《飞机结构材料基础知识.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《飞机结构材料基础知识.ppt(32页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、飞机结构,第五章 飞机结构材料,第五章 飞机结构材料 1 材料选择,1 材料选择,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。,第五章 飞机结构材料 1 材料选择,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);,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,2 合金结构材料,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,一、铝合金,1. 特点 较高的比强度( b/ )、比刚度(E /
2、 ) 、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)。,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,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200C 300C)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
3、体铸造电子设备检修门。F-16进气道唇口铸件:1448*533*356 (mm),第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,一、铝合金,3. 应用,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,一、铝合金,3. 应用,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,一、铝合金,3. 应用,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,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
4、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 。,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,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。,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,二、镁合金,3. 应用,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,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
5、,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。,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,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550C) 。 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350C以下工作的飞机构件,如超音速飞机蒙皮等。 钛合
6、金 型(TA)、型(TB)、(+)型(TC)钛合金 ; 铸造钛合金(ZT)。,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,三、钛及钛合金,3. 应用,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,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。,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,三、钛及钛合金,3. 应用 发动机构件:AlloyC(Ti-35V-15
7、Cr) 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:钛基复合材料应用于F16主起落架下部后撑杆,替代 300M钢,相比减重40%。 大型构件:F/A-22 的中机身有四个很大的Ti-6Al-4V 整体式隔 框,其中最大的“583”隔框锻件重2770kg,投影面积5.53平米, 是迄今为止最大的航空用钛合金锻件。,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,四、合金结构钢,航空工业使用的结构钢主要是低合金结构钢,即合金元素在5% 以内的合金钢。 分类及应用 表面硬化钢(低碳钢) 渗碳钢、渗氮钢、碳氮共渗钢。 如12CrNi3A,18Cr2Ni4WA等。 通过
8、表面热处理得到坚硬耐磨的表面层和适当韧性的心部组织, 用于制造轴、重要齿轮、活塞等零件。,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,四、合金结构钢,分类及应用 低合金高强度钢 具有良好的综合力学性能,如高的屈强比和塑性,较低的脆性转 变温度和高的疲劳性能,热成形形、切削加工性较好 ; 如18Mn2CrMoBA、40CrA、30CrMnSiA等。 用于制造强度高、韧性好的零件。,第五章 飞机结构材料 2 合金结构材料,四、合金结构钢,分类及应用 超高强度钢 抗拉强度大于1400Mpa的钢。 常用的有:30CrMnSiNi2A,300M钢等。 用于制造重要的受力构件,如机翼主梁、对接接头、起落架等。
9、,第五章 飞机结构材料 3 复合材料,3 复合材料,由两种或两种以上分别称为基体和增强体组分材料组成的材料。 1. 特点 优点:很高的比强度和比刚度,良好的抗疲劳性和破断安全性,对应力集中敏感度低,减振性好,很好的耐蚀性和无线电透波性,成型工艺性好。 缺点:各向异性,层间强度低,机械连接复杂,对冲击损伤敏感;对湿/热环境较敏感。,第五章 飞机结构材料 3 复合材料,2. 分类 分类方法较多,且不统一, 按基体类型分:树脂基和金属基复合材料,其中树脂基复合材料用量最大。 按增强材料种类和形状分:纤维增强、颗粒增强、层叠增强等复合材料。 纤维增强复合材料:以纤维为增强材料,以树脂、金属或其他物质为
10、基体构成,常用纤维有玻璃纤维、碳纤维和硼纤维等。 颗粒增强复合材料:由微小粒状金属粉或陶瓷等物质和基体构成,基体可以是金属或 树脂。 层叠增强复合材料:由两层或多层材料构成。,第五章 飞机结构材料 3 复合材料,2. 分类 按性能分:结构复合材料和功能复合材料。 结构复合材料:指用于结构零件的复合材料,可以是金属基或树脂基。多以纤维增强的树脂基复合材料为主。 功能复合材料: 指具有某种物理性能 的复合材料,如将有 关金属细粒复合于塑 料中,可使这种细粒 复合塑料具有导电、 导热、导磁等性能。,第五章 飞机结构材料 3 复合材料,3. 应用,航空结构材料性能,第五章 飞机结构材料 3 复合材料,
11、3. 应用 美国于六十年代开始复合材料的发展阶段;七十年代初首先 在军机上开发应用。 就其发展大致可分为三个阶段: 第一阶段,应用于受载不大的构件,如各类操纵面:舵面、副翼、扰流片等,口盖、阻力板、起落架舱门、发动机罩和其他次结构上。 第二阶段,应用于承力大的结构和主结构上,如安定面、全动平尾和主受力结构机翼上。 第三阶段,进一步应用于复杂受力结构,如机身、中央翼盒等。,第五章 飞机结构材料 3 复合材料,3. 应用,某军用机结构材料,第五章 飞机结构材料 3 复合材料,3. 应用,某客机结构材料,第五章 飞机结构材料 3 复合材料,3. 应用,表 民用飞机结构用材料重量百分比,第五章 飞机结
12、构材料 3 复合材料,3. 应用 国外先进战斗机的复合材料使用量已达结构重量的 25%,占到机体表面积的80%左右。F-22达26%,F-35达35%。 空客380的复合材料占总重的20%. 美国波音公司boeing787“梦想 ”飞机,复合材料的用量占总 结构重量的50%,(铝合金20%,钛合金15%,钢5%,其他 10%),是第一个使用复合材料建造机翼、机身的大型商用 喷气客机。,第五章 飞机结构材料 3 复合材料,波音787,第五章 飞机结构材料 3 复合材料,4. 我国航空复合材料现状 我国参与了波音787和空客380飞机项目。如: 波音787飞机: 哈飞生产的翼身整流罩 、沈飞生产的垂尾。 成飞的方向舵成为全球唯一承包商。 空客380飞机: 沈飞生产前起落架舱的部分复合材料构件; 西飞生产电子舱门。 我国战斗轰炸机“飞豹”大量采用了复合材料。,第五章 飞机结构材料 思考题,思 考 题 飞机上常用的材料有哪些 钛合金的优、缺点 什么是复合材料,其优缺点,