飛機結構—第五章 飛機結構材料

1、飛機結構第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 1 材料選擇材料選擇1 材料選擇材料選擇1. 1. 性能方面的考慮性能方面的考慮比強度；比剛度；腐蝕和脆化現(xiàn)象；疲勞；裂紋擴展特性和斷裂韌性；環(huán)境穩(wěn)定性。2. 某些特殊部位尚應考慮某些特殊部位尚應考慮腐蝕與磨損；與其他材料的兼容；磨蝕；溫度特性和電位特性。第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 1 材料選擇材料選擇3. 3. 經(jīng)濟性的考慮經(jīng)濟性的考慮可獲得性和易生產(chǎn)性；材料的成本；制造特性（包括從原材料到最終成品件的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的制造特性）；第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料

2、2 合金結構材料合金結構材料第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料一、鋁合金1. 1. 特點特點 較高的比強度( b/ )、比剛度(E / ) 、疲勞強度，工藝性能好。2. 分類分類變形鋁合金變形鋁合金（借助變形生產(chǎn)板材、型材、沖壓件、鍛件）防銹鋁(LF)、硬鋁(LY)、超硬鋁(LC)、鍛鋁(LD)、鋁鋰合金。鑄造鋁合金鑄造鋁合金（通過鑄造成型） 主要合金元素：Si，Cu，Mg，Zn，稀土等。 Al-Si系合金占絕大多數(shù)(常稱為硅鋁明)。第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料一、鋁合金3. 3. 應用應用 鑄造鋁合金：鑄造鋁合金：用于

3、鑄造外形復雜、使用溫度高（可達200C300C）的零件。萊特兄弟的“飛行者一號”：發(fā)動機機體、曲軸箱。早期應用于不甚重要的二級構件，如把手、托盤、支架、內(nèi)艙門上世紀80年代逐步應用于機身關鍵受力件：如boeing757整體鑄造電子設備檢修門。F-16進氣道唇口鑄件：1448*533*356 (mm)第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料一、鋁合金3. 3. 應用應用 第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料一、鋁合金3. 應用應用第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料一、鋁合金3. 應用應用第五章第五章 飛

4、機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料二、鎂合金1. 1. 特點特點 優(yōu)點：優(yōu)點：密度低，僅為鋁合金的2/3，減震性能好，切削加工性能 好，可焊接，鑄造質(zhì)量高，優(yōu)良的導熱、導電、電磁屏 蔽性能。 缺點缺點：耐蝕性差，常溫延展性不夠，熔點低。2. 分類分類變形鎂合金變形鎂合金MB8、MB15、MB25等。MB8鎂-錳系，不可熱處理強化，切削加工及焊接性能良 好。 MB15鎂-鋅-鋯系，可熱處理強化，高強度，切削加工性能良好，但焊接性能較差 。第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料二、鎂合金2. 分類分類變形鎂合金變形鎂合金MB25鎂-鋅-鋯-釔系，高強

5、度變形鎂合金合金，通常不經(jīng)熱處理 。鑄造鎂合金鑄造鎂合金） ZM5和ZM6等。第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料二、鎂合金3. 3. 應用應用 第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料二、鎂合金3. 3. 應用應用 鎂合金在海洋氣候環(huán)境下抗腐蝕性能差，使其在航空產(chǎn)品上的應用受到限制。 國外在鎂合金合金的研究與應用上，一直是致力于提高鎂合金合金的抗蝕性能，主要是采取提高鎂合金合金的純度的途徑，如對航空上應用較多的AZ91鎂合金合金，采用提高合金合金純度，最大程度降低合金合金中重金屬雜質(zhì)銅、鎳、鐵的含量。研究出適宜壓鑄的AZ91D和適宜

6、砂型、金屬型和溶模鑄造的AZ91E高純鎂合金合金。 AZ91E鑄鎂合金合金的抗蝕性能已接近歐美國家航空上廣泛應用的A357鑄造鋁合金合金的抗蝕性能。 第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料三、鈦及鈦合金1. 1. 特點特點 優(yōu)點：優(yōu)點：很高的比強度和熱強性，耐蝕性好（表面氧化膜可以穩(wěn)定 到550C） 。 缺點缺點：切削、熱加工性能差，冷加工性能差，硬度低，耐磨性差。2. 分類分類純鈦（工業(yè)純鈦）純鈦（工業(yè)純鈦） 熔點1667度，密度4.5，強度與低碳鋼相似，可直接應用于航空產(chǎn)品，如制造在350C以下工作的飛機構件，如超音速飛機蒙皮等。鈦合金鈦合金 型（TA）、型（

7、TB）、（+）型（TC）鈦合金 ； 鑄造鈦合金(ZT)。 第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料三、鈦及鈦合金3. 3. 應用應用 第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料三、鈦及鈦合金3. 3. 應用應用 鈦產(chǎn)量中約80%用于航空和宇航工業(yè)。B-1轟炸機的機體結構材料中，鈦合金約占21%，主要用于制造機身、機翼、蒙皮和承力構件。F-15戰(zhàn)斗機的機體結構材料，鈦合金用量達7000kg ，約占結構重量的34%。波音757客機的結構件，鈦合金約占5%，用量達3640 kg。 第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材

8、料三、鈦及鈦合金3. 3. 應用應用 發(fā)動機構件：發(fā)動機構件：AlloyC(Ti-35V-15Cr) 阻燃鈦合金應用于F/A-22 動力上的高壓壓氣機機匣、導向葉片和矢量尾噴管 受力構件：受力構件：鈦基復合材料應用于F16主起落架下部后撐桿，替代 300M鋼，相比減重40%。大型構件：大型構件：F/A-22F/A-22 的中機身有四個很大的Ti-6Al-4V 整體式隔 框，其中最大的“583”隔框鍛件重2770kg，投影面積5.53平米， 是迄今為止最大的航空用鈦合金鍛件。 第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料四、合金結構鋼 航空工業(yè)使用的結構鋼主要是低合金結構

9、鋼，即合金元素在5%以內(nèi)的合金鋼。分類及應用分類及應用表面硬化鋼表面硬化鋼(低碳鋼)滲碳鋼、滲氮鋼、碳氮共滲鋼。如12CrNi3A，18Cr2Ni4WA等。通過表面熱處理得到堅硬耐磨的表面層和適當韌性的心部組織，用于制造軸、重要齒輪、活塞等零件。第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料四、合金結構鋼分類及應用分類及應用低合金高強度鋼低合金高強度鋼具有良好的綜合力學性能，如高的屈強比和塑性，較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度和高的疲勞性能，熱成形形、切削加工性較好 ；如18Mn2CrMoBA、40CrA、30CrMnSiA等。用于制造強度高、韌性好的零件。 第五章第五章 飛機結構材料

10、飛機結構材料 2 合金結構材料合金結構材料四、合金結構鋼分類及應用分類及應用超高強度鋼超高強度鋼抗拉強度大于1400Mpa的鋼。常用的有：30CrMnSiNi2A，300M鋼等。用于制造重要的受力構件，如機翼主梁、對接接頭、起落架等。第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 3 復合材料復合材料3 復合材料復合材料 由兩種或兩種以上分別稱為基體基體和增強體增強體組分材料組成的材料。1. 1. 特點特點 優(yōu)點：優(yōu)點：很高的比強度和比剛度，良好的抗疲勞性和破斷安全性，對應力集中敏感度低，減振性好，很好的耐蝕性和無線電透波性，成型工藝性好。 缺點：缺點：各向異性，層間強度低，機械連接復雜，對沖擊損傷敏

11、感；對濕/熱環(huán)境較敏感。第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 3 復合材料復合材料2. 分類分類 分類方法較多，且不統(tǒng)一，按基體類型分：樹脂基按基體類型分：樹脂基和金屬基金屬基復合材料，其中樹脂基復合材料用量最大。按增強材料種類和形狀分按增強材料種類和形狀分：纖維增強、顆粒增強、層疊增強纖維增強、顆粒增強、層疊增強等復合材料。纖維增強復合材料：以纖維為增強材料，以樹脂、金屬或其他物質(zhì)為基體構成，常用纖維有玻璃纖維、碳纖維和硼纖維等。顆粒增強復合材料：由微小粒狀金屬粉或陶瓷等物質(zhì)和基體構成，基體可以是金屬或 樹脂。層疊增強復合材料：由兩層或多層材料構成。第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料

12、3 復合材料復合材料2. 分類分類按性能分：結構按性能分：結構復合材料和功能功能復合材料。結構復合材料：指用于結構零件的復合材料，可以是金屬基或樹脂基。多以纖維增強的樹脂基復合材料為主。功能復合材料： 指具有某種物理性能 的復合材料，如將有 關金屬細粒復合于塑 料中，可使這種細粒 復合塑料具有導電、 導熱、導磁等性能。第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 3 復合材料復合材料3. 應用應用航空結構材料性能航空結構材料性能第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 3 復合材料復合材料3. 應用應用 美國于六十年代開始復合材料的發(fā)展階段；七十年代初首先在軍機上開發(fā)應用。 就其發(fā)展大致可分為三個階段

13、：第一階段，應用于受載不大的構件，如各類操縱面：舵面、副翼、擾流片等，口蓋、阻力板、起落架艙門、發(fā)動機罩和其他次結構上。第二階段，應用于承力大的結構和主結構上，如安定面、全動平尾和主受力結構機翼上。第三階段，進一步應用于復雜受力結構，如機身、中央翼盒等。 第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 3 復合材料復合材料3. 應用應用某軍用機結構材料某軍用機結構材料第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 3 復合材料復合材料3. 應用應用某客機結構材料某客機結構材料第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 3 復合材料復合材料3. 應用應用重量百分比重量百分比復合材料鋁合金鈦合金鋼第1代Boeing7

14、070.2第2代Boeing747181413A300576413第3代Boeing767380214Boeing757378612A3205.576.54.513.5第4代Boeing7771170711A34087568表表 民用飛機結構用材料重量百分比民用飛機結構用材料重量百分比第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 3 復合材料復合材料3. 應用應用 國外先進戰(zhàn)斗機的復合材料使用量已達結構重量的25%，占到機體表面積的80%左右。F-22達26%，F(xiàn)-35達35%?？湛?80的復合材料占總重的20%. 美國波音公司boeing787“夢想 ”飛機，復合材料的用量占總結構重量的50%，（鋁合金20%，鈦合金15%，鋼5%，其他10%），是第一個使用復合材料建造機翼、機身的大型商用 噴氣客機。 第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 3 復合材料復合材料波音波音787787第五章第五章 飛機結構材料飛機結構材料 3 復合材料復合材料4. 我國航空復合材料現(xiàn)狀我國航空復合材料現(xiàn)狀 我國