机械工程材料论文.docx

1机械工程材料论文题目：先进铝合金在航空航天中应用学生姓名：靖子果学号：140103231专业班级：机电一体化二班指导老师：李蒙2015 年 12 月 26 日2目 录题目：先进铝合金在航空航天中应用 ...........................................................................................11.1 铝合金的定义 ............................................................................................................................31.2 铝合金的命名 ............................................................................................................................31.3 铝的性质 ....................................................................................................................................32.1 飞机结构选材对铝合金的技术要求 .........................................................................................42.2 航空用 2000 系与 7000 系铝台金的应用与发展 .....................................................................53.1 结语 ............................................................................................................................................9参考文献 ........................................................................................................................................1031.1 铝合金的定义铝合金是纯铝参加一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。

1.2 铝合金的命名1970 年 12 月制定的变形铝及铝合金国际牌号命名体系推荐方法命名的牌号如下； 航空、航天和军事工业主要使用的铝材代表牌号是 7075、7050，2024、2124 7×××系列硬度最高，锌 Zn 在这个系列是主要的合金元素以 7075-T651 铝合金位代表制品，其机械性能超过低碳钢 2×××系列综合性能最好，铜 Cu 在这个系列是主要的合金元素，在热处理后其机械性能会相等或超过低碳钢 以上这两个系列的生产水平是代表一个国家的军事实际力量 1×××系列为纯铝 3×××系列，锰 Mn 在这个系列是主要的合金元素 4×××系列，硅 Si 在这个系列是主要的合金元素 5×××系列，镁 Mg 在这个系列是主要的合金元素 6×××系列，硅 Si 和镁 Mg 在这个系列是主要的合金元素1.3 铝的性质物质的用途决定于物质的性质由于铝有多种优良性能，因而铝有着极为广泛的用途 (1)铝的密度很小，仅为 2.7 g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝；防锈铝、铸铝等这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业此外，宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。

例如，一架超音速飞机约由 70%的铝及其合金构成船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千吨 (2)铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的 2/3，但密度只有铜的 1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途 (3)铝是热的良导体，它的导热能力比铁大 3 倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等 4(4)铝有较好的延展性（它的延展性仅次于金和银），在 100 ℃～150 ℃时可制成薄于 0.01 mm 的铝箔，这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品 (5)铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器，医疗器械，冷冻装置，石油和天然气管道等 (6)铝粉具有银白色光泽（一般金属在粉末状时的颜色多为黑色），常用来做涂料，俗称银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观2.1 飞机结构选材对铝合金的技术要求铝合金是飞机机体中最主要的结构材料对于民航飞机来说，铝台金的用量一般要占到80％以上；在现代战斗机中，铝台金的用量也在 60％左右。

20 世纪 90 年代以来，从亚音速民用飞机的选材情况来看，虽然铝台金的用量有所减少，但高纯、高强、高韧、耐腐蚀等先进铝合金的用量增长较侠，在 2000 年之后的增长幅度将更大表 1 所示是飞机结构设计准则变化而引起的对铝合金性能需求发展历程可以看出，现代飞机结构选材对铝台金最主要的要求是高比强度、高比刚度、高断裂韧性、低裂纹扩展速率、抗疲劳、耐腐蚀和低成本等表 1 航空工业发展对铝合金的性能需求飞机上的不同部位对材料的要求差别较大，表 2 给出了现代民航飞机不同结构部位对铝舍金性能 r 的关键要求以新一代美国渡音公司的 B 一 777 客机为例，其不同结构部位选用了不同的新型先进铝台金，其杰出代表是在机身蒙皮等部位选用了高损伤容限、抗疲劳、耐腐蚀的 2524 一 T3，T4 ，T36 铝合金，在上机翼翼面、机翼梁、框、肋等部位采用了7150 一 T77 和 7055—117 等超高强度铝合金5变形铝合金在飞机各部位的典型应用见表 32.2 航空用 2000 系与 7000 系铝台金的应用与发展2000 系 (A1．Cu 系)和 7000 系 (AI—Zn 系) 铝合金在航空铝合金中的用量最大也是最重要的，往往作为承力结构件而被广泛采用。

铝合金在航空上的应用最早可以追溯到 20 世纪初莱特兄弟用 AI—Cu—Mn 铸造铝台金制备飞机发动机的曲柄箱体早在 1903 年德国人 Wilm 就对AI—Cu Mg 系合金进行了研究，并于 1906 年发现了铝合金的沉淀硬化现象，由此开发出第一个可热处理强化的铝合金，从此，揭开了铝合金飞速发展的序幕61920 年德国率先开发出了 2017 一 T4 合金，并应用于 Junker F13 机身结构上20 世纪 30年代，美国 AIcoa 公司开发出了 2014 一 T6、2024 一 T4 以及 2024 一 T3 包铝合金，并将这些台金应用到 DC 一 3 飞机中由于当时的飞机设计中对材料追求高强度，因此，为满足航空铝合金静强度的需求，促使人们开展了对 A1 一 Zn—Mg 系台金的研究该系台金可在空气中淬火，强化效果也高于 2000 系铝合金，但是由于该系台金存在着严重的应力腐蚀现象而未得到广泛应用20 世纪 40 年代初发现：Cu 可大大提高 A1 Zn—Mg 系合金的强度，而且在一定程度上可改善该系台金的耐蚀性；Mn，Cr 等元素可显著改善 Al—zn—Mg 系台金的抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀性能。

这样，在第二次世界大战期间就发展了属于 A1 一Zn—Mg—Cu 系的高强铝台金 7075 一 T65l，并应用于 B 一 29 大型轰炸机上随后又发展了强度更高的 7178—1"651 台金，并应用于波音 707 上，但该合金未得到进一步应用和发展1954 年因 3 架用 7075 合金制造机体的喷气式飞机坠毁，从而促使航空界认识到材料的损伤容限应该作为飞机机体选材的一个准则20 世纪 60 年代，由于航空工业的飞速发展，飞机越来越大型化，在飞机上开始使用厚大截面结构，因此出现了机体结构的应力腐蚀问题2024 一 T3，7075 一 T6 在短横向上均有应力腐蚀开裂倾向为解决 7000 系铝合金的应力腐蚀等问题，研究成功了 7075 一 n3 工艺，该工艺虽然解决了 7075 台金的抗应力腐蚀问题，但却使合金的静强度损失了 15％左右随后，又研制了牺牲较小强度而抗应力腐蚀性能满足要求的 7075 一 T76 工艺，从而使 7075 台金广泛应用于 DCl0，L1011 等飞机上在2000 系铝台金方面，20 世纪 50 年代开发出了 2219 合金，该合金易于焊接，高、低温性能良好，可在一 269～300 ℃温度范围内使用。

20 世纪 60 年代，英国和法国为适应发展超音速客机的需求，共同开发出了 2618 合金，该台金具有优秀的高温蠕变抗力，因此被广泛用于制造飞机发动机中的高温工作零件在 20 世纪 70 年代以前，航空铝合金的主力军是 2024 和 7075 台金，这些合金至今仍然是许多现役机种的主要机体用材近 30 多年来，航空铝台金取得了许多重大进展为满足飞机失效安全设计的要求，研究成功了 7475 合金，该合金在具有高强度的同时具有优异的断裂韧性，主要用于生产 T61 和 T761 状态的薄板，以及 T65l，T7651 和 T7351 状态的厚板，该台金很快在 F16 战斗机及一些民用飞机上获得应用在美国海军和空军的支持下，1971 年舢 coa 公司开发出了 7050 一 T74 合金，该合金是美国开发的第一个含 zr 的 7000 系铝台金，其静强度和抗应力腐蚀性能均优于 7075 台金，主要用来生产耵 651 和 T7451 状态的厚板，T7651l 和 173511 状态的挤压件，T7452 状态的自由锻件，T74 状态的模锻件和 T73 状态的线材，以及包铝的 7050 一 T76 薄板等，该台金在 F18 舰载机等机种上获得了应用。

同一时期，欧洲开发出了 7010 合金，该合金披空客等大型客机和许多欧洲的军机大量采用20 世纪 70 年代后期，为满足波音 757／767 飞机的设计要求，Alcoa 公司又研制出了 7150 一 T6 台金，随后为满足腐蚀性能的要求，开发出了 T6l 热处理工艺，已用于渡音 757／767，空客 A310、麦道 MD 一 11 等机型中：2000系铝台金在此期间也获得了较快发展，1970 年 Alcoa 公司研制成功 2124 一T351，2124 ．T851 厚板，1978 年研制成功 2224 合金，主要用来生产 T351 1 挤压型材，用于制造波音 767 等飞机的部分结构件后来 Alcoa 和 t13,eing 联台开发出了 2324．7"39 合金．主要用来制造厚板和薄板，该合金也在波音 767 飞机上获得了应用¨“…进入 20 世纪 80 年代后，虽然出现了铝锂台金、快速凝固铝合金、复合材料等新材料的竞争，但是传统的 2000 系和7000 系铝合金仍显示出了强大的生命力首先是 7150 一 T77 热处理工艺的成功，它第一次在铝合金中实现了既满足腐蚀性能的要求，而同时又不牺牲舍金的强度。

后来又通过调7整合金成分、降低 Fe，si 等杂质元素含量、改进生产工艺等手段，Alcoa 公司发展出了7055 一 ”7 超高强铝台金板材和 2524．T3 超高疲劳强度板材 7055—1]7 台金的强度。