鈦合金材料及其新技術(shù)在C919飛機(jī)上的應(yīng)用.ppt

中國商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院ShanghaiAircraftDesignandResearchInstituteCOAMC 鈦合金材料及其新技術(shù)在C919飛機(jī)上的應(yīng)用ApplicationofTitaniumAlloyandrelatednewtechnologyonC919Aircraft 主要內(nèi)容 1中國商飛簡介2C919飛機(jī)概述及其機(jī)體結(jié)構(gòu)選材原則 特點(diǎn)3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案3 1低強(qiáng)高塑性純鈦3 2中強(qiáng)中韌鈦合金3 3中強(qiáng)高韌鈦合金3 4高強(qiáng)高韌鈦合金3 5其他鈦合金4鈦合金近凈成型技術(shù)及其在C919飛機(jī)上的應(yīng)用前景分析5主要工作內(nèi)容6結(jié)語 MainContent 1IntroductionofCOMAC2MaterialselectionprincipleandfeaturesforC919Aircraft3ApplicationsolutionsofTitaniumAlloyforC919Aircraft3 1Lowstrength highductilitytitanium3 2Moderatestrength toughnessTitaniumAlloy3 3Moderatestrength hightoughnessTitaniumAlloy3 4Highstrength toughnessTitaniumAlloy3 5OtherTitaniumAlloy4NearnetshapetechnologyofTitaniumAlloyandanalysisofitsapplicationprospectonC919Aircraft5Majorworktasks6Peroration 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司成立 2008 5 11 EstablishmentofCommercialAircraftCorporationofChina Ltd ChineseVicePremierZhangDejiang L andShanghaiPartyChiefYuZhengsheng R unveiltheplaque張德江副總理和俞正聲書記為公司成立揭牌 新成立的中國商飛公司承擔(dān)著中國民用飛機(jī)研發(fā)的歷史使命 1中國商飛簡介 注冊資金190億人民幣 總部上海Capitalizedat19billionRMBheadquarteredinShanghai 中國商飛公司投資方 ShareholdersofCOMAC 1中國商飛簡介 組織結(jié)構(gòu)OrganizationChart 1中國商飛簡介 目標(biāo) 打造國際一流民用飛機(jī)公司 發(fā)展兩種系列飛機(jī)Target World classCommercialAircraftCorporationTwoSeriesofProduct Trunkliner RegionalJet 1中國商飛簡介 滿足申請之日有效的中國民用航空局 CAAC 相關(guān)適航要求 同時(shí)滿足美國聯(lián)邦航空局 FAA 歐洲航空安全局 EASA 適航要求以確保安全性 通過采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式 先進(jìn)材料體系和制造工藝 減輕飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量 每座結(jié)構(gòu)空重應(yīng)較目前運(yùn)營中的同級別飛機(jī)低1 2 經(jīng)濟(jì)服務(wù)壽命不低于90000飛行小時(shí) 60000飛行循環(huán) 30日歷年 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的隔聲 吸聲材料及結(jié)構(gòu)形式降低艙內(nèi)噪聲 客艙內(nèi)噪聲值在巡航狀態(tài)下平均不高于75dBA 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足強(qiáng)度與剛度要求 耐久性與損傷容限 可靠性 維修性 工藝性和低成本等要求 機(jī)體結(jié)構(gòu)具有良好的抗腐蝕品質(zhì) 確保安全性 提高經(jīng)濟(jì)性 改善舒適性 注重環(huán)保性 2C919飛機(jī)概述及其機(jī)體結(jié)構(gòu)選材原則 特點(diǎn) C919飛機(jī)概述 主要技術(shù)指標(biāo) Specifications 9 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司專有信息ProprietaryInformationofCOMAC 2C919飛機(jī)概述及其機(jī)體結(jié)構(gòu)選材原則 特點(diǎn) C919飛機(jī)概述 總體布局 GeneralConfiguration 10 翼吊渦扇發(fā)動機(jī)Wing mountedturbofanengines 常規(guī)型尾翼Conventionalempennage 前三點(diǎn)可收放起落架Retractabletricyclegear 超臨界后掠下單翼Super criticallowsweptwing 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司專有信息ProprietaryInformationofCOMAC 2C919飛機(jī)概述及其機(jī)體結(jié)構(gòu)選材原則 特點(diǎn) C919飛機(jī)概述 三面圖 3 ViewDiagram 11 36 08 38 58 12 23 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司專有信息ProprietaryInformationofCOMAC 2C919飛機(jī)概述及其機(jī)體結(jié)構(gòu)選材原則 特點(diǎn) C919飛機(jī)概述 2 1滿足飛機(jī)不同部位的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求 主干材料體系基于當(dāng)前先進(jìn)客機(jī)使用的主流產(chǎn)品 兼顧成熟性和先進(jìn)性 2 2疲勞 損傷容限 耐蝕性 可接受的成本 涵蓋制造和使用維護(hù)階段 以及實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體化和輕量化的潛力 是材料選用的重要指標(biāo) 2 3注重形成核心供應(yīng)商隊(duì)伍 有利于提高管理效率 保證供貨周期 降低采購成本 2C919飛機(jī)概述及其機(jī)體結(jié)構(gòu)選材原則 特點(diǎn) 機(jī)體選材原則 先進(jìn)鋁合金與鋁鋰合金的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)鋁鋰合金在地板梁 機(jī)身蒙皮 長桁上的應(yīng)用 使用量約占結(jié)構(gòu)重量的15 預(yù)期實(shí)現(xiàn)減重5 10 實(shí)現(xiàn)高淬透型7085鋁合金在主起落架支撐梁 機(jī)身加強(qiáng)框和機(jī)翼后梁內(nèi)段上的應(yīng)用 先進(jìn)復(fù)合材料的擴(kuò)大應(yīng)用新部件 尾翼 平尾 垂尾 升降舵 中央翼 機(jī)翼活動面 后壓力框 尾錐 后機(jī)身 用量將達(dá)到14 以上 大量使用T800級碳纖維復(fù)合材料 用量占10 以上 2C919飛機(jī)概述及其機(jī)體結(jié)構(gòu)選材原則 特點(diǎn) 機(jī)體選材特點(diǎn) 2C919飛機(jī)概述及其機(jī)體結(jié)構(gòu)選材原則 特點(diǎn) 機(jī)體選材特點(diǎn) 復(fù)合材料用量增加 C919飛機(jī)中央翼 后機(jī)身以及機(jī)翼活動面等 約占機(jī)體結(jié)構(gòu)重量15 鈦合金用量大增 與復(fù)合材料相容性好 重要連接接頭 復(fù)材零件之間 復(fù)材零件與其他零件的連接 鈦金屬的特點(diǎn) C919飛機(jī)選用鈦合金的主要特點(diǎn)FeaturesofTitaniumAlloyforC919aircraft 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 關(guān)鍵承力件主要使用鈦合金CriticalbearingpartsaremainlymadeofTitaniumAlloy 鈦合金用量達(dá)到10 超過同級別B737 A320的水平 見表1 UsageamountofTitaniumAlloyreaches10 whichisfarbeyondthelevelofB737 A320 SeeTable1 廣泛使用新型鈦合金及新型熱處理工藝NewTitaniumAlloyandheattreatmentprocessarewidelyused 表1鈦合金在民機(jī)型號上用量一覽 從表1可以看出 鈦合金占民機(jī)結(jié)構(gòu)重量的百分比越來越大 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 成功商業(yè)化應(yīng)用的傳統(tǒng)鈦合金 20 30種鈦金屬新材料 鈦 鋁金屬間化合物 鈦基復(fù)材等 綜合考慮鈦合金的成熟性 成本 交付周期等C919飛機(jī)選擇了6個(gè)鈦合金牌號包括低強(qiáng)高塑性 中強(qiáng)中韌 中強(qiáng)高韌 高強(qiáng)高韌及系統(tǒng)用材產(chǎn)品形式涵蓋了鍛件 投影面積 1 1 要求的棒材直徑 450mm 厚板 4 76 80mm 薄板 型材 管材 絲材等 C919飛機(jī)鈦合金選材方案見表2主要應(yīng)用部位見圖1 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 表2鈦及鈦合金在C919飛機(jī)上應(yīng)用一覽 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 Table2ApplicationofTitaniumandTitaniumAlloyonC919Aircraft 3ApplicationsolutionsofTitaniumAlloyforC919Aircraft 圖 飛機(jī)鈦合金主要應(yīng)用部位及制品形式 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 3 1 低強(qiáng)高塑性純鈦 選用 牌號 CP 3規(guī)范 AMS4902普通退火制品形式 板材應(yīng)用部位 機(jī)身蒙皮等 氧元素固溶于純鈦晶格 可提高純鈦強(qiáng)度塑性好 焊接性能優(yōu)良 特點(diǎn) 3ApplicationsolutionsofTitaniumAlloyforC919Aircraft 3 1lowstrength highductilityTitanium Selected Alloy CP 3Specification AMS4902AnnealedProduct PlateApplication Skin etc Oxygendissolvedinthetitaniumlatticewhichusedtoenhancethestrengthofpuretitanium hightoughnessandexcellentweldingperformance Characteristic 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 3 2 中強(qiáng)中韌鈦合金 綜合力學(xué)性能優(yōu)異研究最充分航空航天領(lǐng)域用量最大 特點(diǎn) 選用 牌號 Ti 6Al 4V規(guī)范 AMS4911 CMS Ti 203 AMS4935普通退火制品形式 板材 鍛件 型材應(yīng)用部位 機(jī)身 機(jī)翼 吊掛接頭 中國商飛材料規(guī)范對棒材 鍛件有效以AMS4928為基礎(chǔ)對大規(guī)格棒材 508mm 力學(xué)性能 超聲波探傷 低倍組織提出了具體的指標(biāo) 主要應(yīng)用 尾翼接頭 機(jī)翼滑軌 3ApplicationsolutionsofTitaniumAlloyforC919Aircraft 3 2 Moderatestrength toughnessTitaniumAlloy ExcellentcomprehensivepropertiesMostdeeplyresearchedThemaximumusageamountinaerospacefield Characteristic Selected Alloy Ti 6Al 4VSpecification AMS4911 CMS Ti 203 AMS4935AnnealedProduct Plate forging extrusionApplication Fuselage wing pylon joint MaterialspecificationofCOMACforTi 6Al 4Vbarsandforgings basedonAMS4928 addedspecificrequirementformechanicalproperties ultrasonicflawdetectionaswellasmacrostructure 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 3 3 中強(qiáng)高韌鈦合金 ELI ExtraLowInterstitial低間隙元素 可提高低溫性能 退火 獲得層片狀顯微組織 可提高斷裂韌性 降低裂紋擴(kuò)展速率即提高材料損傷容限性能 特點(diǎn) 選用 牌號 Ti 6Al 4VELI規(guī)范 AMS4905 CMS Ti 202 退火制品形式 厚板 鍛件應(yīng)用部位 機(jī)頭 中央翼接頭 中國商飛材料規(guī)范對鍛件有效對鍛件力學(xué)性能 超聲波探傷 高 低倍組織提出了具體的指標(biāo) 主要應(yīng)用 中央翼緣條 3 3 Moderatestrength hightoughnessTitaniumAlloy ELI ExtraLowInterstitial canenhancethelowtemperatureperformanceofTitaniumAlloy annealed GetlamellarmicrostructureEnhancefracturetoughnessReducecrackpropagationImprovedamagetoleranceproperties Characteristic Selected Alloy Ti 6Al 4VELISpecification AMS4905 CMS Ti 202 annealedProduct Plate forgingApplication Nose jointofcentralwing MaterialspecificationofCOMACforTitaniumELIbarsandforgings addedspecificrequirementformechanicalproperties ultrasonicflawdetectionaswellasmacrostructureandmicrostructure 3ApplicationsolutionsofTitaniumAlloyforC919Aircraft 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 3 4 高強(qiáng)高韌鈦合金 固溶時(shí)效 強(qiáng)度高 抗拉強(qiáng)度達(dá)到1240MPa 退火 抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1080MPa斷裂韌性好 達(dá)到65MPa m1 2 特點(diǎn) 選用 牌號 Ti 55531規(guī)范 CMS Ti 301固溶時(shí)效和 退火態(tài)制品形式 鍛件應(yīng)用部位 吊掛 機(jī)翼接頭 中國商飛材料規(guī)范對棒材 鍛件有效對力學(xué)性能 超聲波探傷 高 低倍組織提出了具體的指標(biāo) 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 3 4 Highstrength toughnessTitaniumAlloy STA Highstrengthcomeupto1240MPa UTS annealed UTSreachedto1080MPaExcellentfracturetoughnessashighas65MPa m1 2 Characteristic Selected Alloy Ti 55531Specification CMS Ti 301STAand annealedProduct ForgingApplication Pylon jointofwing MaterialspecificationofCOMACforTi 55531barsandforgings addedspecificrequirementformechanicalproperties ultrasonicflawdetectionaswellasmacrostructureandmicrostructure 3ApplicationsolutionsofTitaniumAlloyforC919Aircraft 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 3 5 其他鈦合金 控制軋制過程中的道次變形量對管材的CSR有嚴(yán)格要求可提高管材疲勞性能 特點(diǎn) 選用 牌號 Ti 3Al 2 5V規(guī)范 AMS4945去應(yīng)力退火制品形式 無縫管材應(yīng)用部位 液壓 燃油系統(tǒng) 彈性模量較低 該合金為102GPa Ti 6Al 4V為112GPa 適合制造彈性元件 特點(diǎn) 牌號 Ti 38644規(guī)范 AMS4957固溶制品形式 絲材應(yīng)用部位 彈簧 3C919飛機(jī)鈦合金材料應(yīng)用方案 3 5 OtherTitaniumAlloy OperatethepassdeformationofrollingprocessStrictrequirementonCSRoftubeImprovethefatigueproperties Characteristic Selected Alloy Ti 3Al 2 5VSpecification AMS4945StressreliefannealedProduct SeamlesstubeApplication Hydraulic fuelsystem Lowelasticmodulus 102GPacomparedwith112GPaofTi 6Al 4V Suitableforproducingflexibleparts Characteristic Alloy Ti 38644Specification AMS4957SolutiontreatedProduct WireApplication Spring 3ApplicationsolutionsofTitaniumAlloyforC919Aircraft 4鈦合金近凈成型技術(shù)在C919飛機(jī)上的應(yīng)用前景分析 鈦合金熱導(dǎo)率低 15 24W m K 機(jī)加工產(chǎn)生的熱量 不易散失 引起 刀具溫度升高 粘刀 刀具磨損嚴(yán)重 導(dǎo)致 零件加工效率低 交付周期較長 成本較高 要求 減少零件機(jī)加量 出現(xiàn)了近凈成型技術(shù) 近凈成型工藝包括 等溫鍛造 固態(tài)成型 熔模精密鑄造 液態(tài)成型 粉末激光成型 如圖 所示 近凈成型技術(shù)為什么會出現(xiàn) 傳統(tǒng)模鍛工藝流程及特點(diǎn)如圖 所示 傳統(tǒng)成型技術(shù) 模鍛成型及其不足 4鈦合金近凈成型技術(shù)在C919飛機(jī)上的應(yīng)用前景分析 周期較長成本較高 圖 模鍛成型流程 4鈦合金近凈成型技術(shù)在C919飛機(jī)上的應(yīng)用前景分析 鈦合金粉末激光成型技術(shù)原理 是一種基于 高功率激光熔覆 快速原型制造 技術(shù)采用高能激光束熔化鈦合金粉末 熔化的鈦合金粉末以微小液滴的形式在基材上凝固 通過計(jì)算機(jī)控制的激光頭往復(fù)運(yùn)動 逐層堆積 獲得所需零件外形 加工過程如圖 所示 據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道 鈦合金粉末激光成型工藝制備的產(chǎn)品 其力學(xué)性能達(dá)到或超過鍛件水平 圖 鈦合金粉末激光成型工藝圖示 4鈦合金近凈成型技術(shù)在C919飛機(jī)上的應(yīng)用前景分析 鈦合金粉末激光成型技術(shù)特點(diǎn) 1 毛坯成型過程不需要模具 將材料制備與零件成型結(jié)合2 不受限于原材料 棒材 規(guī)格 靈活性大3 無需大型鍛造設(shè)備 前期投入少4 毛坯的后續(xù)加工量小 提高材料利用率 粉末激光成型產(chǎn)品單邊加工余量1 3mm 模鍛件通常為8 10mm 5 零件機(jī)加工過程變形較小 比較