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科普丨航空航天的金屬材料

閱讀:3127      發(fā)布時間:2021-3-26
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進入二十一世紀(jì)以來,我國航空航天事業(yè)得到的發(fā)展,,所有這些,,依賴的是高效的機體結(jié)構(gòu)、強勁的發(fā)動機,、強壯的起落架,、先進的系統(tǒng)等,而構(gòu)成這一切零部件基礎(chǔ)的主要是航空金屬材料,。

下面小編帶領(lǐng)大家來了解一下金屬材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,。航空航天領(lǐng)域的產(chǎn)品耗資巨大,即使是很小的減重也能對總成本產(chǎn)生巨大影響,,因此材料的輕量化在航空航天領(lǐng)域至關(guān)重要,。鋁合金、鎂合金,、鈦合金和鎳鉬鎢合金等合金材料以其低密度,、高使用壽命、優(yōu)異的耐腐蝕及耐高溫等綜合性能,,在飛行器及航空航天領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,。

其中鋁合金材料占飛機用料50%--70%左右,鎂合金材料占飛機用料5%--10%左右,現(xiàn)代化的飛機,,鈦合金的用量比重越來越大,,而鎳鎢鉬合金則用于飛機發(fā)動機。

 

鋁合金

 

鋁(面心立方結(jié)構(gòu))是一種輕金屬,,密度?。?rho;=2.7g/cm3),大約是鐵的 1/3,,熔點低(660℃),,具有很高的塑性(δ:32~40%,ψ:70~90%),,易于加工,可制成各種型材,、板材,,抗腐蝕性能好;但是純鋁的強度很低,,退火狀態(tài) σb 值約為8kgf/mm2,,故不宜作結(jié)構(gòu)材料。通過長期的生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗,,人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁,,這就得到了一系列的鋁合金。

 

鋁合金密度低,,強度較高,,接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼,塑性好,,可加工成各種型材,,具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性,,被廣泛用于機械制造,、運輸機械、動力機械及航空工業(yè)等方面,,飛機的機身,、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制造,,以減輕自重,。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接,結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上,。

 

鎂合金

 

在實用金屬中是最輕的金屬,,鎂的比重大約是鋁的2/3,是鐵的1/4,比重2.1--2.3左右,,熔點300度左右,。具有高強度、高剛性,。主要用來制造不承重的部件,、殼體。例如各種活門殼體,,油泵殼體等,。

 

鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。其特點是:密度?。?.8g/cm3鎂合金左右),,比強度高,比彈性模量大,,散熱好,,消震性好,承受沖擊載荷能力比鋁合金大,,耐有機物和堿的腐蝕性能好,。主要合金元素有鋁、鋅,、錳,、鈰、釷以及少量鋯或鎘等,。目前使用的是鎂鋁合金,,其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空,、航天,、運輸、化工,、火箭等工業(yè)部門,,用來制造低承力的零件。

 

鎂合金在潮濕空氣中容易氧化和腐蝕,,因此零件使用前,,表面需要經(jīng)過化學(xué)處理或涂漆。鎂合金具有較高的抗振能力,,在受沖擊載荷時能吸收較大的能量,,還有良好的吸熱性能,因而是制造飛機輪轂的理想材料,。鎂合金在汽油,、煤油和潤滑油中很穩(wěn)定,,適于制造發(fā)動機齒輪機匣、油泵和油管,,又因在旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運動中產(chǎn)生的慣性力較小而被用來制造搖臂,、襟翼、艙門和舵面等活動零件,。

 

 

鈦合金

 

鈦也是一種輕金屬,,比重4.5左右,比鋁重,,但是強度很高,,很耐高溫,熔點1660多度,,是造飛機的理想材料,,飛機發(fā)動機,防彈部位,,強化部位,,加固部位,燃燒室,,渦輪軸,,渦輪盤,,噴口等,,大多數(shù)是用鈦合金材料制造的。

 

鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬,,鈦合金因具有強度高,、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域,。世界上許多國家都認(rèn)識到鈦合金材料的重要性,,相繼對其進行研究開發(fā),并得到了實際應(yīng)用,。20世紀(jì)50~60年代,,主要是發(fā)展航空發(fā)動機用的高溫鈦合金和機體用的結(jié)構(gòu)鈦合金,70年代開發(fā)出一批耐蝕鈦合金,,80年代以來,,耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發(fā)展鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機、壓氣機部件,,其次為火箭和高速飛機的結(jié)構(gòu)件,。

 

鎳鉬鎢合金

 

是造發(fā)動機的理想材料。飛機發(fā)動機的溫度高達2000多度,,一般的材料是不行的,,只有鎳鎢鉬合金才能勝任,。

 

高強鋼

 

高強鋼通常使用在要求有高剛度、高比強度,、高疲勞壽命,,以及具有良好中溫強度、耐腐蝕性和一系列其它參數(shù)的結(jié)構(gòu)件中,。無論是在半成品生產(chǎn)中,,還是在復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的構(gòu)造中,尤其是在以焊接作為最終工序的焊接結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)中,,鋼材都是不可替代的材料,。

 

長期以來,飛機制造業(yè)使用最多的鋼材,,是強度水平為1600-1850MPa,、斷裂韌性約為77.5-91MPa每平方米的中合金化高強鋼。目前,,在保持同樣斷裂韌性指標(biāo)的條件下,,已將鋼材的強度水平提高到了1950Mpa。還開發(fā)出了新型經(jīng)濟合金化的高抗裂性,、高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼,,開發(fā)強度性能水平為2100-2200Mpa的高可靠性結(jié)構(gòu)鋼;高強度耐蝕鋼強度水平與中合金結(jié)構(gòu)鋼相近,,可靠性參數(shù)大大超過中合金結(jié)構(gòu)鋼,。

 

隨著高分子材料被應(yīng)用在制作飛機的材料上,使得飛機的性能越來越好,。在航空工業(yè)中,,腐蝕與防腐是個重要的問題,可是一般的金屬防腐蝕的效果很差,,由于高分子材料耐酸,,堿,鹽介質(zhì)的腐蝕性優(yōu)于金屬和其他的合金材料,,故被應(yīng)用在飛機的制作上,。另外,高分子材料具有密度小,,強度大的優(yōu)點,,這對減輕飛機本身的質(zhì)量和減少能源的消耗都有重要的意義。

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