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飞机上的合金材料,铝合金占50%--70%,镁合金占5%--10%,钛合金占多少?>
阅读 942 次  发布于:2016-4-19

飞机上的合金材料主要有铝合金、镁合金、和钛合金等,其中铝合金材料占飞机用料50%--70%左右,镁合金材料占飞机用料5%--10%左右,现代化的飞机,钛合金的用量比重越来越大。

    1、铝合金

    铝是一种轻金属,密度小,具有很高的塑性,易于加工,可制成各种型材、板材,抗腐蚀性能好。

    铝合金具有密度小、比强度高、耐蚀性和成型性好、成本低等一 系列优点 , 在航空、航天 、 船舶、核工业及兵器工业都有着泛的应用前景及不可替代的地位。

    在航空方面 , 铝合金是飞机机体结构的主要用材。

    发展初期,为了提高铝合金的机械强度,研究人员相继开发了2014、2017合金,随后又开发了2024-t3合金,al-zn-mg-cu系合金 7075-t6 , 随后又研制了更高强度的7178 一 t6合金。

    但是2024-t3、7075一t6合金在短横向都有应力腐蚀开裂倾向。7xxx系铝合金的应力腐蚀问题由于7075一t73的研制成功而得到解决,随后又研制了在牺牲较小强度的条件下可一定程度满足抗腐蚀性能要求的t76状态。

    为了提高铝合金的断裂韧度,美国首先研制了7475合金。为进一步满足厚大截面结构强度和应力腐蚀性能的要求,alcoa公司研制了705小t74合金。

    总体来说,航空铝合金在20世纪80年代末期以后取得了突破性进展,国外已将最新一代的航空铝合金成功应用到各种新型飞机上,国内对这些新合金的研究工作才刚刚开始。航空铝合金的研发应当紧紧围绕强度、刚度、耐热性、可靠性、长寿命、减重和低成本制造技术等问题展开。

    2、镁合金

    镁合金具有较高的抗振能力,在受冲击载荷时能吸收较大的能量,还有良好的吸热性能,因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金也用于导弹和卫星上的一些部件。

    目前,镁合金材料在航空领域的应用主要包括:飞机框架、座椅、发动机机匣、齿轮箱等。

    为了提高镁合金的强度,研究人员近年来对各个mg-re系合金重新进行了审视,系统研究了mg-nd-zn、mg-gd、mg-gd-y、mg-gd-nd、等多个 mg-re 系合金,重点探讨了合金的强化与韧化机制,研究发现 jdm1 和 jdm2 镁合金具有优良的综合力学性能。

    jdm1 铸造镁合金是一种低稀土含量的镁合金,其典型的室温力学性能为屈服强度 140 mpa、抗拉强度 300mpa、延伸率 10%,典型的显微组织如下图所示

    jdm2 铸造镁合金是一种高稀土含量的镁合金,其典型的室温力学性能为屈服强度 240 mpa、抗拉强度 370 mpa、延伸率 4%。合金典型的显微组织如下图所示

    将先进镁合金材料与成型新工艺相结合,制备了多种航空航天用部件:

    1)采用涂层转移精密铸造技术和 jdm1 铸造镁合金结合,成功制备了某型号轻型导弹舱体和发动机机匣,满足了舱体和发动机机匣的内表面(非加工面)对光洁度的高要求。

    2)采用大型铸件低压铸造技术和 jdm2 铸造镁合金结合,成功制备了某型直升机尾部减速机匣。这两类铸件尺寸较大,结构复杂,采用常规铸造很难避免铸造缩松的产生。通过提高低压铸造保压压力和控制铸件凝固温度场的方法,成功解决了上述问题,制备的铸件已经通过用户严格检查。

    3)jdm2 镁合金与常规等 温热挤压工艺相结合,成功制备了某型号轻型导弹弹翼(图(a))。

    4)jdm1 镁合金与常规等温热挤压工艺相结合,成功制备了 φ145 mm 的无缝管(图 (b)),该管材用于某型号轻型导弹壳体的制备。

    3、钛合金

    钛及钛合金材料密度低、比强度高(目前金属材料中最高)、耐腐蚀、耐高温、无磁、组织性能和稳定性好,可以与复合材料结构直接连接,而且两者之间的热膨胀系数相近,不易产生电化学腐蚀,具有优良的综合性能。因此,钛合金在航空领域得到越来越广泛的应用。

    英国3d打印钛合金飞机机翼内部构件

    1950年美国首次在f-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。钛合金在军用飞机中的用量迅速增加,达到飞机结构重量的20%~25%。70年代起,民用机开始大量使用钛合金,如波音747客机用钛量达3640公斤以上。

    马赫数大于 2.5的飞机用钛主要是为了代替钢,以减轻结构重量。又如,美国sr-71 高空高速侦察机(飞行马赫数为3,飞行高度26212米),钛占飞机结构重量的93%,号称“全钛”飞机。

    号称“全钛飞机”的sr-71侦察机

    伴随着航空金属材料的不断发展,飞机金属加工工艺也在迅速发展,如大型壁板时效成型技术、大型模锻件制造、3d打印技术、先进胶结技术、先进焊接技术等。

    在飞机设计时,一定要综合材料优势,扬长避短,物尽其用,这样才能最大限度地发挥材料的性能,真正实现飞机结构的安全、高效,达到减少重量、降低制造和运营成本的目的。

 

 

 

 

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