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船王焊材
鋁合金在航天航空中的應(yīng)用(上)
返回列表 來源: 發(fā)布日期: 2021.11.04

鋁合金在飛機上主要是用作結(jié)構(gòu)材料, 如:蒙皮、框架、螺旋槳、油箱、壁板和起落架支柱等。鋁合金在航天航空中的應(yīng)用開發(fā)可分為幾個階段:50 年代主要目標是減重和提高合金比剛度、比強度;60~70年代主要目標是提高合金耐久性和損傷容限,開發(fā)出 7XXX 系合金 T73 和 T76 熱處理制度、7050 合金和高純合金;80年代由于燃油價格上漲而要求進一步減輕結(jié)構(gòu)重量;90年代至今,鋁合金的發(fā)展目標是進一步減重, 并進一步提高合金的耐久性和損傷容限。例如開發(fā) 出高強、高韌 高抗腐蝕性能的新型鋁合金,大量 采用厚板加工成復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)部件代替以前用很多零件裝配的部件,不但能減輕結(jié)構(gòu)重量,而且可保證性能的穩(wěn)定。要實現(xiàn)這一點要開發(fā)出低內(nèi)應(yīng)力的厚板材料。


1 航天航空用鋁合金鑄件

在現(xiàn)代飛機結(jié)構(gòu)件中,利用了1500~2000種鋁鑄件,根據(jù)飛機不同的使用條件和部位,主要用了三種基本的鋁合金:即高強鋁合金、耐熱鋁合金、耐蝕鋁合金。高強鋁合金主要用于飛 機機身部件、發(fā)動機艙、座椅、操縱系統(tǒng)等,在大多數(shù)情況下可替代鋁模鍛件。高強鋁合金在俄羅斯主要是鋁-銅系合金,在美國主要利用鋁-銅-系。鋁-銅系合金零件主要采用沙模鑄造生產(chǎn)。耐熱鋁合金零件主要用于靠近電動機的機艙、空氣交換系統(tǒng)等。此處的溫度達到200~400℃。與普通結(jié)構(gòu)合金和高強合金相比,該合金具有合金化程度高的優(yōu)點,屬鋁-銅-鎳系合金。耐蝕鋁合金具有足夠高的性能指標,其強度、塑性、沖擊韌性、疲勞性能和可焊性都很 好,主要具有耐蝕性,這樣就可用于水上飛機。它屬于鋁-鎂系合金和鋁-鎂-鋅系合金。


2 航天航空用大型擠壓型材

2.1 主要特點和用途
隨著科學(xué)技術(shù)的進步,鋁合金型材正向著大型化、整體化、薄壁扁寬化、尺寸高精化、形狀復(fù)雜化方向發(fā)展,應(yīng)用范圍已由民用型材料推廣到航天航空用型材,大型型材的主要特點有:①大型化和整體化;②薄壁化和輕量化;③斷面尺寸和形位公差精密化;④組織性能的均勻化與優(yōu)質(zhì)化。由于大型型材具有以上特點,給擠壓加工帶來了一系列困難。航天航空用大型擠壓型材主要有:整體帶筋壁板、工字大梁、機翼大梁、梳狀型材、空心大梁型材等。主要用作飛機、宇宙飛船等航天航空器的受力結(jié)構(gòu)部件以及直升飛機異形空心旋翼大梁和飛機跑道等。

2.2 大型擠壓型材常用合金

①低強度鋁合金:工業(yè)純鋁、3A21、5005、5A02、5A03、5086 等熱處理后不強化,其半成品在退火狀態(tài)下和冷作硬化后使用。

②中強度鋁合金分為兩組:熱處理不可強化鋁合金(5A05、5A06、5B06)和熱處理可強化鋁合金(6A02、2A70、2A06)等。

③高強度鋁合金7A04和2A12在熱處理時可急劇強化。


航空航天用鋁合金厚板

鋁合金厚板是現(xiàn)代航天航空工業(yè)重要的結(jié)構(gòu)材料,目前發(fā)達國家鋁工業(yè)界不斷開發(fā)出性能優(yōu)異的新型鋁合金厚板,其中有以下幾種常用合金,其一是 7075-T7651 鋁合金厚板,它具有高的強度、良好的韌性、抗應(yīng)力性能和抗剝落腐蝕性能,它屬于鋁-鋅-鎂-銅系超硬鋁合金,其廣泛應(yīng)用于飛機框架 、整體壁板 、起落架 、蒙皮等。其二是7055 超硬鋁合金,它是目前變形鋁合金中強度最高的合金,美國鋁業(yè)公司生產(chǎn)的7075-T77合金板材強度比7150的高出10%,比7075 高出30%,而且斷裂韌性較好,抗疲勞裂紋擴展能力強。鋁合金厚板作為航天航空用材料具有很好的綜合性能,但也存在淬火殘余應(yīng)力,殘余應(yīng)力的存在嚴重影響著材料的后續(xù)加工及其應(yīng)用,尤其是用作承受交變載荷的結(jié)構(gòu)件或在腐蝕環(huán)境下工作時,殘余應(yīng)力是造成材料過早失效甚至造成嚴重事故的一個主要原因。因此研究消除殘余應(yīng)力的方法是十分重要的。

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