10.9%，而全球航空用鈦量占鈦合金市場的43%，未來航空用鈦材料是我國鈦合金產(chǎn)業(yè)的主要增長點。

更多數(shù)據(jù)請參考前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2018-2023年中國鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景預(yù)測與投資策略規(guī)劃報告》。

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