科普丨航空航天的金屬材料

進入二十一世紀以來，我國航空航天事業(yè)得到的發(fā)展，所有這些，依賴的是高效的機體結構、強勁的發(fā)動機、強壯的起落架、先進的系統(tǒng)等，而構成這一切零部件基礎的主要是航空金屬材料。

下面小編帶領大家來了解一下金屬材料在航空航天領域的應用。航空航天領域的產(chǎn)品耗資巨大，即使是很小的減重也能對總成本產(chǎn)生巨大影響，因此材料的輕量化在航空航天領域至關重要。鋁合金、鎂合金、鈦合金和鎳鉬鎢合金等合金材料以其低密度、高使用壽命、優(yōu)異的耐腐蝕及耐高溫等綜合性能，在飛行器及航空航天領域被廣泛應用。

其中鋁合金材料占飛機用料50%--70%左右，鎂合金材料占飛機用料5%--10%左右，現(xiàn)代化的飛機，鈦合金的用量比重越來越大，而鎳鎢鉬合金則用于飛機發(fā)動機。

鋁合金

鋁（面心立方結構）是一種輕金屬，密度?。?rho;=2.7g/cm3），大約是鐵的 1/3，熔點低（660℃），具有很高的塑性（δ：32~40%，ψ：70~90%），易于加工，可制成各種型材、板材，抗腐蝕性能好；但是純鋁的強度很低，退火狀態(tài) σb 值約為8kgf/mm2，故不宜作結構材料。通過長期的生產(chǎn)實踐和科學實驗，人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。

鋁合金密度低，強度較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性，被廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業(yè)等方面，飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制造，以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結構重量可減輕50%以上。

鎂合金

在實用金屬中是最輕的金屬，鎂的比重大約是鋁的2/3，是鐵的1/4，比重2.1--2.3左右，熔點300度左右。具有高強度、高剛性。主要用來制造不承重的部件、殼體。例如各種活門殼體，油泵殼體等。

鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。其特點是：密度?。?.8g/cm3鎂合金左右），比強度高，比彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機物和堿的腐蝕性能好。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空、航天、運輸、化工、火箭等工業(yè)部門，用來制造低承力的零件。

鎂合金在潮濕空氣中容易氧化和腐蝕，因此零件使用前，表面需要經(jīng)過化學處理或涂漆。鎂合金具有較高的抗振能力，在受沖擊載荷時能吸收較大的能量，還有良好的吸熱性能，因而是制造飛機輪轂的理想材料。鎂合金在汽油、煤油和潤滑油中很穩(wěn)定，適于制造發(fā)動機齒輪機匣、油泵和油管，又因在旋轉和往復運動中產(chǎn)生的慣性力較小而被用來制造搖臂、襟翼、艙門和舵面等活動零件。

鈦合金

鈦也是一種輕金屬，比重4.5左右，比鋁重，但是強度很高，很耐高溫，熔點1660多度，是造飛機的理想材料，飛機發(fā)動機，防彈部位，強化部位，加固部位，燃燒室，渦輪軸，渦輪盤，噴口等，大多數(shù)是用鈦合金材料制造的。

鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發(fā)，并得到了實際應用。20世紀50～60年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金，70年代開發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發(fā)展鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機、壓氣機部件，其次為火箭和高速飛機的結構件。

鎳鉬鎢合金

是造發(fā)動機的理想材料。飛機發(fā)動機的溫度高達2000多度，一般的材料是不行的，只有鎳鎢鉬合金才能勝任。

高強鋼

高強鋼通常使用在要求有高剛度、高比強度、高疲勞壽命，以及具有良好中溫強度、耐腐蝕性和一系列其它參數(shù)的結構件中。無論是在半成品生產(chǎn)中，還是在復雜結構件的構造中，尤其是在以焊接作為最終工序的焊接結構件生產(chǎn)中，鋼材都是不可替代的材料。

長期以來，飛機制造業(yè)使用最多的鋼材，是強度水平為1600-1850MPa、斷裂韌性約為77.5-91MPa每平方米的中合金化高強鋼。目前，在保持同樣斷裂韌性指標的條件下，已將鋼材的強度水平提高到了1950Mpa。還開發(fā)出了新型經(jīng)濟合金化的高抗裂性、高強度焊接結構鋼，開發(fā)強度性能水平為2100-2200Mpa的高可靠性結構鋼；高強度耐蝕鋼強度水平與中合金結構鋼相近，可靠性參數(shù)大大超過中合金結構鋼。

隨著高分子材料被應用在制作飛機的材料上，使得飛機的性能越來越好。在航空工業(yè)中，腐蝕與防腐是個重要的問題，可是一般的金屬防腐蝕的效果很差，由于高分子材料耐酸，堿，鹽介質(zhì)的腐蝕性優(yōu)于金屬和其他的合金材料，故被應用在飛機的制作上。另外，高分子材料具有密度小，強度大的優(yōu)點，這對減輕飛機本身的質(zhì)量和減少能源的消耗都有重要的意義。