歼15及歼31皆用激光钛合金成形
2014年珠海航展今日拉开帷幕，相比上一届航展，本届航展规模更大。今日恰逢是中国空军成立65周年，空军将首次成体系组织装备进行展示。其中，国产运-20和歼31首次公开以实体形式参加航展引起各方关注，而俄罗斯苏-35战机和美国C-17军用运输机也首次露面中国航展，成为万众瞩目的明星机。本届航展，世界三大航空工业大国，中美俄军用飞机首次聚首珠海。
据珠海航展组委会介绍，本届航展的参展国家和参展飞机均超过往届。其中歼31、空客A380、AC313、ARJ21-700、歼10、领世AG300等明星机型将进行示范飞行；阿联酋C130、美国C17、俄罗斯伊尔76等明星机型也将进行静态展示。
首次参加中国航展的俄罗斯苏35战机自面世起就备受外界关注。媒体更是报道称，中国可能在11月与俄签约购买苏-35，这使苏35成为本届航展的一大亮点。据了解，本届航展的规模、档次都再创历史新高，国际性、专业性也大大提升。2014年珠海航展成了展示中国空军力量的平台，同时也体现了中国航空工业水平的提升。
据OFweek激光网了解，在中航成飞和沈飞的下一代战斗机的设计研发中，激光钛合金成形技术已经得到了广泛运用。通过这一技术，正在研制的两型第五代战斗机歼-20和歼-31采用钛合金的主体结构，成功降低了飞机的结构重量，提高了战机的推重比；依托激光钛合金成形造价低、速度快的特点，沈飞在一年之内连续组装出歼-15、歼-16、歼-31等多型战斗机并且进行试飞。民用航空制造业也开始应用这一技术。目前，在西北工业大学凝固技术国家重点实验室下设的激光制造工程中心，通过激光立体成型技术为将于2014年投产，并在2016年投入运营的国产客机 C919 制造了钛合金翼梁，长度超过5米。
那么问题来了。什么是激光钛合金成形技术？
钛合金具有密度低、比强度高、屈强比高、耐蚀性及高温力学性能好等突出特点，在航空、航天、石化、船舶等工业装备中用量越来越大而且主要被广泛用作各种机身加强框、梁、接头等飞机大型关键主承力结构件。以航空应用为例，如波音公司和空客公司研制的新一代民用客机（B-787、A-380）中钛合金用量已由第三代（B-747、A-300）的不到4%上升到9%以上，第三代歼击机中钛合金结构件用量由F-16的约3％增加到了F/A18-ElF、苏-27的15%以上，而第四代歼击机F一22中钛合金结构件用量已占机身结构总重量的41%，事实上，大型整体钛合金结构件用量的高低已成为衡量飞机等国防装备技术先进性的重要标志之一。
但是，由于受钛合金本性的影响，采用“锻造+机械加工”等传统技术制造这些大型复杂钛合金关键结构件，不仅需要大型钛合金铸锭熔铸与制坯、万吨级以上重型液压锻造工业装备，而且制造工序繁多、工艺复杂，需要大型钛合金铸锭真空熔铸、大规格锻坯制备、大型锻造模具加工等，零件机械加工余量很大、材料利用率低（一般小于5-10%）、数控加工时间长、制造成本高、生产周期长，严重制约了大型钛合金结构件在先进工业及国防装备中的广泛应用，大型钛合金主承力结构件低成本、短周期成形制造技术，也是制约我国航空装备研制与生产的技术“瓶颈”之一！
高性能金属结构件激光熔化沉积“近净成形”制造技术，利用快速原型制造（rapid prototype manufacturing，RPM）的基本原理，以金属粉末（或丝材）为原材料，通过高能激光束对金属原材料的逐层熔化堆积，直接由零件CAD模型一步完成全致密、高性能、大型复杂金属零件的“近终成形”制造（near-net-shape manufacturincl），是一种具有“变革性”意义的数字化、短周期、低成本、先进“近净成形”制造新技术，在航空、航天等国防装备研制与生产中具有广阔的应用前景。
激光快速成形技术的独特优点，为克服大型钛合金结构件上述制造技术缺点提供了一条新途径，也由于钛合金结构件激光快速成形技术对先进国防装备研制与生产的重要性和广泛实用性，美国等西方工业及军事强国对其十分重视，美国国防部先进计划署（DARPA）及海军办公室（ONR）等部门，自1995年来先后实施一系列专门研究计划，对飞机钛合金结构件激光快速成形技术予了重点支持，研究与应用进展迅速。
国内激光钛合金成形技术发展历程
迄今国内开展过钛合金激光快速成形技术研究的单位只有北京有色金属研究总院、西北工业大学和北京航空航天大学等少数几家单位，但除北航外，尚未实现在飞机上的装机应用。
北京航空航天大学激光材料成形与制备实验室，在国家自然科学基金“重点”项目及“杰出青年基金”项目、国家“973计划”专题、国家“863计划”重点项目等项目的重点支持下，与沈阳飞机设计研究所等单位产学研紧密结合，白1998年以来一直致力于钛合金结构激光快速成形工艺、成套工艺装备及工程化应用关键技术的研究。
“十五”期问，自主研制成功国内首套、具有自主知识产权的“自由平面接触/动态密封/惰性气氛保护”钛合金结构件激光快速成形成套工艺装备系统。突破了飞机钛合金次承力结构件激光熔化沉积制造工艺及装机应用关键技术，激光熔化沉积制造TC4、TAl5、BT22、TC2等钛合金室温及高温拉伸、高温持久、高温蠕变、光滑疲劳、缺El疲劳等力学性能均显着超过锻件，2005年来激光快速成形TAl5、TC4等多种钛合金结构件，已实现在飞机上的装机应用，零件材料利用率提高了5倍、制造周期缩短了2/3、制造成本降低了1/2以上。
“十一五”期间，在飞机大型主承力钛合金结构件激光熔化沉积制造工艺、成套装备、过程控制、长期工艺稳定性及构件质量保障等系列核心关键技术上取得了突破性进展：
（1）、研究出了大型整体钛合金主承力结构件激光快速成形新工艺，解决了激光快速成形大型整体钛合金主承力结构件变形与开裂的的“技术难题”。
（2）、提出并掌握了激光快速成形飞机大型整体钛合金主承力构件凝固组织晶粒形态及热处理显微组织主动控制新方法。
（3）、认识激光快速成形飞机钛合金大型主承力结构件内部缺陷形成机理并突破内部缺陷与质量控制关键技术。
（4）、突破了激光快速成形飞机钛合金大型主承力整体结构件组织和内部质量控制关键技术，激光快速成形大型整体钛合金主承力构件综合力学性能达到和超过钛合金模锻件，其中，缺口疲劳极限超过钛合金模锻件40％以上、高温持久寿命较模锻件提高400％以上。
（5）、成功激光快速成形制造出了零件单件重量逾110kq的多种钛合金关键结构件及迄今国内尺寸最大的大型整体钛合金飞机主承力结构件。
目前，我国已经具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。成为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造并且装机工程应用的国家。
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