航空用材料簡(jiǎn)介

飛機(jī)用材料,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鋼（Steels）,以含碳量2%為分界，在0.05%0.2%的鐵系合金稱(chēng)鋼材。而2%4.5%的含碳量稱(chēng)為鑄鐵。 鋼即是鐵碳合金，除了含有碳元素外，亦可進(jìn)一步包含微量其它合金元素。較常見(jiàn)鋼鐵分類(lèi)系根據(jù)碳濃度的高低分別區(qū)分為 低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼 低合金鋼（alloy steel)：合金元素總量少于5% 高合金鋼：合金元素總量超過(guò)于5% 工具鋼,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鋼鐵材料規(guī)格,國(guó)際上較常見(jiàn)的是美國(guó)日本德國(guó)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn) SAE(美國(guó)汽車(chē)工程協(xié)會(huì)) AISI(美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)) JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)) DIN(德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)),佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,SAE規(guī)范,以四或五位阿拉伯?dāng)?shù)字代表一鋼種。 第一位數(shù)字代表鋼的種類(lèi) 1代表三種鋼10普通碳鋼、 11易切鋼、 13錳鋼 2字頭表鎳鋼、 3表鎳洛鋼、 4鉬鋼、 5洛鋼、 6洛釩鋼、 7鎢鋼、 8鎳洛鉬鋼、 9硅錳鋼 第二位數(shù)字表合金鋼中含特種元素之平均% 。 第三四或五位數(shù)字表鋼料中含碳量之% 。 有時(shí)在標(biāo)號(hào)尾部另加一英文字母以表示成分或特性。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,低碳鋼,所有鋼種中，最大產(chǎn)量系落在低碳這一類(lèi)的范圍內(nèi)。其含碳量通常少于0.25%，因此對(duì)于形成麻田散鐵的熱處理是無(wú)反應(yīng)的，其鋼材的強(qiáng)化主要是靠冷加工來(lái)完成。其顯微結(jié)構(gòu)包括肥粒鐵和波來(lái)鐵。 碳鋼的另一群是高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA）。它們包含其它合金元素諸如銅、釩、鈦、鈮、鈷和硼等元素，添加濃度有通常小于5，甚至更低。強(qiáng)化機(jī)構(gòu)是藉高溫?zé)峒庸r(shí)產(chǎn)生析出物，因此具有析出硬化及晶粒細(xì)化等功效，故其強(qiáng)化比低碳平碳鋼強(qiáng)度高。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,中碳鋼,中碳鋼其碳濃度約介于0.25至0.55%之間。這些鋼材可藉著沃斯田鐵化，淬火然后回火等熱處理改善機(jī)械其性質(zhì)。它們最常以回火狀態(tài)使用，其顯微結(jié)構(gòu)是回火麻田散鐵。代表性的鋼材為添加鉻、鎳、鉬等元素的合金鋼。鉻、鎳和鉬的添加可改善這些合金熱處理的能力，使其可獲得強(qiáng)度及延展性極佳的組合。這些熱處理合金鋼比低碳鋼強(qiáng)度高，但會(huì)犧牲延展性和韌性。 此類(lèi)鋼材應(yīng)用包括鐵路車(chē)輪、軌道、齒輪、曲柄軸和其它切削零件以及要求高強(qiáng)度、耐磨耗和高韌性的結(jié)構(gòu)零件上。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,高碳鐵,高碳鋼通常具有碳含量介于0.6wt至1.4wt%之間的鋼材，是碳鋼中最硬最強(qiáng)，而延展性最低者，其中工具鋼為代表。它們幾乎總是以硬化和回火狀況使用，如此特別是在耐磨耗的工件上使用，通常含有鉻、釩、鎢和鉬合金。這些合金元素易與碳結(jié)合形成很硬和耐磨耗碳化物之化合物（如Cr23C6，V4C3 ,Mo2C和WC等）。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鑄鐵（Cast Iron）,通常鑄鐵是鐵合金的加上高達(dá)3.0至4.5%之碳而稱(chēng)之。其與碳鋼一般，均可再添加其他合金元素，已進(jìn)一步強(qiáng)化鑄鐵的各項(xiàng)機(jī)械性能。對(duì)大部份鑄鐵而言，碳系以石墨形式存在。最常見(jiàn)鑄鐵包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵、白鑄鐵和展性鑄鐵等。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,灰鑄鐵（Gray Cast Iron）,灰鑄鐵中碳與硅含量分別介于2.5wt和4.0wt%之間以及1.0wt和3.0wt%之間。對(duì)大部份灰鑄鐵而言，石墨是以片狀形式存在于基地內(nèi)，典型灰鑄鐵顯微組織片狀石墨，其破裂表面出現(xiàn)灰色狀，因而稱(chēng)之為灰鑄鐵，其在工業(yè)上的用量極大。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,延性（或球墨）鑄鐵,在鑄造之前加入少量鎂和鈰，或鎂或鈰到灰鑄鐵中會(huì)產(chǎn)生不一樣顯微結(jié)構(gòu)及機(jī)械性質(zhì)。石墨仍然形成，但是以球狀顆粒代替原先的片狀。此結(jié)果的合金稱(chēng)球墨或延性鑄鐵。此種鑄件比灰鑄鐵更強(qiáng)并且更有延性。此類(lèi)材料典型應(yīng)用包括閥、泵體、曲柄虹、齒輪，以及其它自動(dòng)如切削零件。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,白鑄鐵和展性鑄鐵,對(duì)低硅（含量少于1.0wt%硅）和快冷卻速率的鑄鐵而言，大部份碳是以雪明碳鐵代替石墨方式存在，此類(lèi)合金的破壞表面呈白色外觀，因此被稱(chēng)為白鑄鐵（White cast iron）。 系以聚集或薔薇形式存在而被肥粒鐵或波來(lái)鐵基地包圍，形成肥粒鐵展性鑄鐵。代表性應(yīng)用包括聯(lián)結(jié)桿傳動(dòng)齒輪、閥零件、輪船及其它重機(jī)使用上。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鋁及鋁合金(Aluminum Alloy),鋁的制法 西元1886年美國(guó)化學(xué)家Hall及法國(guó)化學(xué)家Heroult宣布以氧化鋁(Al2O3)置于冰晶石(Na3AlF6)溶液中，于大約950 進(jìn)行電解。 氧化鋁(Al2O3)制法 利用鋁礬土礦浸于氫氧化鈉(NaOH) 鋁及鋁合金是目前應(yīng)用最廣泛之飛機(jī)制造材料。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鋁及鋁合金優(yōu)點(diǎn),重量輕，差不多是同體積銅或鋼的1/3重量。 防腐蝕能力強(qiáng)。 可反射輻射能可見(jiàn)光、輻射熱、電磁波。 導(dǎo)電及導(dǎo)熱能力強(qiáng)，且又是非鐵磁性。 容易接合(焊接、鉚接或膠合) 外觀及表面易處理 機(jī)械性質(zhì)良好，經(jīng)加工處理后強(qiáng)度高、 延展性高 存量多,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鋁及鋁合金缺點(diǎn),當(dāng)溫度升高超過(guò)200，強(qiáng)度大幅減弱 當(dāng)溫度下降時(shí)傾向脆性材料,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鍛鋁(Wrought Aluminum)(1),以機(jī)械方式成形 輥制、 抽拉、 擠制 通常以四位數(shù)字標(biāo)明 第一位數(shù)字： 合金成分 1000系列：材料含99%以上之純鋁 2000系列：銅(Copper)為主要之成分 易熱處理以提高強(qiáng)度， 但提高了腐蝕性,退火,淬火,回火,有些加鎳可提供高溫用途， 康科特(Concorde)為商用化合金材料,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鍛鋁(Wrought Aluminum) (2),3000系列：錳(Manganese)為主要之成分 增加硬度 4000系列：硅(Silicon)為主要之成分 為焊條之理想材料 5000系列：鎂(Magnesium)為主要之成分 提高強(qiáng)度及抗腐蝕 6000系列：鎂與硅為主要之成分 以硅化鎂存在，可熱處理提高強(qiáng)度及易加工,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鍛鋁(Wrought Aluminum) (3),7000系列：鋅(Zinc)為主要之成分 經(jīng)熱處理提高強(qiáng)度，為所有鋁合金中強(qiáng)度最高，有些 第二位表示原產(chǎn)品以后修正其成分之次數(shù) 第三及四位表示產(chǎn)品開(kāi)發(fā)次序 1130：純度99+0.3=99.3% 2117,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,熱處理鋁合金如施以適當(dāng)熱處理其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生一種相變化，產(chǎn)生細(xì)致析出物，藉此種析出物，強(qiáng)化材料。這種現(xiàn)象叫析出硬化或時(shí)效硬化。 非熱處理合金則無(wú)析出硬化現(xiàn)象(但也會(huì)有析出物)，故其強(qiáng)化作用通常借助一般的方法，如固溶體強(qiáng)化，加強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鑄鋁(Cast Aluminum),以溶化之鋁壓入模型內(nèi)制成 由4位數(shù)字來(lái)標(biāo)示 1-純鋁99%以上 2-銅 3-硅加入少量銅鎂 4-硅 5-鎂 7-鋅 8-錫,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,其他,鋁-鋰， 鋁-錫,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,調(diào)質(zhì)符號(hào)基本定義,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,調(diào)質(zhì)度之細(xì)分,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鈦及鈦合金,鈦金屬在1791年被克拉普羅斯（Klaproth）發(fā)現(xiàn)，在地球的含量?jī)H次于鋁、鐵、鎂的金屬物質(zhì)，其之所以命名為“鈦”，是以希臘神 (Titan，泰坦) 為名，鈦合金具有重量輕、強(qiáng)度大、彈性高、耐熱性強(qiáng)、耐低溫性能及耐腐蝕等優(yōu)特性，因此鈦合金于1957年開(kāi)始被廣泛的運(yùn)用在太空及航空科技上，被譽(yù)為“未來(lái)的金屬”，是具相當(dāng)發(fā)展前途的工程材料。 鈦合金可以運(yùn)用在航海業(yè)、化工業(yè)、電子業(yè)、電鍍業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、發(fā)電廠、海水淡化系統(tǒng)、鐘表、電腦、廚具、藝品都可看到鈦金屬之產(chǎn)品，甚至行動(dòng)電話外殼亦有用到，另外還有像人工植齒/牙套、人工骨骼等等都可以利用鈦合金特性來(lái)制作成品。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鈦及鈦合金之分類(lèi),純鈦金屬：具有優(yōu)越的機(jī)械加工成型性 以 Ti-75表示。 -Titanium : 鈦在室溫中以六邊形晶體，商品標(biāo)示為8Al-1Mo-1V-Ti(簡(jiǎn)稱(chēng)Ti8-1-1)。 - -Titanium : 鈦結(jié)晶同時(shí)具有六邊形晶體及體心立方，商品標(biāo)示為T(mén)i-6Al-4V。 -Titanium : 鈦結(jié)晶為體心立方，商品標(biāo)示為T(mén)i-13V-11Cr-3Al 。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鈦及鈦合金,特點(diǎn)： 工作溫度可到427 左右 極佳的防腐性 加工時(shí)必須與空氣隔絕 鈦金屬熔點(diǎn) 1668 鈦金屬沸點(diǎn) 3000 純鈦，鈦合金(Alpha-Beta)之原材料顏色為灰色，而B(niǎo)eat鈦則呈深灰色。 Beta鈦之材料抗拉強(qiáng)度比鈦合金(Alpha-Beta)好，而鈦合金(Alpha-Beta)之抗拉強(qiáng)度則較純鈦強(qiáng)。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鎂合金(Magnesium Alloys),鎂質(zhì)量輕，比剛性與比強(qiáng)度極佳，在金屬分別占第一位與第二位(比強(qiáng)度僅次于鈦)，是最輕的結(jié)構(gòu)用金屬。近年來(lái)全球性的潮流，是節(jié)省能源與環(huán)保因素需要相互配合，使得鎂合金由航太用金屬擴(kuò)散至商業(yè)用金屬基本材料。 鎂合金物理特性：鎂的原子結(jié)構(gòu)是六方形狀堆積，密度( 20 ) 1：1.738、熔點(diǎn)：650、沸點(diǎn)：1103 8、是屬于活性的金屬，具有高度自燃性。 航空商品為AZ31B,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,鎂合金材料特性,質(zhì)輕較鋁輕1/3，僅是鐵的1/4重，單位強(qiáng)度與鋼性?xún)?yōu)于鋁與鐵)。 尺吋安定性高，不易因環(huán)境溫度變化及時(shí)間而改變。 吸震性佳，可降低噪音，增長(zhǎng)機(jī)械裝置壽命。 無(wú)磁性(能防電磁波干擾)。 抗蝕性佳、耐磨性佳。 熱傳導(dǎo)性佳、可鑄性、可焊性佳、易加工。 為新一代鋁合金的代替品。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,銅及銅合金,銅是人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)的古老金屬之一，早在三千多年前人類(lèi)就開(kāi)始使用銅。 銅具有許多可貴的物理化學(xué)特性，例如其熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率都很高，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，抗張強(qiáng)度大，易熔接，具抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細(xì)的銅絲，制成很薄的銅箔。能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬形成合金。 純銅主要用途為電導(dǎo)體，此外在散熱器及熱交換器也具有主要的地位。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,黃銅(Brass),銅和鋅合金俗稱(chēng)黃銅。是銅合金中應(yīng)用最廣的合金。 此相具有FCC體結(jié)構(gòu)，而銅相對(duì)柔軟、具延性和易于冷加工。在室溫黃銅合金具高鋅含量并含和相。相是有序BCC晶體結(jié)構(gòu)且比相更強(qiáng)硬；結(jié)果，+合金通常是熱加工。黃銅合金的某些常見(jiàn)應(yīng)用包括服裝飾物、彈砲外殼、自動(dòng)散熱片、音樂(lè)裝備、電子封裝和錢(qián)幣等。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,銅及其合金 -青銅（bronze）,青銅是銅和數(shù)種其它元素包括錫、鋁、硅和鎳的合金。這些合金比黃銅強(qiáng)硬，它們也具高度的抗蝕性。最常見(jiàn)可析出硬化的銅合金是斂銅。 它們擁有極優(yōu)性質(zhì)的組合：抗拉強(qiáng)度有140MPa（200,000psi）那樣高，有極佳電和耐蝕性質(zhì)，當(dāng)適當(dāng)潤(rùn)滑有極佳耐磨耗性；它們可以用鑄造、熱加工或冷加工。藉著析出硬化熱處理可獲得高強(qiáng)度。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,復(fù)合材料,復(fù)合材料由基材(Matrix)及強(qiáng)化材復(fù)合而成 基材： 橡膠、塑膠、金屬、陶瓷 強(qiáng)化材： 粒子、短纖維、長(zhǎng)纖維(連續(xù)纖維) 、薄片、織布,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,纖維強(qiáng)化橡膠(Fiber reinforced rubber),FRR 纖維強(qiáng)化塑膠(Fiber reinforced plastic),FRP 纖維強(qiáng)化金屬(Fiber reinforced metal),FRM 纖維強(qiáng)化陶瓷(Fiber reinforced ceramic)FRC,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,纖維強(qiáng)化橡膠,天然樹(shù)汁液涂于布上 輪胎,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,纖維強(qiáng)化塑膠FRP,高模數(shù) (modulus或稱(chēng)彈性率 )樹(shù)脂陸續(xù)研制成功，使復(fù)合材料的種類(lèi)逐漸增多，應(yīng)用范圍擴(kuò)大。 石墨纖維 /環(huán)氧樹(shù)脂、克維拉纖維 /環(huán)氧樹(shù)脂、碳素纖維 /聚醞亞胺樹(shù)脂、碳素纖維 /碳素(carbon/carbon,C/C)等組合而邁向所謂尖端復(fù)合材料 的開(kāi)發(fā)與實(shí)用化階段，并繼續(xù)發(fā)展至今。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,纖維強(qiáng)化金屬FRM,將耐熱性、高模數(shù)、高強(qiáng)度纖維埋入金屬基材可以復(fù)合成耐熱性?xún)?yōu)異的復(fù)合材料。 FRM的加工比FRP困難。以致FRM產(chǎn)量的增加及應(yīng)用范圍的擴(kuò)大都比FRP緩慢。 B/Al(棚纖維/鋁金屬)可作為結(jié)構(gòu)材料。 發(fā)展至近年能用于金屬?gòu)?fù)合材料的金屬有Al、Mg、Ti、Cu、Pb等，至于纖維有B、 SiC、B4C/B、SiC/B。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,纖維強(qiáng)化陶瓷FRC,陶瓷的弱點(diǎn)是脆性，優(yōu)點(diǎn)是耐高熱。 陶瓷復(fù)合材料屬無(wú)機(jī)材料，其發(fā)展的歷史沒(méi)有塑膠復(fù)合材料的長(zhǎng)久，應(yīng)用范圍比塑膠復(fù)合材料窄。 陶瓷復(fù)合材料，是在陶瓷基材 (ma田X)中加入須晶(whisker)或長(zhǎng)纖維等，以增加其剛性。,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,比強(qiáng)度與比彈性率之關(guān)系,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,各種材料的耐熱溫度,佳工機(jī)電網(wǎng) www.newM,玻璃纖維,由組成玻璃的物質(zhì)經(jīng)過(guò)高溫熔融。延