飞机结构与系统(第五章 飞机结构材料).ppt

第五章 飞机结构材料 材料的选择 材料的选择 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 合金结构材料 复合材料 复合材料 复合材料 复合材料 复合材料 复合材料 复合材料 复合材料 复合材料 复合材料 复合材料 本章思考题 南京航空航天大学民航学院 本章内容 材料的选择 合金结构材料 铝合金 镁合金 钛合金 钢铁合金 复合材料 1. 性能方面的考虑 比强度； 比刚度； 腐蚀和脆化现象； 疲劳； 裂纹扩展特性和断裂韧性； 环境稳定性。 2. 某些特殊部位尚应考虑 腐蚀与磨损； 与其他材料的兼容； 磨蚀； 温度特性和电位特性。 3. 经济性的考虑 可获得性和易生产性； 材料的成本； 制造特性（包括从原材料到最终成品件的各个生产环节的制造特性）； 一、铝合金 1. 特点 较高的比强度(σ b/ρ )、比刚度(E /ρ ) 、疲劳强度，工艺性能好。 2. 分类 变形铝合金（借助变形生产板材、型材、冲压件、锻件） 防锈铝(LF)、硬铝(LY)、超硬铝(LC)、锻铝(LD)、铝锂合 金。 铸造铝合金（通过铸造成型） 主要合金元素：Si，Cu，Mg，Zn，稀土等。 Al-Si系合金占绝大多数(常称为硅铝明)。 一、铝合金 3. 应用 铸造铝合金：用于铸造外形复杂、使用温度高（可达200°C～ 300°C）的零件。 莱特兄弟的“飞行者一号”：发动机机体、曲轴箱。 早期应用于不甚重要的二级构件，如把手、托盘、支架、内舱门 上世纪80年代逐步应用于机身关键受力件：如boeing757整体铸造电子设备检修门。F-16进气道唇口铸件：1448*533*356 (mm) 一、铝合金 3. 应用 一、铝合金 3. 应用 一、铝合金 3. 应用 二、镁合金 1. 特点 优点：密度低，仅为铝合金的2/3，减震性能好，切削加工性能 好，可焊接，铸造质量高，优良的导热、导电、电磁屏 蔽性能。 缺点：耐蚀性差，常温延展性不够，熔点低。 2. 分类 变形镁合金 MB8、MB15、MB25等。 MB8—镁-锰系，不可热处理强化，切削加工及焊接性能良 好。 MB15—镁-锌-锆系，可热处理强化，高强度，切削加工性能良好，但焊接性能较差 。 二、镁合金 2. 分类 变形镁合金 MB25—镁-锌-锆-钇系，高强度变形镁合金，通常不经热处理 。 铸造镁合金） ZM5和ZM6等。 二、镁合金 3. 应用 二、镁合金 3. 应用 镁合金在海洋气候环境下抗腐蚀性能差，使其在航空产品上的应用受到限制。 国外在镁合金的研究与应用上，一直是致力于提高镁合金的抗蚀性能，主要是采取提高镁合金的纯度的途径，如对航空上应用较多的AZ91镁合金，采用提高合金纯度，最大程度降低合金中重金属杂质铜、镍、铁的含量。研究出适宜压铸的AZ91D和适宜砂型、金属型和溶模铸造的AZ91E高纯镁合金。 AZ91E铸镁合金的抗蚀性能已接近欧美国家航空上广泛应用的A357铸造铝合金的抗蚀性能。 三、钛及钛合金 1. 特点 优点：很高的比强度和热强性，耐蚀性好（表面氧化膜可以稳定 到550°C） 。 缺点：切削、热加工性能差，冷加工性能差，硬度低，耐磨性差。 2. 分类 纯钛（工业纯钛） 熔点1667度，密度4.5，强度与低碳钢相似，可直接应用于航空产品，如制造在350°C以下工作的飞机构件，如超音速飞机蒙皮等。 钛合金 α型（TA）、β型（TB）、（α+β）型（TC）钛合金 ； 铸造钛合金(ZT)。 三、钛及钛合金 3. 应用 三、钛及钛合金 3. 应用 钛产量中约80%用于航空和宇航工业。 B-1轰炸机的机体结构材料中，钛合金约占21%，主要用于制造机身、机翼、蒙皮和承力构件。 F-15战斗机的机体结构材料，钛合金用量达7000kg ，约占结构重量的34%。 波音757客机的结构件，钛合金约占5%，用量达3640 kg。 三、钛及钛合金 3. 应用 发动机构件：AlloyC(Ti-35V-15Cr) 阻燃钛合金应用于F/A-22 动力上的高压压气机机匣、导向叶片和矢量尾喷管 受力构件：