C919使用钛合金吗(C919为何大量使用钛合金)

开头

C919作为中国首款自主研发的大飞机,是值得我们国人骄傲的。

先不管它的零件是不是大多数从采购国外的,但有一点就可以吊打国外。

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那就是C919飞机上的钛合金用量,达到机身结构重量的9.3%,远超过同级别中波音 737的4%和空客A320的4.5%。

而且这次完全是纯国产化的钛合金材料,让我们看到了国产大飞机背后中国制造的强大实力。

那么钛合金用量多,究竟会带来怎样的重大意义?

钛历史

说起钛的发现,要从1791年讲起。

当时英国有个业余矿物学家,名叫格雷戈尔,有一次他在散步的时候,发现在小溪旁竟然有一些黑色的沙子,而且那些沙还会被磁铁吸引。

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当时他就觉得非常稀奇,于是把它们带到了实验室,经过一番研究后发现,这些沙子里面有两种金属氧化物;一种是氧化铁,另外一种是他无法辨识的白色金属氧化物。

尽管他查阅了很多书籍,但依然无法找到答案。

4年后,也就是1795年,普鲁士化学家克拉普罗特,在匈牙利的金红石中也发现到这种氧化物。

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他觉得这应该是一种新元素,于是就以希腊神话中的泰坦(Titans)为其命名,也就是我们常说的钛。

但是这种并不是纯钛,而是钛的氧化物,想要得到金属钛并不是一件容易的事,不仅非常的耗时耗力,而且价格还非常昂贵。

直到1910年,情况才发生了变化。

当时美国一个名叫马修亨特的哥们,对技术十分钻研,为了解决一个难题需要生产钛,但如何操作一时半会也不知道怎么弄好。

于是他天天带着一个大罐子到处做实验,有一次将四氯化钛和钠放到一起,并加热到700-800摄氏度。

神奇的一幕出现,最终得到了纯度为99.9%的纯钛,但仅仅只有1克,而且还是实验室阶段。

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又过了几十年,科学家威廉克罗尔改良了马修亨特的实验,使用更加便宜的镁来还原钛,可以得到几十公斤的纯钛。

到了二战结束的时候,随着科技的不断发展,人们想要造出一些非常坚固同时又轻巧的飞行器,但是用什么材料好呢?

在一顿寻找操作后,最终科学家们把目光转移到克罗尔所弄的钛上面。

钛的优点太多了,不仅质量轻强度又高,而且还耐高温。但另外一个问题来了,是使用纯钛好,还是使用钛合金好呢?

纯钛是一种银白色金属,通常含钛量在99%以上,其余为一些杂质。

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而钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金,如铝、镍、铬、铜等。通过这些元素的加持,最终能获得更高的强度、耐蚀性和抗高温性能。

这么看来,钛合金确实比纯钛好,因此也被各种飞行器所采用。

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比如美国著名的SR71黑鸟侦察机,93%机身使用了钛合金后,速度可达到3马赫,曾数千次侦察他国情报,让上百枚地空导弹成为空弹,却从未被击落。

中国生产钛

虽然钛合金优点颇多,但制造工艺较为复杂,如果任何一个环节出现问题,那么就直接报废。

所以目前只有几个工业大国才能够制造,中国这次的国产C919就是一个强有力的证明。

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值得一提的是,中国的海绵钛和钛材的产量,已经稳坐世界第一,而且是好多年了。

什么是海绵钛和钛材?

从自然界产出的钛矿石,主要包括金红石和钛铁矿矿石为主要原料,经选矿、富集后得到天然金红石精矿和钛铁精矿,经镁还原法等提取工艺,从而形成多孔的海绵钛。

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之后以海绵钛作为原材料,经深加工就可以成为最终的钛材,其中就包括钛合金。

比如这次在C919飞机上就大量使用了钛合金,前机身压板、机头蒙皮、吊挂、中央翼缘条、尾翼接头、机翼滑轨等部位均使用了钛合金,这样做的作用就是减重。

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在飞机的发动机叶片装置上,也使用国产的高科技钛合金材料。

在保证同等的质量和强度的情况下,能够使得叶片的重量更加轻盈,并且经过一定航行后的对比参照,耐高温和耐寒等数值都非常不错。

有人会好奇,飞机结实就行了,飞得起来,也能实现飞行的各项参数和指标,为什么要死磕这个减重呢?

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要知道哪怕给飞机减重1克,所带来的效果也是非常明显的,机身整体重量有下降,长时间飞行累积下来,节约的能效是非常可观的。

就比如太胖太重的鸟,如果想飞起来,是不是要费更大的力气,需要强大的翅膀和羽翼带动才行。

当年,美国政府为了解决波音787飞机的超重问题,不惜投入3亿美元研究使用钛合金以取代铝合金。

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效果也是非常明显,最终波音787机体钛合金用量达15%,创下民用客机机体钛合金用量最高纪录。

当然了,中国飞机中的钛合金用量也在不断提高,比如这次的C919飞机。

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它的钛合金用量,达到机身结构重量的9.3%,远超过同级别中波音737的4% 和空客A320的4.5%。

当然了,那么多钛合金的锻件,自然离不开制造他们的机器。

比如一个用于C919的钛合金锻件接头,重量就为600公斤。

为了制造类似的锻件,中国建设了世界上压力最大的8万吨液压机,一举打破了苏联7.5万吨模锻液压机保持51年的世界纪录。

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通过这玩意的热模锻造以及等温超塑性成形,可以制造出精度更高的锻造件,给C919钛合金组件在强度方面带来了保险。

8万吨级模锻液压机到底有多牛?

就这么说吧,它的巨大压制能力,相当于把8000辆10吨载重卡车,压在一张书桌大小的面积上。

这让我想起电影《终结者》里面压死机器人那个压机,要是用这个8万吨的压,岂不是压成合金饼了?就没有后面的天网什么的了。

结尾

一款好的钛合金产品的制造,不仅仅是材料方面的考验,更是大国重器方面的较量。

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就好比原子弹的核裂变原理,网上都公开了,但真正能做出来的恐怕就只有联合国五常吧。

大飞机也一样,如何制造出更加稳定坚固的钛合金组件,毫无疑问,目前的中国是完全有实力可以硬刚国外!

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