从目前来看,航空材料已经成为材料科学的一个极为重要的独立分支。人们常说,“一代材料,一代飞行器”,可见航空材料在一定程度上对飞机的发展和创新起到决定作用。当然航空材料的发展和进步,也反映了一个国家的结构材料的技术水平。
一百多年来,飞机机体的航空材料结构经历了四个阶段,现在已经跨入了第五阶段了。
第一阶段
第一阶段始于1903年,止于1919年。这一阶段是 木、布结构 。
这一阶段的飞机结构较为简单,主要用到的材料有木材、蒙布、金属丝、钢索等,早期飞机用木三夹板、木条等来做飞机大梁和飞机骨架,采用亚麻布做机翼的翼面,而这就是飞机的木布结构。自然,世界上第一架飞机“飞行者”号飞机为木制骨架,布蒙皮双翼机。
第二阶段
第一阶段始于1920年,到1949年。这一阶段是 铝、钢结构 。
1925年以后,许多国家逐渐用钢管代替木材做机身骨架,用铝板做蒙皮,制造出全金属结构飞机。然而,早在1912年,就有人尝试用铝来替代木材,制作一架全金属飞机。1912年德国人汉斯·雷斯涅尔成功设计了世界上第一架用纯铝制成的全金属单翼飞机。在20世纪30年代,金属的使用才逐渐成为普通的常用的飞机材料结构。
第三阶段
从1950年到1969年,第三阶段是 铝、钛、钢结构 。
1953年,美国道格拉斯公司出产的DC-T机发动机的防火壁和短舱上首次使用钛材。到了20世纪50年代中期,钛合金开始被应用于航空上,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。由于钛的性能,比如耐热性能好,常被用于飞机的高温部位。因为钛和钛的合金大量用于航空工业,所以有"空间金属"之称。
第四阶段
1970年-21世纪初,这一阶段是 铝、钛、钢、复合材料结构 。 以铝为主 。
在20世纪60年代末期,树脂基先进复合材料的发现,使其成为航空结构材料,后来在碳、硼纤维树脂基复合材料的基础上,又出现了金属及复合材料,也被用于航空航天领域。1970年美国F-14战机(下图),其中的机体结构中有36%的铝合金(依然以铝为主)、25%的钛合金、15%的钢、4%的非金属材料,还有20%的复合材料。1989年,美国F-22战机(上图),其飞机结构中复合材料使用量达到24%。
第五阶段
21世纪初至今,这一阶段是 复合材料、铝、钛、钢结构 。以复合材料为主。
因为复合材料的比模量、比强度、比重等优势,复合材料将是未来飞机的首选航空材料结构。目前,美国贝奇飞机制造公司制造出世界第一架全复合材料密封飞机,这架飞机由2600个部件组成,部件少。而且这架飞机仅载客10人。当然,这种飞机具有航速快、重量轻等优点。
1、飞机是航空材料做的。
2、通常包含金属材料(结构钢、不锈钢、高温合金、有色金属及合金等)、有机高分子材料(橡胶、塑料、透明材料、涂料等)和复合材料。
3、新型航空材料及先进工艺发展很快,如高强度铝合金、钛合金、高温合金、超高强度钢、复合材料、隐身材料及定向凝固叶片技术、定向共晶叶片技术、粉末高温合金属轮盘制造技术等,为第四代、第五代飞机的发展提供了物质保障。
高温合金主要牌号:
固溶强化型铁基合金:
GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140
时效硬化性铁基合金:
GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132、GH2135、GH2136、GH2302、GH2696
固溶强化型镍基合金:
GH3030、GH3039、GH3044、GH3028、GH3128、GH3536、GH605,GH600
时效硬化型镍基合金:
GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169、GH4145、GH4090
国外的高温合金叫包含inconel系列 incoloy系列 Hastelloy系列
成分和性能
镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因,一是镍基合金中可以溶解较多合金元素,且能保持较好的组织稳定性;二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物γ'[Ni3(Al,Ti)]相作为强化相,使合金得到有效的强化,获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度;三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗yang化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素,其中Cr主要起抗yang化和抗腐蚀作用,其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为:固溶强化元素,如钨、钼、钴、铬和钒等;沉淀强化元素,如铝、钛、铌和钽;晶界强化元素,如硼、锆、镁和稀土元素等。
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