航空材料概論-緒論學(xué)習(xí)教學(xué)課件優(yōu)秀

1、航空材料概論參考書目1 .材料世界的天之驕子航空材料，清華大學(xué)出版社/暨南大學(xué)出版社，曹春曉，郝應(yīng)其 編著2 .航空航天材料，國防工業(yè)出版社，李成功，傅恒志，于翹等 編著3 .航空材料學(xué)，哈爾濱工程大學(xué)出版社，張耀良，韓廣才4. 航空材料學(xué)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，北京航空材料研究所主要內(nèi)容第一章 緒論 1.1 航空材料的特殊性 1.2 航空材料分類 1.3 航空材料的演變 1.4 航空發(fā)動機(jī)用材的演變第二章 輕合金及超高強(qiáng)度鋼 2.1 引言 2.2 鋁及鋁合金 2.3 鈦及鈦合金 2.4 鎂及鎂合金 2.5 超高強(qiáng)度鋼重點(diǎn)：鋁合金、鈦合金、鎂合金以及超高強(qiáng)度鋼的特點(diǎn)應(yīng)用 第三章 高溫合金3.1

2、引言 3.2 高溫合金基本性能概述 3.3 常用耐熱鋼及其熱處理 3.4 鎳基高溫合金 3.5 高溫鈦合金和金屬間化合物 3.6 高溫合金在航空航天中的應(yīng)用 重點(diǎn)：航空高溫結(jié)構(gòu)部件的工作特點(diǎn)及對材料的要求 第四章 先進(jìn)聚合物基復(fù)合材料 4.1 引言 4.2 復(fù)合材料增強(qiáng)體材料 4.3 復(fù)合材料聚合物基體材料 4.4 聚合物基復(fù)合材料制件的基本成型方法 4.5 功能聚合物基復(fù)合材料 重點(diǎn)：了解復(fù)合材料增強(qiáng)體材料、聚合物基體材料的種類及特點(diǎn)，了解聚合物基復(fù)合材料制件的基本成型方法，了解一些功能聚合物基復(fù)合材料第五章 先進(jìn)金屬基及無機(jī)非金屬基復(fù)合材料 5.1 引言 5.2 先進(jìn)金屬基復(fù)合材料 5.3

3、 先進(jìn)金屬間化合物基復(fù)合材料 5.4 先進(jìn)陶瓷基復(fù)合材料 5.5 先進(jìn)C/C復(fù)合材料 重點(diǎn)：掌握先進(jìn)的金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料以及C/C復(fù)合材料的性能特征以及它們在航空領(lǐng)域的應(yīng)用 第六章 高分子材料 6.1 塑料 6.2 合成纖維 6.3 橡膠及密封劑 6.4 透明材料 6.5 膠黏劑 6.6 涂料重點(diǎn)：掌握塑料、合成纖維、合成橡膠的特性以及它們在航空領(lǐng)域的應(yīng)用 第七章 先進(jìn)功能材料7.1 引言7.2 微電子材料7.3 光電子材料7.4 信息顯示、存儲與傳輸材料7.5 功能陶瓷與敏感材料7.6 隱身材料7.7 智能結(jié)構(gòu)材料重點(diǎn)：先進(jìn)功能材料的特點(diǎn)以及在航空領(lǐng)域的應(yīng)

4、用第八章 航空新材料 8.1 超塑性合金 8.2 快凝顆粒合金 8.3 非晶態(tài)金屬 8.4 納米材料 8.5 空心微球 8.6 超細(xì)纖維第一章 航空材料概述1.1 航空材料的特殊性一、幾個概念航空: 地球大氣層以內(nèi)的航行活動。航空材料： 泛指用于制造航空飛行器的材料。一架軍用飛機(jī)包括機(jī)體、發(fā)動機(jī)、機(jī)載電子和火力控制四大部分一架民用客機(jī)包括機(jī)體、發(fā)動機(jī)、機(jī)載電子和機(jī)艙四大部分可以說，航空材料涵蓋了當(dāng)前材料科技領(lǐng)域中最先進(jìn)的科技成果，從飛機(jī)的心臟-發(fā)動機(jī)，到飛機(jī)的結(jié)構(gòu)，甚至一個細(xì)小的環(huán)節(jié)都與現(xiàn)代材料高科技緊密相關(guān)。 機(jī)體材料和發(fā)動機(jī)材料是航空材料中最重要的結(jié)構(gòu)材料，而電子信息材料是航空機(jī)載裝置中最

5、重要的功能性材料，但它一般不直接算作航空材料。出于航空飛行及其安全性的考慮，航空結(jié)構(gòu)材料的特點(diǎn)是輕質(zhì)、高強(qiáng)、高可靠。 飛行器作為一個整體，還用到少量非結(jié)構(gòu)性材料，如阻尼、減振、降噪、密封材料等。 但是在現(xiàn)代航空工業(yè)技術(shù)中，功能材料用于制造各種傳感器、換能器和信息處理器，已成為航空器制導(dǎo)、測控、電子、電氣、通信、武器火控系統(tǒng)以及生命保障系統(tǒng)中不可缺少的重要材料，是現(xiàn)代航空技術(shù)先進(jìn)性的決定因素之一。微電子器件材料、光電子器件材料、傳感器敏感元件材料、信息材料和智能結(jié)構(gòu)材料等關(guān)鍵功能材料是發(fā)展的重點(diǎn)，將對未來的航空工業(yè)與其他國防工業(yè)及國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生極其重要的作用。二、航空材料的特殊性航空材料是航空工業(yè)

6、主要基礎(chǔ)。航空材料與航空技術(shù)的關(guān)系極為密切，航空航天材料在航空產(chǎn)品發(fā)展中具有極其重要的地位和作用：航空材料既是研制生產(chǎn)航空產(chǎn)品的物質(zhì)保障，又是推動航空產(chǎn)品更新?lián)Q代的技術(shù)基礎(chǔ)。1、航空產(chǎn)品特殊的工作環(huán)境對航空材料的性能要求集中表現(xiàn)在“輕質(zhì)高強(qiáng)、高溫耐蝕”。所謂“輕質(zhì)高強(qiáng)”是指，要求材料的比強(qiáng)度高，即要求材料不但強(qiáng)度（靜強(qiáng)度高、能承受大過載、疲勞強(qiáng)度高）高而且密度小。航空工業(yè)有一句口號叫做“為每一克減重而奮斗”，反映了減重對于航空產(chǎn)品的重大經(jīng)濟(jì)意義（見表1.1）。而且材料減重對飛機(jī)減重的貢獻(xiàn)也越來越大，所以輕質(zhì)高強(qiáng)是航空材料必須滿足的首要性能要求?！案邷啬臀g”的“高溫”是指航空材料要能耐受較高的工

7、作溫度。對機(jī)身材料，氣動力加熱效應(yīng)使表面溫度升高，需要結(jié)構(gòu)材料具有好的高溫強(qiáng)度；對發(fā)動機(jī)材料，要求渦輪盤和渦輪葉片材料要有好的高溫強(qiáng)度和耐高溫腐蝕性能?！澳臀g”是指航空材料要有優(yōu)良的抗腐蝕，特別是抗應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞的能力。當(dāng)然，除以上性能外，對某些材料還要求有其他方面的性能，如：非金屬材料要具有良好的耐老化性能和耐氣候性能；透明材料要具有良好的光學(xué)性能；電工材料具有良好的電學(xué)性能；以及防火安全性能等等。 2、航空產(chǎn)品的高可靠性、多樣性對航空材料提出了更高的質(zhì)量要求。航空器是技術(shù)密集、高集成度的復(fù)雜產(chǎn)品，只有采用質(zhì)地優(yōu)良的航空材料才能制造出安全可靠、性能優(yōu)良的飛機(jī)、發(fā)動機(jī)。航空產(chǎn)品的多樣性和小

8、批量生產(chǎn)，導(dǎo)致了航空材料研制和生產(chǎn)上的多品種、多規(guī)格、小批量、技術(shù)質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。3、航空產(chǎn)品降低成本的需求導(dǎo)致要發(fā)展低成本航空材料。新型號的先進(jìn)飛機(jī)價格不斷攀升，各航空技術(shù)領(lǐng)先的國家和地區(qū)都先后對航空產(chǎn)品提出了“買得起”的要求。而材料在航空產(chǎn)品的成本和價格構(gòu)成中占有相當(dāng)份額，所以科學(xué)地選材和努力發(fā)展低成本材料技術(shù)是航空材料發(fā)展的重要方向。二、航空材料性能特點(diǎn) 高的比強(qiáng)度和比剛度優(yōu)良的耐高低溫性能耐老化和耐腐蝕適應(yīng)空間環(huán)境壽命和安全三、 航空材料的發(fā)展方向(1) 高性能。要求質(zhì)輕、高強(qiáng)、高模、高韌、抗疲勞、抗振動、耐高溫、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕。(2) 高功能、多功能。用于雷達(dá)火控和隱身結(jié)構(gòu)

9、的材料要求有高功能的光、電、熱、磁特性;承載和功能一體化以及多功能化。(3) 復(fù)合化。采用樹脂基、金屬基（以鋁、鈦及金屬間化合物）、陶瓷基(SiC 或C 纖維增強(qiáng)的SiC 和Si3N4 基)、C/ C 復(fù)合材料。(4) 智能化。采用智能材料和結(jié)構(gòu),能實(shí)現(xiàn)自診斷、自適應(yīng)、自修復(fù)和壽命預(yù)測。(5) 低成本。包括原材料、制備和加工、檢驗(yàn)、評價以及維修方面的低成本。(6) 環(huán)境相容性。要求低/無污染,有良好的可回收性。1.2 航空材料的分類航空材料有不同的分類方式：一、按成份可分為四大類：金屬材料：鋁合金、鎂合金、鈦合金、鋼、高溫合金、粉末冶金合金等。無機(jī)非金屬材料：玻璃、陶瓷等。高分子材料：透明材料

10、、膠粘劑、橡膠及密封劑、涂料、工程塑料等。先進(jìn)復(fù)合材料：聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、無機(jī)非金屬基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料等。二、按使用功能可分為兩大類：結(jié)構(gòu)材料功能材料1.3 航空材料的演變一、飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料的演變（5個階段）第一階段：1903-1919，木、布結(jié)構(gòu). 圖1.1 飛行者一號（復(fù)制品）第二階段：1920-1949，鋁、鋼結(jié)構(gòu).（a）Me 109型戰(zhàn)斗機(jī)（德國，1935年）（b）噴火式戰(zhàn)斗機(jī)（英國，1936年）圖1.2第三階段：1950 1969年,鋁、鈦、鋼結(jié)構(gòu). SR-71“黑鳥”（3倍聲速）第四階段： 1970 21世紀(jì)初, 鋁、鈦、鋼、 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)（以鋁為主） 如F-

11、14（美國，1970年，圖1.3） 圖1.3 F-14“雄貓”可變后掠翼戰(zhàn)斗機(jī) F-14的機(jī)體結(jié)構(gòu)中有25%的鈦合金、15%的鋼、36%的鋁合金、還有4%的非金屬材料和20%的復(fù)合材料。由于采用了可變后掠翼，F(xiàn)-14背部有著結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱形結(jié)構(gòu)翼盒。翼盒兩端容納可變翼翼根轉(zhuǎn)軸。此部分是可變翼設(shè)計(jì)飛機(jī)的重點(diǎn)，也是飛機(jī)死重的來源。為了使翼盒重量盡可輕而又不應(yīng)影響強(qiáng)度，格魯曼采用高強(qiáng)度輕重量的鈦合金來制造。第五階段：21世紀(jì)初, 復(fù)合材料、鋁、鈦、 鋼結(jié)構(gòu)（以復(fù)合材料為主） 二十一世紀(jì)初起，復(fù)合材料開始在飛機(jī)材料中占據(jù)主動地位，其結(jié)構(gòu)重量百分比甚至超過了50%，有人說航空復(fù)合材料時代已經(jīng)到來。二、材料

12、的選擇 合理的選材，直接影響飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)性能、設(shè)計(jì)定型進(jìn)度、生產(chǎn)可行性、壽命和可靠性等，也直接導(dǎo)致飛機(jī)結(jié)構(gòu)效率的提高、重量的減輕、推重比的增加、機(jī)動性的改善、載重量的提高以及航程的增大等一系列結(jié)果。 材料選擇的總體要求飛機(jī)的選材必須要滿足幾個方面的要求：首先，飛機(jī)材料要能滿足型號設(shè)計(jì)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，在選材前必須弄清飛機(jī)使用包線、飛機(jī)壽命、使用環(huán)境、過載、飛行速度和飛行高度等一系列指標(biāo)；同時，對具體構(gòu)件來說，還應(yīng)進(jìn)一步掌握其載荷狀況、連接關(guān)系和工作環(huán)境等細(xì)節(jié)情況。 其次，飛機(jī)選材必須從整個研制周期進(jìn)行考慮。如果原型機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)度很重要，那么對一些風(fēng)險大而又不可能按設(shè)計(jì)周期來完成的材料研制項(xiàng)目，即使有發(fā)

13、展前途也可能不能選用。最后，飛機(jī)的選材還要滿足制造經(jīng)濟(jì)性要求。設(shè)計(jì)師需要保證飛機(jī)材料在整個批生產(chǎn)期間內(nèi)均能符合成本效率原則。除了與材料重量有關(guān)，經(jīng)濟(jì)性還受新合金的選用、材料工藝的特性、壓縮材料的品種和規(guī)格、材料選用的繼承性等因素影響。 大量采用高比強(qiáng)度和高比模量的輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模材料，從而提高飛機(jī)的結(jié)構(gòu)效率，降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量系數(shù)。其中又以先進(jìn)復(fù)合材料和鈦合金用量的增加，傳統(tǒng)鋁合金和鋼材的用量相應(yīng)減少的特點(diǎn)最為突出。先進(jìn)復(fù)合材料和鈦合金的用量、材料本身的性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平和零組件加工質(zhì)量已成為這些航空產(chǎn)品先進(jìn)性的主要表現(xiàn)之一。 三、機(jī)體結(jié)構(gòu)用材料的主要特點(diǎn) 從各種材料的角度分析，今后航空產(chǎn)品

14、結(jié)構(gòu)用材的發(fā)展趨勢是：鋁合金 鋁合金因其技術(shù)成熟、成本低、使用經(jīng)驗(yàn)豐富等優(yōu)勢，在相當(dāng)長的時期內(nèi)，仍將是亞音速飛機(jī)和低超音速飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)用材之一。結(jié)構(gòu)鋼 一些新型超高強(qiáng)度鋼在今后仍然還會是起落架、主要接頭、隔框等一些主要承力構(gòu)件的備選材料。鈦合金 鈦合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)用材中所占的重要地位已確定無疑，但是鈦合金的較貴的價格和較差的工藝性能，是影響使用的很大因素。先進(jìn)復(fù)合材料 由于先進(jìn)復(fù)合材料具有比鋼、鋁、鈦高得多的比強(qiáng)度、比模量和耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，在未來高性能的飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料中，先進(jìn)復(fù)合材料將會占據(jù)越來越重要的地位，甚至完全有可能出現(xiàn)全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的飛機(jī)。橡膠緊箍件鋁合金臂板 鋁合金材料接頭（7055）鋁

15、合金 機(jī)翼前緣（上）飛機(jī)油泵安裝口框（下） 樹脂基復(fù)合材料芳綸鋁合金層 各種飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件 蜂窩材料 是一種用于夾層結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)材料。芳綸紙（Nomex）蜂窩具有高的比強(qiáng)度和比剛度，突出的耐腐蝕性和自熄性，優(yōu)良的耐環(huán)境性和熱絕緣性，獨(dú)特的介電性能和高溫穩(wěn)定性，優(yōu)異的工藝性，廣泛用于航空航天、船舶、火車和體育用品。 蜂窩夾層結(jié)構(gòu) 蜂窩 鈦合金 以TC4、TB5、TB6、TB8、TA15、TC16等為代表的結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)減輕了結(jié)構(gòu)重量，提高了飛機(jī)飛行性能。 鈦合金機(jī)翼接頭飛機(jī)承力框異型筒狀零件 飛機(jī)鈦合金接頭 四、歐美新一代大型飛機(jī)的材料技術(shù)特色1. 復(fù)合材料和鈦合金的用量創(chuàng)歷史新高接頭（7055）

16、鋁合金比如A380中央翼盒的5個工字梁用RTM制成，并率先采用RFI技術(shù)制造復(fù)合材料襟翼滑軌梁。包括原材料、制備和加工、檢驗(yàn)、評價以及維修方面的低成本。各種飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件而且材料減重對飛機(jī)減重的貢獻(xiàn)也越來越大，所以輕質(zhì)高強(qiáng)是航空材料必須滿足的首要性能要求。重點(diǎn)：掌握先進(jìn)的金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料以及C/C復(fù)合材料的性能特征以及它們在航空領(lǐng)域的應(yīng)用F-14的機(jī)體結(jié)構(gòu)中有25%的鈦合金、15%的鋼、36%的鋁合金、還有4%的非金屬材料和20%的復(fù)合材料。燃燒室內(nèi)燃燒區(qū)的溫度高達(dá)18002000C，盡管引入氣流冷卻，燃燒室壁溫一般仍在900C以上,常用易成形、可焊接

17、的高溫合金(新型鎳基和鈷基合金)板材制造。（a）Me 109型戰(zhàn)斗機(jī)最后，飛機(jī)的選材還要滿足制造經(jīng)濟(jì)性要求。波音787機(jī)身的很多地板橫梁用RFI技術(shù)制造，其起落架撐桿則用RTM技術(shù)制造。最近，Howmet公司、波音公司與美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合進(jìn)行薄壁鈦鑄件的開發(fā)，選擇C-17軍用運(yùn)輸機(jī)發(fā)動機(jī)掛架為對象，各用一個整體鑄件取代由17個Ti-6Al-4V鈑金件組成的鼻帽和由多個零件、不少緊固件組成的防火封嚴(yán)件。三、 航空材料的發(fā)展方向空客民機(jī)機(jī)體上鈦合金和復(fù)合材料的用量（%）優(yōu)化的機(jī)身設(shè)計(jì)(鋁鋰合金)“一代材料，一代飛行器”是航空工業(yè)發(fā)展的生動寫照，也是航空材料帶動相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的真實(shí)描述。波音787

18、則進(jìn)一步發(fā)展為全復(fù)合材料翼盒直至全復(fù)合材料機(jī)翼。第四階段： 1970 21世紀(jì)初, 鋁、鈦、鋼、空客民機(jī)機(jī)體上鈦合金和復(fù)合材料的用量（%）復(fù)合材料在軍民用飛機(jī)上的應(yīng)用增長趨勢大型飛機(jī)鈦用量隨年代的變化707727737747747-SP757767777787A380A340A320C-5C-17A300C-17運(yùn)輸機(jī)鈦用量10.3%（鈦零件總重6.8噸）鋁合金用量69.3%，鋼用量12.3%復(fù)合材料用量8.1%歐洲軍用運(yùn)輸機(jī) A400M復(fù)合材料用量35%40%空中“泰坦尼克”A380，鋁合金61%，復(fù)合材料用量22%，鈦合金用量10%?？罩锌蛙?A350復(fù)合材料用量 37%鋁鋰合金用量23%

19、鋁合金用量11%鈦合金用量9%鋼用量14%其它用量6%波音787復(fù)合材料用量50%，鋁合金用量20%，鈦用量15%，鋼用量10%垂直穩(wěn)定面尾翼水平穩(wěn)定面纖維復(fù)合材料襟翼阻流板機(jī)翼箱發(fā)動機(jī)艙罩主起落架艙門前起落架艙門機(jī)頭A380選用纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的部位副翼波音787選材以及防火安全性能等等。航空材料與航空技術(shù)的關(guān)系極為密切，航空航天材料在航空產(chǎn)品發(fā)展中具有極其重要的地位和作用：航空材料既是研制生產(chǎn)航空產(chǎn)品的物質(zhì)保障，又是推動航空產(chǎn)品更新?lián)Q代的技術(shù)基礎(chǔ)。A400M 翼身接頭也是鈦鍛件。實(shí)踐表明，用自動鋪放的TiGr層板的性能高于手工鋪疊的TiGr層板。此部分是可變翼設(shè)計(jì)飛機(jī)的重點(diǎn)，也是飛機(jī)

20、死重的來源。 一大型軍用運(yùn)輸機(jī)用的鈦合金鑄件1.航空發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)是體積小,功率大,各部件的工作條件嚴(yán)酷，特別是轉(zhuǎn)動件在不同的溫度、載荷、環(huán)境介質(zhì)（空氣，燃?xì)猓┫鹿ぷ?，大多須用比?qiáng)度高、耐熱性好和抗腐蝕能力強(qiáng)的材料制造。大型飛機(jī)鈦用量隨年代的變化空中“泰坦尼克”A380，鋁合金61%，復(fù)合材料用量22%，鈦合金用量10%。雖然F/A-22敢于采用Ti-6Al-4V大型整體鑄件制造翼身接頭，但考慮到大型飛機(jī)更高的安全性要求，目前設(shè)計(jì)師們還不敢立即選用鈦合金鑄件制造大型飛機(jī)翼身接頭。二十世紀(jì)四十年代的渦輪進(jìn)口溫度約為800900，采用了16-25-6鐵基合金。2. 一些具有新意的材料技術(shù)嶄露頭角(1

21、) 波音787復(fù)合材料整體機(jī)身段(2) A380率先在中央翼盒上大量采用復(fù)合材料（原為全金屬結(jié)構(gòu)）。波音787則進(jìn)一步發(fā)展為全復(fù)合材料翼盒直至全復(fù)合材料機(jī)翼。A380中央翼盒重11噸，其中復(fù)合材料4.5噸，減重1.5噸。(3) 液態(tài)復(fù)合成形(LCM)已作為成熟的工程技術(shù)應(yīng)用于新一代大型飛機(jī)。 由于LCM技術(shù)具有成本低、周期短、質(zhì)量高、工作環(huán)境好和有利于結(jié)構(gòu)整體化等優(yōu)點(diǎn)，使原來在減重方面就占優(yōu)勢的樹脂基復(fù)合材料如虎添翼，顯著增強(qiáng)了與金屬材料的競爭力。 LCM可分為RTM（樹脂轉(zhuǎn)移模塑）和RFI（樹脂薄膜浸滲）兩種制備技術(shù)。 比如A380中央翼盒的5個工字梁用RTM制成，并率先采用RFI技術(shù)制造復(fù)

22、合材料襟翼滑軌梁。波音787機(jī)身的很多地板橫梁用RFI技術(shù)制造，其起落架撐桿則用RTM技術(shù)制造。(4) 波音787、A350等大型客機(jī)用的GenX發(fā)動機(jī)采用了復(fù)合材料前風(fēng)扇機(jī)匣和帶鈦前緣的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片復(fù)合材料風(fēng)扇葉片在GE90上使用近十年來未出現(xiàn)任何問題。GE90的成功使用，使GenX放心地正式選用帶鈦前緣的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片。(5) A380和波音787分別選用了層間混雜復(fù)合材料（纖維金屬層板）GLARE和TiGr金屬金屬纖維/樹脂金屬纖維/樹脂第一代ARALL第二代GLARE第三代CARE第四代TiGr 與ARALL相比，GLARE的密度較高和模量較低，但其成本顯著降低，而且顯著提高了疲

23、勞性能、拉伸強(qiáng)度、壓縮性能、沖擊性能和阻尼性能，因此GLARE層板一問世，就引起世界各大飛機(jī)制造公司的關(guān)注。九五期間BAIM的疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，3/2GLARE的疲勞壽命為膠接鋁板的2335倍,這是由于纖維的橋接作用降低了鋁板裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)后裂紋以近似恒定的速率擴(kuò)展。 在A380 上 GLARE機(jī)身壁板一共有27塊，最長的一塊為11米，總覆蓋面積達(dá)470平方米（見下一頁的圖）。圖中的橄欖色給出了GLARE在A380機(jī)身上的使用位置，此外GLARE還用在垂直尾翼的前緣和水平穩(wěn)定面上。GLARE用量占A380總結(jié)構(gòu)重量的3%，使A380結(jié)構(gòu)重量減輕800Kg，還提高了使用

24、壽命和可維修性，成本卻與鋁材相近。 由于CARE很難徹底解決碳纖維與鋁合金之間的接觸腐蝕問題，因此迄今無商品化產(chǎn)品，而TiGr既無電化學(xué)腐蝕問題，又可進(jìn)一步提高綜合性能（特別是高溫性能），因此就應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)報導(dǎo)，波音公司將選用TiGr制造B787的機(jī)翼和機(jī)身蒙皮。TiGr還可以用來作為蜂窩夾層的面板。實(shí)踐表明，用自動鋪放的TiGr層板的性能高于手工鋪疊的TiGr層板。(6) A380是首次推出全鈦掛架的飛機(jī)，A350也采用全鈦掛架，均選用退火的Ti-6Al-4V ELI。全鈦合金掛架GERP后機(jī)身GERP外機(jī)翼機(jī)盒優(yōu)化的機(jī)身設(shè)計(jì)(鋁鋰合金)采用激光焊接(7) 新型高強(qiáng)高韌近型鈦合金Ti-5Al

25、-5V-5Mo-3Cr-1Zr首次在A380平臺上閃亮登場這是空客公司與俄合作在BT22(Ti-5Al-5V-5Mo-1Cr-1Fe)基礎(chǔ)上研發(fā)的一種新合金，已選用于A380機(jī)翼與掛架的連接裝置，它那令人驚異的強(qiáng)度與韌性之間的優(yōu)良組合受到了設(shè)計(jì)師們和鈦合金工作者的青睞。(8) 在F/A-22，V-22等軍用飛機(jī)上迅猛崛起的鈦合金精鑄技術(shù)正逐步進(jìn)入大型飛機(jī)領(lǐng)域。 1999年，B777的發(fā)動機(jī)后安裝框架鈦合金精鑄件在零件靜力試驗(yàn)成功后已用于B777。這是首次在民機(jī)上獲得成功應(yīng)用，由于客機(jī)在安全可靠性方面的更高要求，故這一開端具有重要意義。 近期，A380客機(jī)的鈦合金剎車扭力管已由英國Doncast

26、ers公司采用離心熔模精鑄技術(shù)制成，這是歐洲首次采用鈦合金剎車扭力管精鑄件取代以往的鍛件。 最近，Howmet公司、波音公司與美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合進(jìn)行薄壁鈦鑄件的開發(fā)，選擇C-17軍用運(yùn)輸機(jī)發(fā)動機(jī)掛架為對象，各用一個整體鑄件取代由17個Ti-6Al-4V鈑金件組成的鼻帽和由多個零件、不少緊固件組成的防火封嚴(yán)件。目前已達(dá)到1.27mm厚度的要求，并引入新生產(chǎn)的 C-17飛機(jī)。60個鼻帽鑄件在全壽命期可節(jié)約320萬美元，防火封嚴(yán)件改用薄壁鑄件后可降低成本70%以上。 一大型軍用運(yùn)輸機(jī)用的鈦合金鑄件 雖然F/A-22敢于采用Ti-6Al-4V大型整體鑄件制造翼身接頭，但考慮到大型飛機(jī)更高的安全性要

27、求，目前設(shè)計(jì)師們還不敢立即選用鈦合金鑄件制造大型飛機(jī)翼身接頭。例如B787的兩個鈦合金翼身接頭特大鍛件正是該機(jī)最大的金屬件。A400M 翼身接頭也是鈦鍛件。(9) 第三代鋁鋰合金在A350、A380上的大量應(yīng)用是空客新一代飛機(jī)的一大特色 A380已正式選用鋁鋰合金制造地板梁，正打算用作機(jī)身蒙皮和下翼面的桁條。A350已選用鋁鋰合金制造機(jī)身蒙皮和地板結(jié)構(gòu)等，其用量高達(dá)總結(jié)構(gòu)重量的23%。東山再起的主要原因是在不斷優(yōu)化成分的基礎(chǔ)上推出了2094、2195、2097、2197等第三代合金。這些合金的共同特點(diǎn)是降低了鋰含量和優(yōu)化了銅等合金元素的含量，從而控制了Al3Li相的析出，解決了第二代合金出現(xiàn)的

28、上述問題。第三代鋁鋰合金取代2124、2024鋁合金制成的零部件在F-16戰(zhàn)斗機(jī)上的成功驗(yàn)證也是東山再起的重要原因。(10) 新型高強(qiáng)鋁合金7085的問世為特大鍛件在A380上的應(yīng)用開辟了道路 已有高強(qiáng)鋁合金的鍛件或厚板的厚度均有一定限制，例如7055 限于 38mm，7150雖較理想，其厚度也不允許大于 120mm。為了能獲得厚度更大的高強(qiáng)鋁合金鍛件或厚板，美國Alcoa公司開創(chuàng)了一個具有專利權(quán)的7085鋁合金，由于淬透性好，其最大厚度可達(dá)300mm。 7085鋁合金的成分特點(diǎn)是鋅鎂比大和控制的Fe、Si含量很低（見下表）7085鋁合金的化學(xué)成分7085鋁合金的基本性能 7085合金制成的A

29、380飛機(jī)后翼梁是迄今為止最大的一個飛機(jī)模鍛件，尺寸為6.4米長，1.9米寬，重約3900公斤。 Alcoa公司與飛機(jī)制造商合作制造一支線飛機(jī)的緊急出口艙門用的7085鋁合金整體鍛件，將零件數(shù)由147個減至40個，緊固件由1400個減至450個，使裝配時間減少80%，生產(chǎn)占地面積減少60%，成本降低2025%，減重20%。 一、簡介 制造航空發(fā)動機(jī)的汽缸、活塞、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、軸和尾噴管等主要部件所用的各種結(jié)構(gòu)材料。 航空發(fā)動機(jī)早期采用鋁合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼和不銹鋼等制造；后期為適應(yīng)增加發(fā)動機(jī)推力、提高飛機(jī)飛行速度的需要，鈦合金、高溫合金和復(fù)合材料相繼得到應(yīng)用。1.4 航空發(fā)動機(jī)用材

30、航空發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)是體積小,功率大,各部件的工作條件嚴(yán)酷，特別是轉(zhuǎn)動件在不同的溫度、載荷、環(huán)境介質(zhì)（空氣，燃?xì)猓┫鹿ぷ?，大多須用比?qiáng)度高、耐熱性好和抗腐蝕能力強(qiáng)的材料制造。航空發(fā)動機(jī)的使用期限不盡相同,軍用飛機(jī)發(fā)動機(jī)一般為1001000小時；民用機(jī)發(fā)動機(jī)甚至要求1萬小時以上,所用材料的組織和性能須保持長時間穩(wěn)定。二、航空發(fā)動機(jī)用材的演變 用鑄鋁合金、合金鋼制造的活塞式航空發(fā)動機(jī)，在1903年裝備了第一架螺旋槳式飛機(jī)。 40年代到50年代初有了高溫合金，渦輪噴氣發(fā)動機(jī)才得以研制成功，使飛機(jī)的飛行速度超過了音速。 60年代由于鑄造高溫合金和鈦合金的應(yīng)用和發(fā)展，渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)得以研制成功。 70年代定

31、向凝固高溫合金空心渦輪葉片、粉末高溫合金渦輪盤和新的鈦合金的出現(xiàn)，使渦輪進(jìn)口溫度提高到1370C，使渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的推重比達(dá)到8以上。 活塞式航空發(fā)動機(jī) 汽缸一般用強(qiáng)度達(dá) 1000 兆帕(約100公斤/毫米2)的中碳鉻-鉬-鋁鋼制做,以便表面滲氮,提高耐磨性和耐蝕性?；钊脧?qiáng)度為300兆帕（約30公斤/毫米2）的鍛造鋁合金制作，再嵌裝上合金鑄鐵漲圈，起耐磨和封嚴(yán)的作用。聯(lián)桿和曲軸用優(yōu)質(zhì)的鉻鎳合金鋼制造，有耐磨要求的部位還經(jīng)過滲碳或氮化處理。 渦輪噴氣發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)的零部件工作溫度一般低于650,要求用比強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度高、抗沖擊和耐腐蝕的材料制造。離心式壓氣機(jī)的葉輪使用高強(qiáng)度鋁合金。軸流式壓氣機(jī)的

32、前風(fēng)扇葉片用鈦合金。低壓轉(zhuǎn)子的輪盤和葉片用鋼和鋁合金，發(fā)展趨勢是全部用鈦合金。高壓轉(zhuǎn)子的輪盤和葉片用耐熱鋼，發(fā)展趨勢是用高溫合金。前機(jī)匣用鋼或鈦合金制造，有的機(jī)匣為了隔音還需要用吸音材料。燃燒室內(nèi)燃燒區(qū)的溫度高達(dá)18002000C，盡管引入氣流冷卻，燃燒室壁溫一般仍在900C以上,常用易成形、可焊接的高溫合金(新型鎳基和鈷基合金)板材制造。 為了防止燃?xì)鉀_刷、熱腐蝕和隔熱，常噴涂防護(hù)涂層。彌散強(qiáng)化合金不需涂層即可用于制造耐1200C的燃燒室。燃燒室用的材料均可用于制造加力燃燒室和尾噴管。 制造渦輪葉片和渦輪盤的材料是影響發(fā)動機(jī)性能的重要材料。適宜于制造渦輪葉片的材料有鑄造鎳基合金?，F(xiàn)代試驗(yàn)型發(fā)

33、動機(jī)的渦輪進(jìn)口溫度已達(dá)到1650C，更高的要求達(dá)到1930C。正在研制定向單晶、定向共晶、鎢絲增強(qiáng)鎳基合金和陶瓷材料，研制彌散強(qiáng)化鎳基合金和新型粉末渦輪盤合金，以適應(yīng)更先進(jìn)發(fā)動機(jī)的渦輪葉片和渦輪盤的需要。 葉片材料經(jīng)歷了鑄造合金、定向凝固合金和單晶合金的發(fā)展歷程，國外現(xiàn)役發(fā)動機(jī)葉片材料主要采用第二代和第三代單晶合金。這些單晶合金由于富錸易產(chǎn)生脆性相，近年來研究加入釕或銥以減少脆性傾向，開發(fā)出第四代單晶。葉片技術(shù)發(fā)展的趨勢是將結(jié)構(gòu)一材料工藝統(tǒng)一考慮，即開發(fā)lamiloy技術(shù)，采用鑄造及激光打孔工藝直接制造發(fā)散冷卻孔道。1、渦輪葉片材料 2、渦輪盤材料二十世紀(jì)四十年代的渦輪進(jìn)口溫度約為800900，采用了16-25-6鐵基合金。五十年代，隨著渦輪進(jìn)口溫度提高到950，出現(xiàn)了沉淀硬化合金，應(yīng)用沉淀強(qiáng)化原理使合金具有更高的高溫強(qiáng)度。到七十年代，進(jìn)口溫度提高到了1240，出現(xiàn)了Rene 95合金和粉末冶金高溫合金。對航空產(chǎn)品性能的要求日益攀升，要求使用推重比更高、經(jīng)濟(jì)性更好的航空發(fā)動機(jī)。軍用發(fā)動機(jī)的推重比已經(jīng)達(dá)到10，如美國的F119發(fā)動機(jī)已裝備了F22戰(zhàn)斗機(jī)。民用大推力渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)如GE90、PW4073/4084、Trent800等早已為B777、A330等大型寬體客機(jī)所選用。在這些先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)中