朱知寿：TC21钛合金已大量应用于中国新一代飞机

2011年07月08日 11:05
来源：中国航空报

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资料图：沈飞已掌握钛合金加工整机试验等关键技术。图为正在沈飞总装的国产歼-11B新型战机。

中航工业北京航空材料研究院研究员朱知寿自1991年从事航空用钛合金基础研究与应用研究工作以来，以其不竭的创新能力至今已主持完成了国家重点科技项目10项、型号技术攻关项目3项。目前，他正在主持的国家技术攻关项目6项，获国家发明授权专利2项、国防授权专利1项，联合申报国家发明专利6项，其中“高性能TC21钛合金材料研制及应用研究”获2010年度国防科技进步奖一等奖。

作为中航工业钛合金材料技术首席技术专家，航材院科研一岗专家，他先后创建了我国中等强度（TC4-DT）和高强度（TC21）航空结构用高性能损伤容限型钛合金材料及应用技术，形成了我国飞机用高性能钛合金主干材料，建立了损伤容限型钛合金系列应用技术。其中，他创建的我国第一个高强韧损伤容限型钛合金（TC21）实现了在5个机种上的装机领先应用，提升了我国飞机钛合金用量及应用水平。他正在主持的中等强度（TC4-DT）高损伤容限型钛合金已经开始大量应用于我国新一代飞机，满足了飞机大减重、长寿命和安全可靠性设计与使用要求，并在使我国关键结构材料立足国内、实现自主保障等方面作出了贡献，取得了显著的社会和经济效益。

朱知寿通过材料创新，在“十五”期间研制成功我国第一个高起点的、具有自主知识产权的飞机结构用钛合金—高性能TC21钛合金，并创立了我国新一代飞机急需的高强韧损伤容限型TC21钛合金和中强高损伤容限型TC4-DT钛合金材料及其应用技术，实现了我国关键钛合金主干材料立足国内和自主保障，第一次摆脱了飞机钛合金材料依靠仿制俄系和美系钛合金的长期依赖，形成了我国飞机钛合金主干材料“高、低”搭配结构，对我国钛合金材料按中国特色和按体系发展作出了重要的贡献。

技术攻关是一回事，应用则是另外一回事。创新成果如果被束之高阁就失去了创新的价值，而朱知寿的创新能力不光体现在科研攻关上，对于应用，他也是行家里手。他提出了“新型钛合金准b锻造工艺”和“钛合金准b热处理工艺”两项专利技术，以及综合高性能钛合金材料加工、焊接和成形系列应用技术，形成了我国新一代飞机用高性能损伤容限型钛合金系列应用技术体系。

F-22的制造采用了世界上最大的钛合金锻件——中机身隔框，F-22所用材料的钛合金比例高达36%，复合材料也达到24%。

他通过工艺创新，使TC21钛合金集高强、高韧、高模、优良焊接性能、损伤容限五大特点于一体，使TC4-DT钛合金具有中强、高韧、优良焊接性能、损伤容限等特点，相比国外同类材料具有更加综合的优异性能，不但解决了新一代飞机研制的急需，而且还在其他飞机上得到推广应用，实现了我国飞机钛合金从仿制的三代到创新的四代、从静强度到损伤容限、从单一高性能到综合高性能的重大跨越。

TC4-DT和TC21损伤容限型钛合金是飞机的关键主干材料，具有内部质量要求严、工艺控制精度高、综合性能匹配难度大、零件结构复杂以及应用部位关键等特点。朱知寿在解决大型锻坯组织细化、制坯成形、准b加工、以及网篮组织与杂波控制等关键技术的基础上，进一步在构件残余应力控制、表面结构完整性加工、加工缺陷控制和烧伤修补等实际使用过程的关键技术问题开展了深入研究，为设计和安全可靠使用提供了重要的参考依据，避免或挽救了钛合金整体框构件的报废，确保了研制进度。

通过主持“十一五”材料专项，朱知寿依据总装机关决策和航空工业发展要求，选择长期制约我国装备发展的材料技术为突破点，通过研制模式创新，在关键技术突破后及时转型，组织工程化研制，创立了一种投入少、周期短、效果好、符合国情和材料发展规律的研制与工程应用模式，遵循材料研制和应用研究的全过程原则，解决从技术攻关到工程应用的断层，迅速提升主干材料的技术成熟度，为工程化应用提供保障。

中国在1980年代曾引进美国“黑鹰”直升机，并试图进行仿制，但由于该直升机重要大型结构部件采用了钛合金，国内无法加工，仿制工作则被迫放弃。（资料图）

资料图：国产歼-11B新型战机

美国在1960年代就成功将钛合金应用于高速侦察机。图为美国SR-71“黑鸟”侦察机，与D-21无人侦察机残骸。（资料图）

准备试飞的歼-20验证机（资料图）

试飞中的歼-20验证机（资料图）

“蛟龙号”采用了厚度极高的钛合金艇壳，设计极限深度可达7000米。（资料图）

钛合金材料价格极为昂贵，而且加工焊接难度很高，中国长期以来缺少此类技术，在一些武器设计和制造方面也因此受到制约。（资料图）

美国和俄罗斯都曾大量使用钛合金用于核潜艇制造。图为俄罗斯“阿库拉”级攻击核潜艇，由于大量使用钛合金，其下潜深度和水下速度都领先世界。（资料图）