在中国,新一代战斗机所需的高端钛合金一直处于空白状态。可以说,高端钛合金是一代材料、一代神、歼20、轰20能否顺利升空的关键。F-22战斗机的主要承载部件是大型铸造钛合金框架。目前,先进战斗机上钛合金构件的比例已超过20%。
国外不可能与我们分享高性能钛合金技术。然而,很快就出现了一个重大转折点。中国不断突破多项钛合金技术,成为世界级的钛合金加工生产国。就连美国商务部也哀叹,如果中国和俄罗斯切断对美国的钛合金供应,将造成相当大的影响。
中国钛合金技术有哪些优势?以至于美国担心断供危机。
中国钛合金是如何从跟随美国变成超越美国的?
大家好,我是科普小翔哥,关注我,多了解科技背后的故事。
2020年11月10日,随着显示器上的数字变成1万,斗士号深潜器下潜深度超过1万米,成功坐在马里亚纳海沟底部!中国人第一次在世界最深处留下了自己的印记。你知道吗?斗士号的成功离不开中国钛合金技术的突破。
深潜器在10000米的深海中需要承受巨大的压力。这个压力有多大?就图像点而言,它相当于5000多头大象同时站在你身上。面对如此巨大的压力,人类的血肉会立即从三维变成二维。
这样,如何保护乘客的安全就成为载人深潜器必须克服的问题。通常的方法是用钛合金制成的金属球壳包裹人。
钛合金之所以选择,是因为与其他合金相比,钛合金具有更高的强度和更好的耐腐蚀性在深海承受更大的压力,不易被海上腐蚀,更耐用。
在此之前,由于我国钛合金技术水平的不足,我们在奋斗者面前找到了俄罗斯加工生产的蛟龙号和耐压球壳。以当时的技术,我们做不到。
为什么钛合金这么难做?难点是什么?
因为钛在高温环境下非常活泼,很容易与许多其他元素发生反应,所以从其他杂质中取出钛是非常麻烦的,而且在最终形成时,它通常需要在惰性气体或真空环境中操作。这种复杂的操作注定了钛合金材料的价格会非常昂贵。
为了解决冶炼部件,如果你想用钛制成产品部件,你还需要加工和焊接。下一步的加工和焊接更加困难。
被称为不死黑鸟的美国SR-71.飞行速度是有史以来最快的三倍音速。它飞得这么快的主要原因是它是由钛合金制成的。但是这架飞机有一个很大的缺点,那就是漏油。这架飞机平时不能加油。必须是什么时候起飞,什么时候加油,否则即使加满了,也不会花很长时间漏掉。
为什么会漏油?为什么美国不想办法解决漏油问题?
事实上,美国并非没有想办法,而是想尽了各种办法,都解决不了。SR为了飞得更快,整机使用了30吨钛合金,占整机重量的93%。连油箱和发动机都是钛合金做的。因为老美当时没有掌握钛合金完美的焊接技术,老美还没有完全解决漏油问题。反正只有油箱里有油,才会漏。
你看,即使是世界上最先进的飞机制造商,美国也不能很好地解决钛合金的加工和焊接问题,这表明它非常困难和不寻常。
为了解决钛的加工和焊接问题,中国选择了另一种方式,即钛合金3D打印技术。
2000年左右,中航激光技术团队开始了3D在国家特别是军事资金的持续支持下,激光焊接快速成型技术的研发经过多年的研发。最终解决了惰性气体保护系统、热应力离散、缺陷控制、晶格生长控制等世界性技术问题。
目前,由于该技术的推广和利用,中国已成为世界上唯一一个掌握激光成型钛合金、大型主承力构件制造和实际工程应用的国家。
这种技术用于我们国内的大型飞机,以及中国最新一代载人飞船试验船的返回舱和底部。这个看起来像大锅底的零件也是用这种技术制造的。
钛合金3D激光打印技术可以说完全解决了钛合金加工过程中的一系列问题。
钛合金3D激光打印是先用激光熔化钛合金,再用3D印刷技术,印刷,一次成型,省去了切割和抛光的过程,可以节省90%左右的原材料。钛合金很贵。节省了这么多材料,零件的价格可以很低。
采用传统技术,加工1吨重钛合金复杂结构件,成本约2500万,使用3吨D激光打印,130万就能做出来。使用这种技术不仅成本低,而且还有许多其他优点。
以美国为基础F例如,美国没有钛合金3D激光打印技术,F美国将超大型复杂钛合金构件分为三部分进行加工和焊接。但焊接后的大型构件,抗疲劳性会差很多,焊接部位也会遇到可怕的钛合金腐蚀现象。最直接的差距是使用3D钛合金零件比传统铸件重量轻。减肥是战斗机设计中极其重要的一部分。重量轻意味着飞得更快,机动性更好,武器和其他装备更多。根据《兵工科技》杂志的数据,中国歼20足比,美国F22轻了5吨。J20为15吨空载,F22则为19.7吨。
材料是一个时代和文明的基础,人类科技发展史,是创造材料、制造材料、利用材料的历史,材料是所有生产和生活的材料基础,中国可以在高端钛合金技术上取得突破,可以说:为中国载人航天、深海探索、先进飞机等技术的研发奠定了基础。赞扬祖国的力量。
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