PDF《航空金属结构材料》

2000 余 个牌号(含类别、品种与规格) ,基本上能满足第二代航空产品批生产的要求.对正在研 制或即将定型的第三代航空产品所需的关键材料,如高强铝合金、热强钛合金、超高强度 结构钢、不锈钢、聚合物基复合材料以及定向和单晶高温合金等,从技术上看已具备试用 或技术鉴定的条件. 我国即将研制的新一代战斗机 (第四代) 及其配套的高推重比发动机, 要求材料具有更高的比强度、比模量和耐高温性能及更优良的光、声、电、磁等特殊功能. 迫切需要发展高性能、价格适中的聚合物基、金属基和陶瓷基复合材料、铝锂合金、高强 高温和阻燃钛合金、新型超高强度钢、定向和单晶高温合金、粉末高温合金、金属间化合 物等结构材料,以及隔热、抗氧化、耐磨、耐蚀、密封、润滑、高性能透明、吸波、微电 子、光电子、传感器、信息与存储材料等功能材料.上述结构材料和功能材料,在

85 、 ・3・

95 、

105 材料预先研究计划中分别有所安排,在

115 材料预先研究计划中仍将继 续择优安排攻关. 第2节 航空材料的发展方向及应用趋势 进入二十一世纪,航空材料正朝着高性能化、高功能化、多功能化、结构功能一体化、 复合化、智能化、低成本化以及与环境相容化的方向发展[2] .现结合本期培训是以航空锻 铸技术为主,故侧重于讨论航空金属结构材料的发展方向及应用趋势问题. 近几十年来,尽管无机非金属材料、高分子材料和复合材料发展很快,并且在航空器 上的应用不断扩大,但是,在飞机、发动机的结构用材中金属结构材料仍然占据着 难以 撼动 的主导地位, 见表 2-1~2-2. 表2-1 为

二、

三、 四代战斗机结构材料用量比例 (% wt.) . [3] 表2-2 为民用客机结构材料用量比例(% wt.) . 表2-1

二、

三、四代战斗机机体结构材料用量比例(%wt) [2] 第三代 第四代 第二代 中国 J8 系列 俄SU-27CK 美F/A -18 A/B 美F-22 生产型

20 世纪

70 年代

1977 1978

1997 铝合金

55 63

49 15.3 钛合金

2 15

13 38.8 钢24

10 17 7.8 树脂基复合材料

2 0.5

12 24.2 其他 余余余余表2-2 民用客机结构材料用量比例 (% wt.) [2] 铝合金 钢 钛合金 复合材料 其他 B747

81 13

4 1

1 B757

78 12

6 3

1 B767

80 14

2 3

1 B777

70 11

7 11

1 料材飞机型号代首飞 年代 机型 材料类别 %wt ・4・ DC10

78 14

5 1

2 DC11

76 9

5 8

2 无论是军用飞机或民用客机,机体结构用材的主要特点是大量选用高比强度和高比模 量的轻质、高强、高模量材料,这是提高飞机结构效率,降低飞机结构重量,延长寿命和 可靠性增长的关键措施,也是材料技术的发展方向和应用趋势.分析表 2-1

二、

三、四代 军用战斗机各类金属结构材料的用量变化可见,传统铝合金用量大幅度下降且为高纯、高强、高韧新型铝合金替代;

钛合金用量大幅度上升至达到整机结构重量的 38.8%;

而钢的用 量同样呈现下降趋势.在军用直升机方面,金属结构材料用量在逐年下降,复合材料用量 则大幅度上升. 航空发动机相当于飞机的心脏,是确保飞机使用性能、可靠性和经济性的决定性因素. 随着发动机推重比(功重比)的不断提高,先进航空发动机对金属结构材料的要求更加严 格,对高性能金属结构材料的依赖程度也愈来愈大.作为飞机动力装置的航空发动机,特 别重要的是金属结构材料要具备轻质、高强、高韧、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能,这 几乎是结构材料中最高的性能要求. 我国航空发动机自