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【行业】国防军工-钛合金一体化布局是趋势(47页)

金属钛及钛材较其他金属材料具有一系列比较优势,是国家重要战略金属材料之一。钛呈银白色,熔点高达1668℃,属于难熔稀有轻金属。钛具有密度小、比强度高、导热系数低、耐高温低温性能好、耐腐蚀能力强、生物相容性好等特点,在航空航天等高端领域的应用远优于其他合金。具体来看,相同拉伸和疲劳强度下,钛合金能降低航空设备重量,可替代钢等;钛合金能够在相对高温的环境下使用,可替代铝合金等;钛合金化学性能稳定,具备良好的耐蚀性能,可替代铝合金部件等;钛合金与聚合物基复合材料有良好的匹配性。 以美国为例,美国三军装备升级,先进战机及发动机市场空间较为广阔。F-35战斗机是美国研制的低成本、新一代多用途战术攻击机,使用的动力装置是F135推进系统。从开始研制,F135推进系统就选定了F119改进型发动机作为主推进系统,发展常规起落型F135-PW-100推进系统和舰载短距起落型F135-PW-600推进系统这两种型别的常规涡扇发动机。采用通用主推进系统,可实现一机多用,提高经济可承受性。投入使用后,F-35战斗机将替代AV-8B “鹞”式、A-10、F-16、F-15、F/A18E/F、英国“鹞”式GR-7和“海鹞”战斗机。根据2020年CRS REPORT发布的《F35 Joint Strike Fighter (JSF) Program》,美国国防部共计划购买2456架F-35,截至2019年12月,估计总采购成本约为3978亿美元。未来美军对F-35采购数量持续上升。美国政府2020财年国防拨款法案最终的综合预算法案为采购98架F-35战斗机,含62架F-35A,16架F-35B,20架F-35C,其中也包括14亿美元的预先采购。美国政府2021财年国防预算为F-35项目提供114亿美元的采购资金。 飞机设计方法的发展推动上游钛合金材料等高端材料向高性能方向发展。随着飞机设计由静强度(指结构在常温条件下承受载荷的能力)发展到耐久性/损伤容限型设计等,钛合金材料也从追求单一高性能到追求综合高性能方向发展,以满足飞机的长寿命与高减重的设计需求。参考《新型航空高性能钛合金材料技术研究与发展》(航空工业出版社,2013),钛合金的应用水平是衡量飞机选材先进程度的重要标志之一,是影响飞机作战能力的重要因素,“十五”以前,我国第三代军机上的用钛量普遍在5%以下,而国外同期的F-35和F-22等第四代飞机上的钛合金用量已达38.8%,钛合金整体构件最大投影面积达5.53m2,而且损伤容限型钛合金已得到成熟应用。新一代飞机和高性能航空发动机对轻质高强材料提出更苛刻的综合高性能要求,如基本要求强韧性匹配和强塑性匹配,在使用性能方面要求高疲劳性能与损伤容限性能匹配、疲劳性能与蠕变-持久性能匹配。例如据西部超导招股书,“2005年以来随着我国新型战机计划启动,更高的战机性能对航空用结构钛合金提出了苛刻要求,当时此类钛合金尚属于国内空白产品。”