探究鈦合金精鑄件在航空業(yè)中的應(yīng)用

張瑞楠 中航西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司

在制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的背景下，鈦合金作為較為重要的工藝材料，存在著強(qiáng)度高、耐高溫以及穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且，在工藝生產(chǎn)中的尺寸精度高，表面質(zhì)量好，將其運(yùn)用在航空業(yè)中，可以提高構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，而且可以提高航空產(chǎn)品的制造性能，節(jié)約項(xiàng)目的生產(chǎn)成本，滿足行業(yè)的高效、經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。在技術(shù)不斷創(chuàng)新及發(fā)展的背景下，鈦合金制造形式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，將其運(yùn)用在航空業(yè)中，不僅會(huì)提高提高鈦合金復(fù)雜鑄件的精密度，也增強(qiáng)了行業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，同時(shí)也可以滿足行業(yè)的持續(xù)發(fā)展需求。

一、鈦合金精鑄件運(yùn)用在航空業(yè)的優(yōu)勢

根據(jù)航空業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)，鈦合金精鑄件主要被運(yùn)用在行業(yè)的火箭、人造衛(wèi)星、飛機(jī)等飛行器部件之中，主要是由于鈦合金精鑄件材料存在著高比強(qiáng)度、高尺寸精度的特點(diǎn)，可以降低飛行器的自重，同時(shí)也可以會(huì)降低負(fù)荷數(shù)量，提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如，在火箭箭體的殼體、箱體以及儀器艙體制造中，都采用了鈦合金精鑄件，不僅可以提高整體質(zhì)量，而且也會(huì)降低自重，達(dá)到航空業(yè)設(shè)備制造及使用的目的。又如，在復(fù)雜薄壁鑄件形成技術(shù)使用中，通過技術(shù)的運(yùn)用及深入發(fā)展，一般會(huì)采用其他復(fù)合結(jié)構(gòu)部件，在這種部件形式轉(zhuǎn)移到鈦合金制造工藝之后，壁厚被控制在了1-3mm，而且，個(gè)別壁厚達(dá)到了1mm以下，但是這種工藝難度相對較大，無論是其中的制殼工藝還是澆筑工藝，都存在著一定的難度。伴隨大型薄壁復(fù)雜構(gòu)件的生產(chǎn)，將其運(yùn)用在航空業(yè)中，逐步推動(dòng)了技術(shù)創(chuàng)新[1]。

二、鈦合金精鑄件技術(shù)使用現(xiàn)狀

結(jié)合我國航空業(yè)的運(yùn)行及發(fā)展特點(diǎn)，航材院作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及飛機(jī)型號生活研究的主要場所，在技術(shù)研究以及技術(shù)創(chuàng)新中，形成了多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，這些規(guī)范為行業(yè)的發(fā)展提供了一定支持。如，在鈦合金精鑄件生產(chǎn)的過程中，其最大尺寸一般為1400mm，最小壁厚為2mm。尺寸精度一般達(dá)到了CT5-CT7的范圍，表面的粗糙狀態(tài)達(dá)到了Ra3.2-6.3μm之間[2]。在航材院的不斷發(fā)展中，在質(zhì)量體系認(rèn)證的情況下，成為國內(nèi)唯一外外國企業(yè)提供鈦合金精鑄件的企業(yè)，而且，其研制出的肋板、支板以及安裝座等，都可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。所以可以發(fā)現(xiàn)，在我國航空業(yè)發(fā)展中，通過鈦合金精鑄件工藝的研究及深入發(fā)展，其技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了行業(yè)的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

三、鈦合金精鑄件在航空業(yè)中的應(yīng)用

（一）鑄造模擬仿真技術(shù)的運(yùn)用

對于鑄造模擬仿真技術(shù)，主要是指傳統(tǒng)鑄造技術(shù)與計(jì)算機(jī)數(shù)字化的結(jié)合，將該技術(shù)運(yùn)用在鈦合金模擬研究中，充分滿足了多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展需求。如，在鈦合金精鑄件使用中，其技術(shù)在以往的充型、凝固型，逐漸發(fā)展成為熱處理、全過程仿真等形式，滿足了行業(yè)的多需求發(fā)展需求。當(dāng)前的鑄造模擬仿真技術(shù)軟件中，國外技術(shù)有MAGMASOFT、FLOW-3D等、國內(nèi)技術(shù)有CAE、Inte CAST，通過這些軟件的使用，可以推動(dòng)鑄造鈦合金模擬研究工作的穩(wěn)步進(jìn)行。在航空業(yè)運(yùn)行及發(fā)展中，通過鈦合金精鑄件的使用，可以通過合金材料成本的設(shè)計(jì)、特種成形工藝的分析等，對綜合力學(xué)的軟件模型進(jìn)行分析，幫助行業(yè)實(shí)現(xiàn)高精度的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)也可以為工藝的完善及技術(shù)的創(chuàng)新提供參考。而且，在材料基因組工程的發(fā)展背景下，在鈦合金精鑄件使用中，可以通過建立鈦合金成分、組織等方法，逐漸形成鑄造鈦合金數(shù)據(jù)庫，在這種數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計(jì)的情況下，會(huì)充分滿足航空業(yè)的多樣化發(fā)展需求[4]。

（二）熔模鑄造技術(shù)

在熔模鑄造技使用的過程中，通過增材制造（3D打印）技術(shù)的運(yùn)用，可以將3D打印技術(shù)作為核心，結(jié)合環(huán)航空領(lǐng)域的運(yùn)用特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)鈦合金增材制造技術(shù)使用的目的。結(jié)合當(dāng)前產(chǎn)業(yè)的運(yùn)行現(xiàn)狀，雖然3D打印技術(shù)制造的鈦合金構(gòu)件表面質(zhì)量、精度等若于鈦合金熔模精鑄建，但是，在3D打印到制作完成的階段，所耗費(fèi)的時(shí)間較短，實(shí)現(xiàn)大批量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜工藝生產(chǎn)的目的，而且，在該技術(shù)使用的過程中，可以對制造模型進(jìn)行預(yù)驗(yàn)證，幫助行業(yè)降低生產(chǎn)成本。如，在時(shí)代發(fā)展中，航材院引進(jìn)了熔模3D打印設(shè)備，通過該設(shè)備的使用，逐步開展了無磨具的熔模制備方案，提高了航空業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)性能，同時(shí)也為技術(shù)的研究奠定基礎(chǔ)[5]。

四、結(jié)束語

總而言之，在航空業(yè)運(yùn)行及持續(xù)發(fā)展中，將鈦合金精鑄件運(yùn)用其中，不僅可以提高設(shè)備的使用效果，而且也可以充分發(fā)揮鈦合金精鑄件的強(qiáng)度高、耐高溫、精度高，表面質(zhì)量好等優(yōu)勢，逐步推動(dòng)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。因此，在行業(yè)運(yùn)行及科技水平不斷提升中，航空業(yè)應(yīng)該拓寬鈦合金精鑄件的使用范圍，通過技術(shù)的使用及創(chuàng)新，使鈦合金精鑄件更好的符合市場運(yùn)行需求，全面提升航空部鈦合金精鑄件使用效率，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行。