飞机制造用材选择与热处理淬火工艺

发布时间:2012-12-28 11:43:35
(1)航空工程对树料要求的特殊性 ①强度高。所用材料不但是强度高,而且密度小,这样有利于减轻飞机的重量。
  ②抗疲劳性能好。飞机在起飞、降落、特技飞行中各零部件都要反复承受激烈的冲击力、扭力、剪力等,因此零件材料不仅要求抗拉强度高,而且要求有足够的冲击强度和疲劳强度。
  ③抗热疲劳性能。事实说明,飞机发动机发生的失效事故中,无论是热应力,还是机械应力的原因,所造成的零部件疲劳损伤是常见的,也是主要的失效形式。
  ④抗腐蚀性能优良。由于发动机的使用条件、飞行环境还会使飞机零部件受到腐蚀性气氛的侵蚀、应力腐蚀和化学腐蚀等,从而造成裂纹扩展,因此要求零件有优良的抗腐蚀能力。
(2)航空零件热处理特点 为了满足这些要求,材料选择是十分重要的,同时要进行适当的热处理淬火,以获得需要的组织和性能,以充分发挥材料的潜力,提高零件的内部质量。航空零件热处理淬火工艺特点有:
  ①大量采用调质进行热处理淬火工艺以承受由复杂震动而引起的交变应力,由弯矩与扭矩产生的拉伸、压缩和剪切应力,由离心力而产生的拉应力等。
  ②对于合金结构钢广泛地应用贝氏体等温热处理淬火工艺,以获得较好的综合性能,即高强度和高韧性,并减小热处理淬火工艺畸变。
  ③为了获得高耐磨性和疲劳强度,广泛采用渗碳、渗氮、碳氮共渗等化掌热处理淬火工艺。④为了满足抗高温氧化,抗腐蚀,采用了渗金属(如渗铝、渗铬等)工艺。
(3)常用的航空材料 航空航天器用材很广泛,工程塑料、橡胶、陶瓷材料和各种金属,主要有高强度铝合金、钛合金、超高强度合金结构钢和高温合金等。这些材料经热处理淬火工艺或是强度高,或是具有满意的使用性能,如较好的热强性、抗氧化性和耐蚀性。 ①中碳调质钢:超高强度钢经热处理淬火介质淬火后可用于火箭发动机外壳、喷气涡轮机轴、喷气式客机的起落架、超音速喷气机机体等。
  ②高合金耐热钢:合金耐热钢用于制造涡轮泵及火箭发动机与航空发动机转子和其他零件。
  ③高温合金:铁基高温合金GH2018主要用于制造在500-700℃下承受较大应力的构件,如机匣、燃烧室外套等。
  ④镍基耐蚀合金:镍与镍基耐蚀合金是耐高温、高压、高浓度或}昆有不纯物等各种苛刻腐蚀环境的结构材料。锻造镍(镍200、镍201)韧性、塑性优良,能适应多种腐蚀环境,经热处理淬火工艺可用来制造航天器及导弹元件。镍基耐蚀合金,具有优良的力学性能,强度与硬度较高,用于制造泵轴、涡轮等航空发动机零部件。
  ⑤铝及铝合金:LY11用于制造骨架、模锻的固定接头、支柱、螺旋桨叶片、局部镦粗的零件、蒙皮、隔框、肋、梁、螺栓和铆钉等中等强度的结构零件。
  ⑥镁合金:镁的熔点为651℃,密度仅为1.74g/cm3,比铝还轻。镁合金具有较高的比强度和比刚度,并具有高的抗震能力,能承受比铝及其合金更大的冲击载荷,切削加工能力优良,经热处理淬火工艺,易于铸造和锻压,所以在航天航空工业中获得较大应用。 ⑦钛及钛合金:TA7钛合金 用于制造机匣,压气机内环等。TC4、TCl0合金主要用于制造中央翼盒、机翼转轴、进气道框架、机身桁条、发动机、压气机盘、叶片、压力容器、储箱、卫星蒙皮、构架、航天飞机机身、机翼上表面等。
  ⑧钨、钼、铌及其合金:钨、钼及其合金可作为火箭发动机喷管材料,铌为航天方面优先选用的热防护材料和结构材料。
  ⑨复合材料:复合材料广泛应用于直升机机身、机翼,各种航天器内置结构件,如仪表盘、底盘、仪器壳体等。碳纤维树脂复合材料和硼纤维树脂复合材料是制造宇宙飞船、人造卫星壳体的重要材料。
本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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