1前言
飞机的市场需求正在增加，以年增长率4%-5%的势头扩大。现在的飞机机身大多使用碳纤维强化树脂（CFRP），随着CFRP的应用，与CFRP适合性优越的钛的应用正在扩大。以前日本不能制造钛大型锻件，但最近引进了5万吨锻压机，飞机用钛大型锻件可以实现量产。
全球的游客数量日趋增加，受此推动，2016年底到2036年底，全球客机保有量将大幅度增加1.8倍。与此同时，今后20年飞机的交货量为约3.3万架以上，这其中约半数是替代现有飞机的需求，其余的是新需求。特别是120-169座位级细长机身的飞机数量多，所以需求集中。预计今后飞机市场将以年增长率4%-5%的趋势扩大。
2钛合金使用率增加
由于环保的要求，为了降低燃油消耗率，最近飞机正在提高机体和引擎部件的CFRP使用比率，以代替铝合金，伴随着CFRP采用而增加的是钛合金。飞行中的机外气温为-60℃以下，钛具有即使低温也不易脆化的特性，而且因气温变化，部件结露也不易腐蚀，并因与CFRP的热膨胀率接近等因素，采用的比率增加。例如，波音公司在最新的中型机B787的结构构件中，钛合金的比率约15%，是原来的2倍以上，每架飞机的钛合金使用量为100吨左右。
用于飞机结构构件的普通钛合金（表1）是Ti-6Al-4V（简称Ti-64）合金，通过各种热处理可以显现出不同的特性，所以使用较多。为了提高Ti-64合金的加工性，最近，正在开发具有高热锻性（低热态变形阻力）的钛合金（图1）和进一步提高机械加工性的合金。新开发的Ti-531C（Ti-4.5Al-2.5Cr-1.20Fe-0.10C）与Ti-64合金相比，可以发挥高的热锻性，具有同等以上的室温力学性能，且在锻造成如图1所示的形状时，比Ti-64合金降低约20%的载荷。
机体结构构件中，着陆装置中的起落架承担着汽车100倍以上的重量着陆时的冲击，走行时必须承受与约300km/ h的赛车同等的速度。因此使用的材料除具有优越的力学性能外，还要求疲劳强度特性、锻造成形性等。并要考虑应力腐蚀裂纹性、缺口敏感性、氢脆性和断裂韧性等。目前NiCrMo钢是主流，但以大型机为中心正在代之以钛合金。例如，波音公司的双引擎宽体客机B777和空客公司的A380均使用高强度钛合金Ti-10V-2Fe-3Al。使用该合金，在轻量化的同时也极大地改善了耐蚀性，成为在起落架部位大量使用钛合金的契机。最近，B787正在采用俄罗斯开发的新钛合金Ti-5Al-
5Mo-5V-3Cr。总之，如果选择高强度、高韧性的钛合金，就要用大型锻压机制造。最近，A350XWB的起落架首次采用日本制造的钛大型锻件。
3日本首台5万吨锻压机即将投产
正在进行国产飞机开发的日本，其产业规模不过是世界的百分之几，不能说有足够的国际竞争力。落后于欧美的原因之一是没有大型锻压机，在国内不能制造主要大型构件。目前日本现有的锻压机1.5万吨（油压）是最大的，大大落后于俄罗斯、法国和美国等。
2013年4月，日本在冈山县仓敷市建造了5万吨锻压机，最大可以锻造5500mm的钛机体构件，例如可以锻造约5m的主翼根连接部件的大型锻件，并可在500吨至5万吨的宽泛范围内控制加压力，用高精度水平施加压力，精密控制速度和温度等。通过优化这些条件，可以制造高品质的锻件，所以期待在起落架和引擎部件等高规格部件上，可以发挥日本产品的优越性。
日本5万吨锻压机顺利投产后，行动最快的是空客公司，订购日本制造的起落架用钛大型锻件用于A350XWB机型。日本将以这次起落架订单为契机，将钛大型锻件扩大应用到其他飞机部件。
现在，飞机用钛大型锻件，通常在俄罗斯将材料熔化、锻造、再将粗加工的锻件运送到北美进行精加工，然后在日本组配，最后在北美完成整机。这样的世界工厂需要庞大的运输成本和制造时间。而上述5万吨锻压机投产后，将在日本进行材料熔化、锻造、粗加工，并在日本工厂进行装配，在成本和时间等方面具有竞争力。可以说5万吨锻压机的引入，将大大促进日本国内完成型传送链的构筑。
近年，基于航空需要增大的预期，中国新建了8万吨级模锻液压机等，此外，其他国家也都纷纷引进大型锻压机，竞争激烈。
4用锻造技术实现差异化
随着5万吨锻压机的投产，日本决定制造飞机引擎使用的钛大型锻件。用于飞机引擎的轴和轮盘等大型锻件要求耐热性、抗蠕变性和强度等。轴和低压压缩机轮盘使用Ti-64合金，中压压缩机轮盘使用Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo（Ti-6246）合金等（表2）。
对钛锻件锻造中的温度和加工应变进行控制，可获得不同的组织和特性。例如，钛合金是由α和β两种组织构成，
如果在β相变点以下的温度（α β域）锻造Ti-6246合金，就为具有等轴α晶粒的α β的双相组织，该组织断裂韧性值低；若在β域温度进行锻造，为整体针状组织，可以获得高的断裂韧性值。该β工艺锻造时的温度和加工应变在很大程度上控制着锻件的性能，所以需要高度控制β工艺锻造加工条件。
采用这种锻造工艺，产品的特性变化大，所以在钛合金加工难的另一面，也可以说容易实现采用锻造技术的差异化的材料。
在日本战略技术革新创造项目（SIP）的“创新性结构材料”的“采用创新工艺的飞机引擎用耐热材料研制技术开发”中，对作为飞机材料使用的钛合金和镍基合金，正在进行“采用大型精密锻造模拟的新锻造工艺的开发和材料·工艺数据库构筑”。在航空领域技术发达的欧美，凭借以空军为中心的多年实绩，拥有丰富的相关材料数据库，可进行集飞机厂商、材料生产商、制造厂家为一体的材料开发。对此，在后发的日本相关材料数据库绝对不足的条件下，对于委托案件，必须用更短的时间提供满足要求特性的构件。因此，首先，开发1500吨级的锻造模拟器，积累在各种条件下用锻造模拟获得的，与锻造条件、组织结构和材料特性有关的数据。然后，运用预测计算工具，推论出最佳的锻造条件，旨在缩短新材料实用化的时间。2015年12月设置了项目的关键锻造模拟器。预定将该模拟器获得的成果应用于5万吨锻压机。 （全荣）
