钛合金材料及其新技术在C919飞机上的应用优秀课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,中国商飞上海飞机设计研究院,Shanghai Aircraft Design and Research Institute COAMC,钛合金材料及其新技术,在C919飞机上的应用,Application of Titanium Alloy and related new technology on C919 Aircraft,主 要 内 容,1 中国商飞简介,2,C919飞机概述及其机体结构选材原则、特点,3 C919飞机钛合金材料应用方案,3.1 低强高塑性纯钛,3.2 中强中韧钛合金,3.3 中强高韧钛合金,3.4 高强高韧钛合金,3.5 其他钛合金,4 钛合金近净成型技术及其在,C919,飞机上的应用前景分析,5 主要工作内容,6 结语,Main Content,1,Introduction of COMAC,2 Material selection principle and features for C919 Aircraft,3,Application solutions of Titanium Alloy for C919 Aircraft,3.1 Low strength/high ductility titanium,3.2 Moderate strength/toughness Titanium Alloy,3.3 Moderate strength/high toughness Titanium Alloy,3.4 High strength/toughness Titanium Alloy,3.5 Other Titanium Alloy,4,Nearnet shape technology of Titanium Alloy and analysis of its application prospect on C919 Aircraft,5,Major work tasks,6,Peroration,中国商用飞机有限责任公司成立（2008-5-11）Establishment of Commercial Aircraft Corporation of China,Ltd,Chinese Vice Premier Zhang Dejiang(L)and Shanghai Party Chief Yu Zhengsheng(R)unveil the plaque,张德江副总理和俞正声书记为公司成立揭牌。,新成立的中国商飞公司承担着中国民用飞机研发的历史使命,1 中 国 商 飞 简 介,注册资金190亿人民币，总部上海,Capitalized at 19 billion RMB,headquartered in Shanghai.,中国商飞公司投资方/Shareholders of COMAC,SASAC,国务院国有资产监督管理委员会,上海国盛（集团）有限公司,Shanghai GuoSheng,Investment Group,中国航空工业集团公司,COMAC,中国商用飞机有限责任公司,CHINALCO,中国铝业公司,宝钢集团有限公司,中国中化集团公司,SINOCHEM,BAOSTEEL,AVIC,1 中 国 商 飞 简 介,组织结构 Organization Chart,Board of Shareholders 股东会,Board of Directors董事会,President,总经理,Vice Presidents,副总经理(6),CFO,总会计师,Development&Planning,发展规划部,Airworthiness Management,适航管理部,General Office,办公厅,Marketing&Sales,市场营销部,HR,人力资源部,Finance,财务部,Corp.Audit,审计部,Program Management,项目管理部,Legal Affairs,法律部,Corp.Culture,企业文化部,Quality&Tech,质量技术部,Supervision,监察部,International Cooperation&,Supplier Management,国际合作与供应商管理部,上海飞机设计研究院,SADRI,上海飞机制造有限公司,SAMC,客户服务中心,CS,北京民用飞机技术研究中心,Beijing Tech.Research Center,1 中 国 商 飞 简 介,目标：打造国际一流民用飞机公司，发展两种系列飞机,Target:World-class Commercial Aircraft Corporation,Two Series of Product:Trunkliner&Regional Jet,研发中心（SADRI）,Engineering Center,总装制造中心F/A&Mfg.,客户服务中心CS,1 中 国 商 飞 简 介,满足申请之日有效的中国民用航空局（CAAC）相关适航要求，同时满足美国联邦航空局（FAA）、欧洲航空安全局（EASA）适航要求以确保安全性；,通过采用先进的结构形式、先进材料体系和制造工艺，减轻飞机结构重量，每座结构空重应较目前运营中的同级别飞机低1%-2%，经济服务寿命不低于90000飞行小时/60000飞行循环/30日历年；,结构设计采用先进的隔声/吸声材料及结构形式降低舱内噪声，客舱内噪声值在巡航状态下平均不高于75dBA；,结构设计应满足强度与刚度要求、耐久性与损伤容限、可靠性、维修性、工艺性和低成本等要求，机体结构具有良好的抗腐蚀品质。,确保安全性,提高经济性,改善舒适性,注重环保性,2 C919飞机概述及其机体结构选材原则、特点,C919飞机概述,主要技术指标(Specifications),9,特征重量,Weights(in kilogram),C919,Standard Range,C919,Extended Range,最大起飞重量,Maximum Take-off Weight(MTOW),72500,77300,最大着陆重量,Maximum Landing Weight(MLW),66600,66600,最大燃油重量,Maximum Fuel Weight(MFW),19560,19560,最大商载,Maximum Passenger Payload(MPL),20500,20500,标准商载,Standard Passenger Payload(SPP),15920,15920,使用空机重量,Operational Empty Weight(OEW),42100,42100,中国商用飞机有限责任公司专有信息 Proprietary Information of COMAC,2 C919飞机概述及其机体结构选材原则、特点,C919飞机概述,总体布局(General Configuration),10,翼吊涡扇发动机,Wing-mounted turbofan engines,常规型尾翼,Conventional empennage,前三点可收放起落架,Retractable tricycle gear,超临界后掠下单翼,Super-critical low swept wing,中国商用飞机有限责任公司专有信息 Proprietary Information of COMAC,2 C919飞机概述及其机体结构选材原则、特点,C919飞机概述,三面图(3-View Diagram),11,36.08,38.58,12.23,中国商用飞机有限责任公司专有信息 Proprietary Information of COMAC,2 C919飞机概述及其机体结构选材原则、特点,C919飞机概述,2.1 满足飞机不同部位的设计准则要求，主干材料体系基于当前先进客机使用的主流产品，,兼顾成熟性和先进性,；,2.2,疲劳、损伤容限,、,耐蚀性,、可接受的,成本,（涵盖制造和使用维护阶段）以及实现,结构整体化,和,轻量化,的潜力，是材料选用的重要指标；,2.3 注重,形成核心供应商队伍,，有利于,提高管理效率,、,保证供货周期,、,降低采购成本,。,2 C919飞机概述及其机体结构选材原则、特点,机 体 选 材 原 则,先进铝合金与铝锂合金的应用,实现铝锂合金在地板梁、机身蒙皮、长桁上的应用，使用量约占结构重量的15，预期实现减重510；,实现高淬透型,7085,铝合金在主起落架支撑梁、机身加强框和机翼后梁内段上的应用；,先进复合材料的扩大应用,新部件：尾翼（平尾、垂尾、升降舵）、中央翼、机翼活动面、后压力框、尾锥、后机身，用量将达到14以上；,大量使用T800级碳纤维复合材料，用量占10以上。,2 C919飞机概述及其机体结构选材原则、特点,机 体 选 材 特 点,2 C919飞机概述及其机体结构选材原则、特点,机 体 选 材 特 点,复合材料 用量增加,（C919飞机中央翼、后机身以及机翼活动面等）,约占机体结构重量,15%,钛合金用量大增,与复合材料,相容性好,重要连接接头（,复材零件之间、复材零件与其他零件的连接,）,钛金属的特点,C919飞机选用钛合金的主要特点Features of Titanium Alloy for C919 aircraft,3 C919飞机钛合金材料应用方案,关键承力件主要使用钛合金,Criticalbearing parts are mainly made of Titanium Alloy,钛合金用量达到10%，超过同级别B737/A320的水平（见表1）,Usage amount of Titanium Alloy reaches 10%,which is far beyond the level of B737&A320（See Table 1）,广泛使用新型钛合金及新型热处理工艺,New Titanium Alloy and heat treatment process are widely used,表1 钛合金在民机型号上用量一览,型号,研制年代,钛合金占结构重量的百分比,B737,20世纪60,4%,A320,20世纪70,4.5%,B777,20世纪90,7%,A380,21世纪初,10%,B787,21世纪10,15%,C919,21世纪10,约10%,从表1可以看出，钛合金占民机结构重量的百分比越来越大,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,成功商业化应用的,传统钛合金,：,20-30种,钛金属新材料,：,钛-铝金属间化合物,、,钛基复材,等,综合考虑钛合金的,成熟性、成本、交付周期,等,C919飞机选择了,6个,钛合金牌号,包括,低强高塑性、中强中韧、中强高韧、高强高韧,及,系统用材,产品形式涵盖了,锻件,（投影面积,1.1,，要求的棒材直径,450mm,）,、,厚板,（4.76-80mm）,、薄板、型材、管材、丝材,等,C919飞机钛合金选材方案见,表2,主要应用部位见,图1,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,表2 钛及钛合金在C919飞机上应用一览,类别,材料牌号,制品,材料规范,使用状态,主要应用部位,低强高塑性,CP-3,板材,AMS4902,退火,机身蒙皮,中强中韧,Ti-6Al-4V,锻件,CMS-Ti-203,退火,机身机翼吊挂 承力接头,板材,AMS4911,退火,机身蒙皮,型材,AMS4935,退火,机翼滑轨,中强高韧,Ti-6Al-4V ELI,锻件,CMS-Ti-202,退火,机头中央翼 窗框、接头,厚板,AMS4905,框,高强高韧,Ti-55531,锻件,CMS-Ti-301,退火,吊挂 接头,固溶时效,机翼 接头,其他,Ti-3Al-2.5V,管材,AMS4945,退火,液压燃油高压管路系统,Ti-38644,丝材,AMS4957,固溶,弹簧,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,Table 2 Application of Titanium and Titanium Alloy on C919 Aircraft,Type,Alloy,Product,Specification,Condition,Parts of Application,Low strength and high ductility,CP-3,Plate,AMS4902,Annealed,Skin,Moderate strength and toughness,Ti-6Al-4V,Forging,CMS-Ti-203,Annealed,Fuselage/wing/,pylon/join,Plate,AMS4911,Annealed,Skin,Extrusion,AMS4935,Annealed,Track of wing,Moderate strength and high toughness,Ti-6Al-4V ELI,Forging,CMS-Ti-202,Annealed,Nose/central wing/window frame/joint,Plate,AMS4905,Frame,High strength and high toughness,Ti-55531,Forging,CMS-Ti-301,Annealed,Pylon/joint,STA,Wing/joint,Others,Ti-3Al-2.5V,Tube,AMS4945,Annealed,Hydraulic/fuel high pressure tube,Ti-38644,Wire,AMS4957,Solution,Spring,3,Application solutions of Titanium Alloy for C919 Aircraft,图：,飞机钛合金主要应用部位及制品形式,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,3.1：,低强高塑性,纯钛,选用,牌号：CP-3,规范：AMS 4902,普通退火,制品形式：板材,应用部位：机身蒙皮等,氧元素固溶于纯钛晶格，可提高纯钛强度,塑性好、焊接性能优良,特点,3,Application solutions of Titanium Alloy for C919 Aircraft,3.1 low strength/high ductility Titanium,Selected,Alloy:CP-3,Specification：AMS 4902,Annealed,Product：Plate,Application：Skin,etc,Oxygendissolved in thetitaniumlattice which used to,enhance the strength of pure titanium,high toughness,and excellent welding performance,Characteristic,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,3.2：,中强中韧,钛合金,综合力学性能优异,研究最充分,航空航天领域,用量最大,特点,选用,牌 号：Ti-6Al-4V,规 范：AMS4911；,CMS-Ti-203,；AMS4935,普通退火,制品形式：板材；锻件；型材,应用部位：机身、机翼、吊挂 接头,中国商飞材料规范,对棒材、锻件有效,以,AMS 4928,为基础,对,大规格棒材（508mm）,力学性能、超声波探伤、低倍组织提出了具体的指标,主要应用,尾翼接头,机翼滑轨,3,Application solutions of Titanium Alloy for C919 Aircraft,3.2：,Moderate strength/toughness Titanium Alloy,Excellent comprehensive,properties,Most deeply researched,The maximumusage amount,in aerospace field,Characteristic,Selected,Alloy：Ti-6Al-4V,Specification：AMS4911；,CMS-Ti-203,；AMS4935,Annealed,Product：Plate,forging,extrusion,Application：Fuselage,wing,pylon,joint,Material specification,of COMAC for Ti-6Al-4V bars and forgings,based on AMS 4928,added specific requirement for mechanical properties,ultrasonic flaw detection as well as macrostructure,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,3.3：,中强高韧,钛合金,ELI,(Extra Low Interstitial,低间隙元素,)，可提高低温性能,退火：,获得,层片状,显微组织，,可,提高断裂韧性,，,降低裂纹扩展速率,即,提高材料损伤容限性能,特点,选用,牌 号：Ti-6Al-4V ELI,规 范：AMS4905；,CMS-Ti-202；,退火,制品形式：厚板；锻件,应用部位：机头、中央翼接头,中国商飞材料规范,对,锻件,有效,对锻件力学性能；超声波探伤；高、低倍组织提出了具体的指标,主要应用,中央翼缘条,3.3：,Moderate strength/high toughness Titanium Alloy,ELI,(,Extra Low Interstitial,)can enhance the low,temperature performance of Titanium Alloy,annealed,：,Get,lamellar microstructure,Enhance fracture toughness,Reduce crack propagation,Improve damage tolerance properties,Characteristic,Selected,Alloy：Ti-6Al-4V ELI,Specification：AMS4905,CMS-Ti-202,annealed,Product：Plate,forging,Application：Nose,joint of central wing,Material specification of COMAC for Titanium ELI bars and forgings,added specific requirement for mechanical properties,ultrasonic flaw detection as well as macrostructure and microstructure,3,Application solutions of Titanium Alloy for C919 Aircraft,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,3.4：,高强高韧,钛合金,固溶时效,：,强度高，抗拉强度达到,1240MPa,退火,：,抗拉强度可达到,1080MPa,断裂韧性好，达到,65MPa,m,1/2,特点,选用,牌 号：Ti-55531,规 范：,CMS-Ti-301,固溶时效 和,退火态,制品形式：锻件,应用部位：吊挂、机翼接头,中国商飞材料规范,对,棒材、锻件,有效,对力学性能；超声波探伤；高、低倍组织提出了具体的指标,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,3.4：,High strength/toughness Titanium Alloy,STA,：,High strength come up to,1240MPa（UTS）,annealed,：,UTS reached to,1080MPa,Excellent fracture toughness,as high as,65MPa,m,1/2,Characteristic,Selected,Alloy：Ti-55531,Specification：,CMS-Ti-301,STA and,annealed,Product：Forging,Application：Pylon,joint of wing,Material specification,of COMAC for Ti-55531 bars and forgings,added specific requirement for mechanical properties,ultrasonic flaw detection as well as macrostructure and microstructure,3,Application solutions of Titanium Alloy for C919 Aircraft,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,3.5：其他钛合金,控制轧制过程中的,道次变形量,对管材的,CSR,有严格要求,可提高管材,疲劳性能,特点,选用,牌 号：Ti-3Al-2.5V,规 范：,AMS 4945,去应力退火,制品形式：无缝管材,应用部位：液压、燃油系统,弹性模量,较低,（该合金为,102GPa,，Ti-6Al-4V为,112GPa,）,适合制造,弹性元件,特点,牌 号：Ti-38644,规 范：,AMS 4957,固溶,制品形式：丝材,应用部位：弹簧,3 C919飞机 钛合金材料 应用方案,3.5：Other Titanium Alloy,Operate the pass deformation of,rolling process,Strict requirement on CSR of tube,Improve the fatigue properties,Characteristic,Selected,Alloy：Ti-3Al-2.5V,Specification：,AMS 4945,Stress relief annealed,Product：Seamless tube,Application：Hydraulic/fuel system,Low elastic modulus,(,102GPa,compared with,112GPa of,Ti-6Al-4V,),Suitable for producing flexible parts,Characteristic,Alloy：Ti-38644,Specification：,AMS 4957,Solution treated,Product：Wire,Application：Spring,3,Application solutions of Titanium Alloy for C919 Aircraft,4 钛合金近净成型技术 在C919飞机上的应用前景分析,钛合金热导率低,15.24W/(mK),机加工产生的热量,不易散失,引起,刀具温度升高,粘刀，刀具磨损严重,导致,零件加工效率低,交付周期较长、成本较高,要求,减少零件机加量,出现了,近净成型技术,近净成型工艺包括：,等温锻造,（固态成型）,熔模精密铸造,（液态成型）,粉末激光成型，如,图,所示,近净成型技术,为什么会出现？,传统,模锻,工艺流程及特点如,图,所示,传统成型技术：,模锻成型及其不足,4 钛合金近净成型技术 在C919飞机上的应用前景分析,周期较长,成本较高,图：模锻成型流程,4 钛合金近净成型技术 在C919飞机上的应用前景分析,钛合金粉末激光成型技术,原理,是一种基于“高功率激光熔覆”“快速原型制造”技术,采用高能激光束熔化钛合金粉末，熔化的钛合金粉末以微小液滴的形式在基材上凝固，通过计算机控制的激光头往复运动，逐层堆积，获得所需零件外形。加工过程,如图,所示。,据文献报道，钛合金粉末激光成型工艺制备的产品，其力学性能,达到或超过,锻件水平,图：钛合金粉末激光成型工艺图示,4 钛合金近净成型技术 在C919飞机上的应用前景分析,钛合金粉末激光成型技术,特点,1：毛坯,成型过程,不需要模具,，将,材料制备,与,零件成型,结合,2：不受限于原材料（棒材）规格，,灵活性大,3：无需大型锻造设备，,前期投入少,4：毛坯的,后续加工量小，提高材料利用率,（粉末激光成型产品,单边加工余量1-3mm，,模锻件通常为,8-10mm,）,5：零件机加工过程,变形较小,比较对象：,模锻成型工艺,钛合金粉末激光成型技术,适用范围,特别适用于制造,大型、曲面复杂、装配要求高,的结构件，如图所示的带有双曲面,机头天窗骨架,。,该技术有助于推动飞机结构件向,整体化发展,，,减少,连接件数量，,缩短,装配时间，可达到,增效减重、降低成本,的双重效果,图：飞机机头天窗骨架,4 钛合金近净成型技术 在C919飞机上的应用前景分析,钛合金粉末激光成型技术,应用前景分析,4 钛合金近净成型技术 在C919飞机上的应用前景分析,从目前国内外披露的信息分析，该技术,尚未应用于民机领域,具有独特的技术优势,，,应用前景广阔,与传统模锻件相比,对该工艺及其,产品性能、成本、交付周期,等进行,综合评估,中国商飞,相关研究单位,合作,包括,静强度,疲劳,损伤容限,耐蚀性能，,还包括,机加性能,表面处理,无损检测,等,包括,毛坯制造成本零件机加工成本,等,包括,毛坯制造时间零件机加工时间,等,钛合金粉末激光成型技术,应用前景分析,4 钛合金近净成型技术 在C919飞机上的应用前景分析,综合评估结果,（与模锻工艺比较）,产品性能、成本、交付周期,是否优于模锻件？,是,否,继续研究,（优化加工工艺等）,批产是否稳定？,否,开展批次稳定性研究,是,选择飞机零件，开展后续工作,（固化加工工艺；确定技术文件等）,5,主要工作内容,选 择 材 料 供 应 商,（正在进行）,选 择 材 料,（已完成）,1：发布C919飞机钛合金材料需求,2：与意向供应商交流,（持续进行）,3：供应商质量体系考察,（包括文件审核、现场考察等）,4：供应商产品质量评价,（包括产品性能试验、产品质量稳定性评价等）,5：产品价格、交付周期等评估,6：产品列人QPL,6,结 语,航空、航天等领域的快速发展，对,钛合金,性能、价格、交付周期,等方面提出了更高要求,需 求 是 动 力,材料研究人员,（开发新材料、新工艺、新设备等）,材料供应商,（更新设备、改进工艺等）,良 性 循 环,有利于改善,钛合金价格高、交付周期长等问题,进一步拓展,钛合金的应用范围和领域,大家的期望,Thank You,