从三代机到四代机,军工合金经历了钛合金用量的大幅跃升、熔炼与锻造技术的突破等关键拐点。以战斗机为例,重型四代机单机钛合金部件重量达3.40吨,钛合金用量占比约20%,而重型三代机单机钛合金部件重量为2.70吨,占比约15%;轻型三代机单机钛合金部件重量仅为0.36吨,占比约4%。这一跨越主要得益于大型锻压机投产、冷床炉熔炼技术国产化等标志性事件。

钛合金用量的代际跃升

军用飞机中钛合金的占比长期呈上升态势。从历史数据看,空军用飞机钛合金占比从1978年的6.5%逐步攀升至2018年的15.0%。在三代机向四代机过渡的拐点中,重型四代机单机钛合金部件重量达到3.40吨,是重型三代机(2.70吨)的约1.26倍,是轻型三代机(0.36吨)的约9.4倍。这一增长既源于四代机对减重、耐高温、高强度的更高要求,也反映了钛合金在机身结构件和发动机中的广泛应用。

熔炼技术的突破:从VAR到冷床炉

钛合金熔炼技术经历了关键升级。传统工艺主要采用真空自耗电弧熔炼(VAR),但即使三次熔炼也无法完全消除高熔点金属夹杂物。为此,**冷床炉熔炼(CHM)**技术应运而生,能更有效去除夹杂物。国内在这一领域的突破发生在2021年9月,宝钛集团自主研制的首台真空电子束熔炼炉(EB炉)首锭出炉,标志着国产冷床炉装备能力的提升。目前国内主要钛合金企业中,宝钛股份配备了电子束冷床炉,而西部超导、西部材料等仍以真空自耗电弧炉为主。

锻造工艺的规模化支撑

钛合金从锭材到最终部件需经过锻造加工。国内主要锻造企业已配备大型模锻液压机,如三角防务的400MN大型模锻液压机万航模锻的800MN大型模锻液压机,以及陕西宏远的200MN油压机等。这些大型设备为四代机所需的大尺寸、高性能钛合金结构件(如框、梁等)提供了加工能力,是钛合金用量提升得以实现的关键制造基础。

常见问题

三代机与四代机在钛合金用量上的主要区别是什么?

重型四代机单机钛合金部件重量约3.40吨,占比约20%;重型三代机单机钛合金部件重量约2.70吨,占比约15%;轻型三代机单机钛合金部件重量仅0.36吨,占比约4%。四代机对减重和性能的要求推动了钛合金用量的显著增加。

冷床炉熔炼相比传统VAR熔炼有何优势?

冷床炉熔炼(CHM)能更有效去除高熔点金属夹杂物,而传统VAR即使经过三次熔炼也无法完全消除。宝钛集团在2021年9月实现了国产真空电子束熔炼炉的首锭出炉,是国内冷床炉技术的重要里程碑。

国内哪些企业具备大型钛合金锻造能力?

主要企业包括三角防务(配备400MN大型模锻液压机)、万航模锻(配备800MN大型模锻液压机)、陕西宏远(配备200MN油压机等)、贵州安大、派克新材和航宇科技等。这些企业的设备为四代机所需的钛合金结构件提供了加工保障。

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