俄羅斯最新型的圖160M轟炸機(jī)在2022年1月12號(hào)首飛成功。圖160轟炸機(jī)是變后掠翼轟炸機(jī)，也是世界上最大的轟炸機(jī)，滿(mǎn)載起飛重量270噸。

變后掠翼飛機(jī)是地球上唯一能夠改變物理外形的飛機(jī)。翅膀張開(kāi)的時(shí)候低速性非常好，便于起飛和降落；翅膀并攏的時(shí)候阻力小，便于高空高速飛行。

讓飛機(jī)翅膀打開(kāi)和并攏需要一個(gè)裝在主翼根部的鉸鏈裝置。

這個(gè)鉸鏈只起轉(zhuǎn)動(dòng)翅膀的作用，對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的貢獻(xiàn)是0，而且要付出很大的結(jié)構(gòu)重量。

這就是變后掠翼飛機(jī)必須承受的代價(jià)。

所以，這個(gè)鉸鏈必須用既輕又結(jié)實(shí)的材料來(lái)制造，絕對(duì)不能用鋼鐵來(lái)制造，也不能用鋁來(lái)制造。因?yàn)殇撹F太沉重，鋁的又太不結(jié)實(shí)，最合適的材料就是鈦合金。

前蘇聯(lián)的鈦合金工業(yè)是全球領(lǐng)先的，而且這種領(lǐng)先一直延伸到俄羅斯，被俄羅斯繼承，并且一直保持下來(lái)。

圖160翼根鈦合金鉸鏈尺寸為2.1米，是世界上最大的變翼鉸鏈。

與這個(gè)鈦合金鉸鏈相連接的是一個(gè)長(zhǎng)度12米的機(jī)身鈦合金箱梁，這些都是世界之最。

圖160機(jī)身上70%的結(jié)構(gòu)材料是鈦，最大過(guò)載可以達(dá)到5個(gè)G。也就是說(shuō)圖160機(jī)身的結(jié)構(gòu)可以承擔(dān)自身5倍的重量不散架，所以理論上來(lái)說(shuō)，這架270噸重的轟炸機(jī)可以做類(lèi)似戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)動(dòng)動(dòng)作。

▍為什么鈦這么優(yōu)秀？

鈦這個(gè)元素在18世紀(jì)末就被發(fā)現(xiàn)了，但是在1910年才由美國(guó)科學(xué)家用鈉還原法制取了10克純鈦。

如果一個(gè)金屬要用鈉來(lái)還原的話，說(shuō)明是很活躍的。我們通常有講鈦這個(gè)東西很耐腐蝕，這是因?yàn)殁伇砻嫔蠒?huì)形成一層致密的金屬氧化物保護(hù)層。

從機(jī)械性能上來(lái)說(shuō)，純鈦的強(qiáng)度和普通鋼材相當(dāng)，但是它的密度只有鋼的1/2多一點(diǎn)，同時(shí)熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都比鋼鐵要高，所以鈦是一種非常優(yōu)秀的金屬結(jié)構(gòu)材料。

地球上的鈦礦有兩種，一種是金紅石，還有一種是鈦鐵礦。金紅石基本上是含二氧化鈦90%以上的純礦物，鈦鐵礦里面鐵和碳的含量基本上是對(duì)半分。

目前工業(yè)上制取鈦的方法是先用氯氣置換二氧化鈦中的氧原子，制成氯化鈦，然后再用鎂作為還原劑去還原鈦。這樣制造出來(lái)的鈦呈海綿狀，也叫海綿鈦。

海綿鈦經(jīng)過(guò)兩次熔煉加工以后，才能制成可供應(yīng)工業(yè)使用的鈦錠、鈦板材。

所以，鈦的含量雖然在地球上排名第九，但是加工提煉非常復(fù)雜，因此它的價(jià)格也很高。

目前，全球各國(guó)中鈦資源最豐富的國(guó)家是澳大利亞，第2名是中國(guó)。除此以外，俄羅斯、印度和美國(guó)也有豐富的鈦資源。

但是中國(guó)的鈦礦品位不高，所以仍然需要大量進(jìn)口。

▍鈦工業(yè)，蘇聯(lián)的榮光。

1954年蘇聯(lián)部長(zhǎng)會(huì)議做出創(chuàng)建鈦工業(yè)的決定，并在1955年建成千噸級(jí)的VSMPO鎂鈦廠，1957年VSMPO合并AVISMA航空器材廠，成立VSMPO-AVISMA鈦工業(yè)聯(lián)合體，也就是著名阿維斯瑪鈦業(yè)。

前蘇聯(lián)的鈦工業(yè)從建立起來(lái)就處于世界領(lǐng)先地位，一直到現(xiàn)在，由俄羅斯完整繼承。

阿維斯瑪鈦業(yè)是目前世界上最大的，全工業(yè)流程鈦合金加工體。是從原料的冶煉到成品的鈦材，以及大型的鈦零件制造的一體化企業(yè)。

鈦硬度超過(guò)鋼，但是它的導(dǎo)熱率只有鋼的1/4，鋁的1/16。在切削加工的過(guò)程中，熱量不容易散去，對(duì)刀具、加工設(shè)備非常不友好。

通常的情況下，通過(guò)向鈦中加入其他的微量元素，制成鈦合金，滿(mǎn)足各種要求。

前蘇聯(lián)根據(jù)鈦的特點(diǎn)，制成了三種不同用途的鈦合金。一種是用于加工板材，一種是用于加工零部件，一種是用于加工管材。

根據(jù)不同的用途，俄羅斯的鈦材分為490MPa、580MPa、680MPa、780MPa多個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。目前波音公司40%的鈦零件，以及空中客車(chē)公司60%以上的鈦材是由俄羅斯提供。

前蘇聯(lián)時(shí)期，由于鈦的產(chǎn)量大、質(zhì)量好，大量的用于建造潛艇耐壓殼。

臺(tái)風(fēng)級(jí)核潛艇上一共用了9000噸的鈦材。也只有前蘇聯(lián)舍得用鈦來(lái)建造潛艇，甚至建造過(guò)全鈦的潛艇，這就是著名的阿爾法級(jí)核潛艇。

阿爾法級(jí)核潛艇共建造了7艘，曾經(jīng)創(chuàng)下下潛1千米，航速40節(jié)的世界紀(jì)錄，至今未被打破。

鈦材料非常活躍，在高溫下很容易著火，所以不能用通常的方法焊接。

所有的鈦材料都需要在惰性氣體保護(hù)下才能焊接。前蘇聯(lián)建造了大型的惰性氣體保護(hù)焊接艙室，但是耗電量非常大。據(jù)說(shuō)，焊接一次圖160的骨架，就需要消耗一個(gè)小城市的電量。

中國(guó)蛟龍?zhí)柹顫撈鞯拟佂鈿?，就是俄羅斯造的。

▍中國(guó)鈦工業(yè)。

擁有全鈦工藝流程的國(guó)家，只有中國(guó)、俄羅斯、美國(guó)和日本。這4個(gè)國(guó)家，可以完成從原料到成品的一條龍加工，但是以俄羅斯的實(shí)力最強(qiáng)。

從產(chǎn)量上來(lái)說(shuō)，中國(guó)是世界上最大的海綿鈦和鈦板材制造國(guó)。

用傳統(tǒng)的冷彎、車(chē)削、焊接等工藝制造大型的鈦零部件，中國(guó)和世界先進(jìn)水平還有差距。

但是，中國(guó)采取另外一種方法進(jìn)行彎道超車(chē)，直接用3D打印技術(shù)制造零件。

目前，在3D打印鈦材料這塊，我國(guó)處于世界領(lǐng)先水平，殲20的主鈦合金承重框架就是用3d鈦打印。

從理論上來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)可以制造圖160的承重結(jié)構(gòu)，但是用來(lái)制造潛艇這樣超大型的鈦結(jié)構(gòu)，可能還是需要傳統(tǒng)工藝。