钛:现代工业的关键材料(二)
2024-05-09 42

在1903年12月17日,人类发明了飞机,这标志着航空航天新时代的开启。早期,飞机的制造材料以木头为主,然而,其固有的易碎、易断裂和易腐朽的缺点限制了飞机的进一步发展。随着飞机在两次世界大战中的广泛应用,对飞机性能的要求也日益严格。在这样的背景下,塑性好、强度高、易于加工且重量较轻的铝合金飞机应运而生,但铝合金在高温和磨损环境下的表现不尽如人意。

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为了克服这些局限,科学家们开始探索能够替代铝合金的材料,最终,钛以其独特的性质进入了飞机制造者的视线。钛的密度小,热强性和持久强度高,对振动和冲击载荷的裂纹扩展敏感度低,同时具有良好的耐腐蚀性。更值得一提的是,钛及其合金的强度与钢材相当,但其重量仅为钢材的57%。这些优势使得钛合金成为替代铝合金制造飞机的理想选择。

 

如今,钛合金在飞机制造中占据了举足轻重的地位。从美国的侦察机SR-71到战斗机F-22,再到太空飞机和其他多种型号的战机,钛合金的应用比例都在不断上升。其中,SR-71的钛合金质量占比高达92%,首次采用了β钛合金。而在其他机型中,如F-14、F-15、F-18大黄蜂、F-117夜鹰、B-1轰炸机和B-2轰炸机,钛的占比也都在13%至27%之间。在超音速飞机的制造中,钛的用量更是占到了95%以上。

 

钛合金的应用不仅提升了飞机的性能,还推动了航空航天技术的发展。例如,使用钛合金制造的飞机相较于铝合金可以减少约5吨的质量,从而在不改变载客量的情况下显著提升飞行速度。此外,在火箭和其他航空发动机的发展中,钛的应用也越来越广泛,通常占总重量的18%至25%。


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