航空工業(yè)是金屬鈦制品的最大市場(chǎng)。據(jù)資料報(bào)道，航空航天應(yīng)用占全球鈦制品需求的30% 以上，航空工業(yè)中使用鈦合金的優(yōu)點(diǎn)很多，如使用在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的中等溫度部位時(shí)，鈦具有更高的疲勞強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，較低的彈性模量，這樣在疲勞載荷情況下能夠減少應(yīng)力。鈦合金的優(yōu)異的抗大氣腐蝕性能，能大大改善噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓縮性能。增大發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，改善推重比，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
鈦合金主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)轱w機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)骨架結(jié)構(gòu)材料，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、盤或輪轂、入口導(dǎo)向葉片及飛機(jī)機(jī)身中的蒙皮、機(jī)架、縱梁、艙蓋、龍骨、起落架梁、信號(hào)板等。
世界鈦航空市場(chǎng)概況
世界鈦航空應(yīng)用市場(chǎng)主要集中在美國(guó)、俄羅斯、歐洲等國(guó)家和地區(qū)。業(yè)內(nèi)人士分析，由于飛機(jī)的更新?lián)Q代及對(duì)節(jié)能高效機(jī)型的需求，未來(lái)航空市場(chǎng)需求將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng),需求的增長(zhǎng)主要在新興國(guó)家及地區(qū)如中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家。據(jù)空客公司最新市場(chǎng)預(yù)測(cè)稱，到2032年亞太市場(chǎng)將代替歐洲及北美，引領(lǐng)世界空中交通的發(fā)展。目前，新興市場(chǎng)中有五分之一的人每年至少坐一次飛機(jī)，而到2032年這一數(shù)字將躍至三分之二。未來(lái)20年，亞太地區(qū)的空中交通將以每年平均5.5% 的幅度增加。印度空中交通的年增長(zhǎng)率將達(dá)10% ，其次是中國(guó)和巴西，將以每年7% 的增速發(fā)展。據(jù)美國(guó)R T I報(bào)告，到2017年商業(yè)飛機(jī)機(jī)身用鈦需求將以每年12.1% 的速度增長(zhǎng)，商業(yè)飛機(jī)機(jī)身用鈦軋材的裝運(yùn)量將由2012年的5000萬(wàn)磅增至8900萬(wàn)磅。
2014年商業(yè)機(jī)身用鈦需求將由2013年的6100萬(wàn)磅增至7400萬(wàn)磅。未來(lái)每架飛機(jī)金屬使用量不斷增加，特別是新機(jī)型。預(yù)計(jì)2012-2017年，寬體式飛機(jī)金屬使用量每年增長(zhǎng)10% ，窄體式飛機(jī)金屬使用量每年增長(zhǎng)3% 。增長(zhǎng)主要體現(xiàn)在機(jī)身用鈦方面。
緊固件需求或?qū)⒃谖磥?lái)幾年達(dá)到峰值。美國(guó)兩大主要航空用鈦緊固件生產(chǎn)商之一的D ynam et公司稱，同原先設(shè)計(jì)的機(jī)型相比，新雙通道飛機(jī)，如波音787夢(mèng)幻號(hào)及空客A 350，鈦緊固件用量相對(duì)較多。
總之，縱觀世界航空市場(chǎng)的發(fā)展及變化，預(yù)計(jì)未來(lái)飛機(jī)交付量將繼續(xù)增加，發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦增長(zhǎng)放緩、飛機(jī)骨架用鈦總量繼續(xù)增加、緊固件需求將達(dá)峰值。
世界主要航空鈦材供應(yīng)商
美國(guó)A T I、精密鑄件公司（PC C ）子公司T im et、俄羅斯V SM PO -A vism a及中國(guó)的寶鈦集團(tuán)有限公司是世界主要航空用鈦材供應(yīng)商。
A T I同波音商業(yè)飛機(jī)公司存在長(zhǎng)期供貨合同。A T I稱每生產(chǎn)一架波音787，公司可獲利270萬(wàn)美元，包括鈦及其它合金的機(jī)身及發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，如鍛件、鑄件、凈成形部件及某些軋材。該公司和波音公司將長(zhǎng)期鈦材供貨合同已延長(zhǎng)至2018年，并增加了高附加值產(chǎn)品及高級(jí)合金的供貨比例，高級(jí)合金包括A T I公司研制的A T I425合金。該合金通過(guò)改進(jìn)性能和減小尺寸可實(shí)現(xiàn)降低飛機(jī)重量。
美國(guó)精密鑄件公司是一家全球綜合性復(fù)雜金屬零部件及產(chǎn)品制造商，其主要市場(chǎng)為航空航天及一般工業(yè)。2012年年底，PC C 成功收購(gòu)了美國(guó)最大的鈦軋材生產(chǎn)商鈦金屬公司（T im et）。T im et是世界上鈦熔制品和軋制品的主導(dǎo)生產(chǎn)商，也是美國(guó)最大的海綿鈦生產(chǎn)商，其產(chǎn)品主要用于航空航天市場(chǎng)，主要銷售對(duì)象是波音公司、羅羅公司等。2013年美國(guó)精密鑄件公司鈦產(chǎn)品在每架787用鈦產(chǎn)品中的收益增加1000萬(wàn)美元，且未來(lái)仍會(huì)繼續(xù)增加。
V SM PO -A vism a公司是目前世界上最大的鈦材生產(chǎn)企業(yè)之一，作為全球鈦材生產(chǎn)的領(lǐng)軍者，其鈦產(chǎn)品已占全球市場(chǎng)份額的四分之一，是為波音公司長(zhǎng)期提供鈦軋材的三大供應(yīng)商之一。目前，該公司70% 的產(chǎn)品用于出口，能夠滿足波音公司40% 、歐洲航空防務(wù)及航天公司60% 、巴西航空工業(yè)公司100% 的用鈦需求。公司擁有世界最大的75000噸水壓機(jī)，能生產(chǎn)重達(dá)3.1噸的鈦鍛件、單件重量770公斤以上的大型鑄件等。2009年，波音公司和V SM PO 建立了合資公司U BM ，兩家公司各占50% 股份，主要為波音787夢(mèng)幻號(hào)加工由V SM PO 生產(chǎn)的鈦鍛件。
V SM PO 研發(fā)的最著名的合金之一是 T i5-5-5-3（即 T i-5A l-5M o-5V -3C r），該合金被用于新A 350X W B 雙通道飛機(jī)的起落架。T i5-5-5-3也被用于波音787夢(mèng)幻號(hào)，性能相似于甚至超過(guò)起落架應(yīng)用最頻繁的T i10-2-3（T i-10V -2Fe-3A l）。
寶鈦集團(tuán)有限公司是中國(guó)最大、實(shí)力最雄厚、體系最完整的以鈦及鈦合金為主的稀有金屬材料專業(yè)化科研生產(chǎn)基地，是我國(guó)鈦工業(yè)的搖籃和旗幟，代表著我國(guó)鈦加工技術(shù)的最高水平。已通過(guò)了美國(guó)波音公司、法國(guó)宇航公司、歐洲空中客車公司、英國(guó)羅羅公司、G O O D R IC H 公司等公司的質(zhì)量體系、工藝技術(shù)及產(chǎn)品認(rèn)證和審核，可提供符合用戶要求的產(chǎn)品。
航空應(yīng)用概況
鈦材的比強(qiáng)度高且具有優(yōu)異的高溫性能及耐腐蝕性能，因而廣泛用于航空工業(yè)。鈦材最主要用于溫度高達(dá)1100F 的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)骨架部件以及一些重要的結(jié)構(gòu)件。空客A 380和波音B787使用的鈦金屬量比之前建造的商業(yè)飛機(jī)用量都多，鈦在A 350X W B 機(jī)型上的用量也較大，如表1所示。
飛機(jī)用鈦材最大單一應(yīng)用領(lǐng)域就是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。在多數(shù)現(xiàn)代噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，鈦合金部件重量約占飛機(jī)總重量的20％～ 30％，主要是飛機(jī)壓縮機(jī)部件，包括葉片、盤或者輪轂、入口導(dǎo)向葉片及外殼等。鈦是最常用的使用溫度高達(dá)1100 F（593℃）的發(fā)動(dòng)機(jī)部件材料。如20世紀(jì)80年代，日本同英、美、德等國(guó)共同研制了中型客機(jī)用V 2500發(fā)動(dòng)機(jī)，它采用了較多的鈦合金材料，具有重量輕、燃耗低、噪聲小、可靠性高等特點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇殼體為T i-6A l-4V 合金，低壓和高壓壓縮機(jī)前端的圓盤、動(dòng)翼、靜翼等均使用了鈦
材，如T i-6A l-4V 、T i-4V -4M o-2Sn-0.5Si。
鈦在飛機(jī)骨架結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用也很廣，從大型鍛造機(jī)翼結(jié)構(gòu)件、起落架裝置到小型重要緊固件、彈簧及液壓管等均使用了鈦材。如空客A 380客機(jī)起落架使用的T i1023鈦合金鍛件有3.2噸重，4.2米長(zhǎng)，是目前世界上最大的鈦合金鍛件。中國(guó)的C 919大型客機(jī)翼身組合體在核心制造技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)突破 ：首次在國(guó)產(chǎn)機(jī)型上采用激光成形件加工中央翼緣條，最大尺寸3070m m ，最大重量196kg 。預(yù)計(jì)從2004年到2024年20年間機(jī)體結(jié)構(gòu)件用鈦材將達(dá)約13.2萬(wàn)噸。
目前，在單個(gè)項(xiàng)目中最有影響的應(yīng)用的實(shí)例是T i-13V -11C r-3A l合金在SR -71“黑鳥”飛機(jī)上的應(yīng)用，其應(yīng)用部位包括機(jī)身、機(jī)翼梁和著陸架。此外，比較有影響的應(yīng)用實(shí)例還有新型潛艇攜帶的“鸕鶿”無(wú)人攻擊機(jī)，因?yàn)槠涑鋈氲耐ǖ乐饕呛Ｋ虼巳珯C(jī)為鈦合金制成，以防止腐蝕的產(chǎn)生，總起飛重量不超過(guò)4噸，可攜帶453千克的有效載荷。由于采用了鈦合金，其機(jī)體強(qiáng)度極高，可承受150英尺水深的壓力。
鈦合金所具有的獨(dú)特性能，讓其應(yīng)用前景更加廣闊。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(guó)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(lái)越多的重要原因。
結(jié)語(yǔ)
我國(guó)是世界鈦行業(yè)大國(guó)，鈦材產(chǎn)量居世界第一。但目前我國(guó)航空用鈦僅占全部需求的10% 左右，與國(guó)外相比差距很大。我國(guó)鈦生產(chǎn)企業(yè)要開拓鈦材在航空領(lǐng)域的應(yīng)用市場(chǎng)，就應(yīng)加強(qiáng)與航空應(yīng)用、研究部門合作，多研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航空用鈦材料及其產(chǎn)品，同時(shí)，加強(qiáng)生產(chǎn)管理和工藝技術(shù)水平，提高航空用鈦產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大鈦合金在我國(guó)航空工業(yè)上的應(yīng)用，提升我國(guó)航空用鈦水平，縮小與國(guó)外的差距，實(shí)現(xiàn)我國(guó)鈦材生產(chǎn)由大國(guó)向強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。可以相信，隨著我國(guó)大飛機(jī)項(xiàng)目的國(guó)產(chǎn)化戰(zhàn)略，我國(guó)鈦及鈦合金產(chǎn)業(yè)將會(huì)迎來(lái)廣闊的發(fā)展前景。
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