航空航天用鈦餅是以?TC4（i-6Al-4V）?等鈦合金為核心材質?，具備?高強度（抗拉強度>900MPa）、耐高溫（長期耐受500℃）、輕量化（密度為鋼的60%）及優(yōu)異抗腐蝕性??，通過?鍛造工藝?制成飛機機身框架、火箭發(fā)動機燃燒室等關鍵部件?，符合?航空航天高強輕量化結構設計標準?，顯著提升飛行器載荷效率與服役壽命?。中揚金屬將航空航天用鈦餅的詳細技術，涵蓋材質特性、制造工藝、應用場景及未來趨勢等，整理如下：
一、鈦餅定義與核心優(yōu)勢
| 維度 | 技術特性 |
| 定義 | 鈦合金經鍛造或軋制形成的餅狀毛坯（直徑200-1500mm，厚度50-300mm），用于加工航空發(fā)動機盤件、機身結構件等關鍵部件 |
| 輕量化 | 密度4.43 g/cm3（鋼的56%），單件減重30%-50% |
| 高強度 | TC4鈦餅抗拉強度≥895 MPa，比強度（強度/密度比）是鋁合金的2倍 |
| 耐高溫 | Ti-6242S鈦餅耐溫600℃，短期峰值可達750℃ |
| 抗疲勞性 | 10?次循環(huán)疲勞強度≥300 MPa（TC4），適應發(fā)動機高頻振動環(huán)境 |
二、常用鈦合金牌號與標準
| 牌號 | 國際標準 | 國內標準 | 關鍵成分 | 適用場景 |
| TC4 | AMS 4911, ASTM B348 | GB/T 2965 | Ti-6Al-4V | 壓氣機盤、飛機起落架支架 |
| TA15 | AMS 4987 | GB/T 3620.1 | Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V | 高載荷機身框架、導彈殼體 |
| Ti-6242S | AMS 4976 | - | Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | 發(fā)動機高壓渦輪盤、高溫部件 |
| Ti-5553 | AMS 4985 | - | Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr | 高強承力接頭、起落架輪軸 |
三、制造工藝與關鍵技術
| 工藝環(huán)節(jié) | 技術要點 | 質量指標 |
| 熔煉提純 | 真空自耗電弧爐（VAR）+ 電子束冷床爐（EBCHM），氧含量≤0.15% | 化學成分偏差：Al≤±0.3%，V≤±0.2% |
| 鍛造工藝 | 多向等溫鍛造（溫度900-950℃，應變速率0.01-0.1/s） | 晶粒度≤ASTM 7級，各向異性≤5% |
| 熱處理 | 固溶+時效（TC4：950℃水淬+540℃×4h；Ti-6242S：980℃固溶+650℃時效） | 抗拉強度：TC4≥895 MPa，Ti-6242S≥830 MPa |
| 機加工 | 五軸數(shù)控銑削（刀具：硬質合金/金剛石涂層） | 尺寸公差±0.05mm，表面粗糙度Ra≤0.8μm |
| 無損檢測 | 超聲波探傷（UT，分辨率≤Φ2mm）+ 熒光滲透檢測（PT） | 符合AMS 2631 B級標準，無裂紋、夾雜缺陷 |
四、典型應用場景與案例
| 應用場景 | 鈦餅規(guī)格 | 牌號 | 技術效益 |
| 航空發(fā)動機壓氣機盤 | Φ800mm×150mm | TC4 | 減重40%，轉速提升15% |
| 航天器結構框架 | Φ1200mm×200mm | TA15 | 抗彎剛度提升20%，耐熱性達500℃ |
| 導彈發(fā)動機殼體 | Φ600mm×100mm | Ti-5553 | 抗沖擊載荷≥1000 MPa，服役壽命延長30% |
| 衛(wèi)星推進劑儲罐 | Φ300mm×50mm | Ti-6242S | 耐深低溫（-196℃），泄漏率＜1×10??Pa·m3/s |
五、執(zhí)行標準與認證
| 標準類型 | 國際標準 | 國內標準 | 核心要求 |
| 材料標準 | AMS 4911（TC4） | GB/T 2965（TC4） | 化學成分、力學性能、高低倍組織 |
| 工藝規(guī)范 | AMS 2380（超聲波檢測） | HB 7741（鍛造工藝） | 鍛造流線連續(xù)，無折疊、裂紋 |
| 檢測標準 | ASTM E8（拉伸試驗） | GB/T 228.1 | 抗拉強度、延伸率、斷面收縮率達標 |
| 環(huán)境測試 | MIL-STD-810G（振動） | GJB 150.16A | 高低溫循環(huán)（-65℃~200℃）、濕熱試驗通過 |
六、經濟性與選型建議
| 維度 | 鈦餅（TC4） | 高溫合金（Inconel 718） | 優(yōu)勢對比 |
| 材料成本 | 高（約$50-80/kg） | 更高（約$80-120/kg） | 鈦餅減重效益顯著，綜合成本更低 |
| 加工成本 | 中（需精密鍛造） | 高（難切削） | 鈦加工效率高，刀具損耗低 |
| 維護成本 | 低（免涂層防護） | 高（需定期防腐） | 全生命周期成本降低40%-60% |
| 適用場景 | 中高溫承力件（≤600℃） | 超高溫部件（≤980℃） | 鈦餅性價比突出，高溫合金用于極端環(huán)境 |
七、未來技術趨勢
| 創(chuàng)新方向 | 技術方案 | 預期效益 |
| 增材制造鈦餅 | 電子束熔絲沉積（EBAM）近凈成型 | 材料利用率提升至90%，生產周期縮短50% |
| 梯度鈦餅 | 成分/結構梯度設計（如Ti-TiB?復合） | 表面硬度≥2000 HV，芯部韌性提升30% |
| 智能監(jiān)控 | 嵌入光纖傳感器監(jiān)測應力/溫度分布 | 實時壽命預測，維修間隔延長2倍 |
| 綠色回收 | 氫化脫氫（HDH）再生鈦廢料 | 原料成本降低35%，碳排放減少70% |
總結
航空航天用鈦餅以輕質高強、耐極端環(huán)境、長壽命為核心競爭力：
選材邏輯：
TC4：主流選擇，適用于發(fā)動機壓氣機盤、中溫結構件。
Ti-6242S：高溫部件（如渦輪盤），耐溫達600℃。
Ti-5553：超高強度需求（如導彈殼體）。
工藝關鍵：等溫鍛造+固溶時效，確保性能一致性。
成本策略：初期投入高，但全生命周期經濟性顯著，尤其適合高附加值航空部件。
推薦采購策略：
傳統(tǒng)機型：選用TC4鈦餅，匹配AMS 4911認證供應商。
新型發(fā)動機：采用Ti-6242S，需驗證980℃固溶工藝穩(wěn)定性。
前瞻布局：關注增材制造與梯度鈦餅技術，搶占下一代航空材料制高點。
