鈦合金材料及其新技術(shù)在C919飛機上的應用.ppt

中國商飛上海飛機設計研究院ShanghaiAircraftDesignandResearchInstituteCOAMC 鈦合金材料及其新技術(shù)在C919飛機上的應用ApplicationofTitaniumAlloyandrelatednewtechnologyonC919Aircraft 主要內(nèi)容 1中國商飛簡介2C919飛機概述及其機體結(jié)構(gòu)選材原則 特點3C919飛機鈦合金材料應用方案3 1低強高塑性純鈦3 2中強中韌鈦合金3 3中強高韌鈦合金3 4高強高韌鈦合金3 5其他鈦合金4鈦合金近凈成型技術(shù)及其在C919飛機上的應用前景分析5主要工作內(nèi)容6結(jié)語 MainContent 1IntroductionofCOMAC2MaterialselectionprincipleandfeaturesforC919Aircraft3ApplicationsolutionsofTitaniumAlloyforC919Aircraft3 1Lowstrength highductilitytitanium3 2Moderatestrength toughnessTitaniumAlloy3 3Moderatestrength hightoughnessTitaniumAlloy3 4Highstrength toughnessTitaniumAlloy3 5OtherTitaniumAlloy4NearnetshapetechnologyofTitaniumAlloyandanalysisofitsapplicationprospectonC919Aircraft5Majorworktasks6Peroration 中國商用飛機有限責任公司成立 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著中國民用飛機研發(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 打造國際一流民用飛機公司 發(fā)展兩種系列飛機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 通過采用先進的結(jié)構(gòu)形式 先進材料體系和制造工藝 減輕飛機結(jié)構(gòu)重量 每座結(jié)構(gòu)空重應較目前運營中的同級別飛機低1 2 經(jīng)濟服務壽命不低于90000飛行小時 60000飛行循環(huán) 30日歷年 結(jié)構(gòu)設計采用先進的隔聲 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)設計應滿足強度與剛度要求 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)濟性 改善舒適性 注重環(huán)保性 2C919飛機概述及其機體結(jié)構(gòu)選材原則 特點 C919飛機概述 主要技術(shù)指標 Specifications 9 中國商用飛機有限責任公司專有信息ProprietaryInformationofCOMAC 2C919飛機概述及其機體結(jié)構(gòu)選材原則 特點 C919飛機概述 總體布局 GeneralConfiguration 10 翼吊渦扇發(fā)動機Wing mountedturbofanengines 常規(guī)型尾翼Conventionalempennage 前三點可收放起落架Retractabletricyclegear 超臨界后掠下單翼Super criticallowsweptwing 中國商用飛機有限責任公司專有信息ProprietaryInformationofCOMAC 2C919飛機概述及其機體結(jié)構(gòu)選材原則 特點 C919飛機概述 三面圖 3 ViewDiagram 11 36 08 38 58 12 23 中國商用飛機有限責任公司專有信息ProprietaryInformationofCOMAC 2C919飛機概述及其機體結(jié)構(gòu)選材原則 特點 C919飛機概述 2 1滿足飛機不同部位的設計準則要求 主干材料體系基于當前先進客機使用的主流產(chǎn)品 兼顧成熟性和先進性 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階段 以及實現(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 2 3注重形成核心供應商隊伍 有利于提高管理效率 保證供貨周期 降低采購成本 2C919飛機概述及其機體結(jié)構(gòu)選材原則 特點 機體選材原則 先進鋁合金與鋁鋰合金的應用實現(xiàn)鋁鋰合金在地板梁 機身蒙皮 長桁上的應用 使用量約占結(jié)構(gòu)重量的15 預期實現(xiàn)減重5 10 實現(xiàn)高淬透型7085鋁合金在主起落架支撐梁 機身加強框和機翼后梁內(nèi)段上的應用 先進復合材料的擴大應用新部件 尾翼 平尾 垂尾 升降舵 中央翼 機翼活動面 后壓力框 尾錐 后機身 用量將達到14 以上 大量使用T800級碳纖維復合材料 用量占10 以上 2C919飛機概述及其機體結(jié)構(gòu)選材原則 特點 機體選材特點 2C919飛機概述及其機體結(jié)構(gòu)選材原則 特點 機體選材特點 復合材料用量增加 C919飛機中央翼 后機身以及機翼活動面等 約占機體結(jié)構(gòu)重量15 鈦合金用量大增 與復合材料相容性好 重要連接接頭 復材零件之間 復材零件與其他零件的連接 鈦金屬的特點 C919飛機選用鈦合金的主要特點FeaturesofTitaniumAlloyforC919aircraft 3C919飛機鈦合金材料應用方案 關(guān)鍵承力件主要使用鈦合金CriticalbearingpartsaremainlymadeofTitaniumAlloy 鈦合金用量達到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鈦合金在民機型號上用量一覽 從表1可以看出 鈦合金占民機結(jié)構(gòu)重量的百分比越來越大 3C919飛機鈦合金材料應用方案 成功商業(yè)化應用的傳統(tǒng)鈦合金 20 30種鈦金屬新材料 鈦 鋁金屬間化合物 鈦基復材等 綜合考慮鈦合金的成熟性 成本 交付周期等C919飛機選擇了6個鈦合金牌號包括低強高塑性 中強中韌 中強高韌 高強高韌及系統(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飛機鈦合金選材方案見表2主要應用部位見圖1 3C919飛機鈦合金材料應用方案 表2鈦及鈦合金在C919飛機上應用一覽 3C919飛機鈦合金材料應用方案 Table2ApplicationofTitaniumandTitaniumAlloyonC919Aircraft 3ApplicationsolutionsofTitaniumAlloyforC919Aircraft 圖 飛機鈦合金主要應用部位及制品形式 3C919飛機鈦合金材料應用方案 3C919飛機鈦合金材料應用方案 3 1 低強高塑性純鈦 選用 牌號 CP 3規(guī)范 AMS4902普通退火制品形式 板材應用部位 機身蒙皮等 氧元素固溶于純鈦晶格 可提高純鈦強度塑性好 焊接性能優(yōu)良 特點 3ApplicationsolutionsofTitaniumAlloyforC919Aircraft 3 1lowstrength highductilityTitanium Selected Alloy CP 3Specification AMS4902AnnealedProduct PlateApplication Skin etc Oxygendissolvedinthetitaniumlatticewhichusedtoenhancethestrengthofpuretitanium hightoughnessandexcellentweldingperformance Characteristic 3C919飛機鈦合金材料應用方案 3 2 中強中韌鈦合金 綜合力學性能優(yōu)異研究最充分航空航天領(lǐng)域用量最大 特點 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 型材應用部位 機身 機翼 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 力學性能 超聲波探傷 低倍組織提出了具體的指標 主要應用 尾翼接頭 機翼滑軌 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飛機鈦合金材料應用方案 3 3 中強高韌鈦合金 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 降低裂紋擴展速率即提高材料損傷容限性能 特點 選用 牌號 Ti 6Al 4VELI規(guī)范 AMS4905 CMS Ti 202 退火制品形式 厚板 鍛件應用部位 機頭 中央翼接頭 中國商飛材料規(guī)范對鍛件有效對鍛件力學性能 超聲波探傷 高 低倍組織提出了具體的指標 主要應用 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飛機鈦合金材料應用方案 3 4 高強高韌鈦合金 固溶時效 強度高 抗拉強度達到1240MPa 退火 抗拉強度可達到1080MPa斷裂韌性好 達到65MPa m1 2 特點 選用 牌號 Ti 55531規(guī)范 CMS Ti 301固溶時效和 退火態(tài)制品形式 鍛件應用部位 吊掛 機翼接頭 中國商飛材料規(guī)范對棒材 鍛件有效對力學性能 超聲波探傷 高 低倍組織提出了具體的指標 3C919飛機鈦合金材料應用方案 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飛機鈦合金材料應用方案 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有嚴格要求可提高管材疲勞性能 特點 選用 牌號 Ti 3Al 2 5V規(guī)范 AMS4945去應力退火制品形式 無縫管材應用部位 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 牌號 Ti 38644規(guī)范 AMS4957固溶制品形式 絲材應用部位 彈簧 3C919飛機鈦合金材料應用方案 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飛機上的應用前景分析 鈦合金熱導率低 15 24W m K 機加工產(chǎn)生的熱量 不易散失 引起 刀具溫度升高 粘刀 刀具磨損嚴重 導致 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飛機上的應用前景分析 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飛機上的應用前景分析 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 通過計算機控制的激光頭往復運動 逐層堆積 獲得所需零件外形 加工過程如圖 所示 據(jù)文獻報道 鈦合金粉末激光成型工藝制備的產(chǎn)品 其力學性能達到或超過鍛件水平 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飛機上的應用前景分析 鈦合金粉末激光成型技術(shù)特點 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 零件機加工過程變形較小 比較