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常用的合金材料的使用 论飞机所使用的合金材料 摘要飞机是人们生活中经常使用到的交通工具，它的结构复杂，所用到的材料也是范围广泛今天我们来谈谈它主要用到的合金材料，并且眺望飞机材料以后的发展前景 关键词：飞机材料合金 一、材料分类 飞机上的合金材料主要有铝合金、镁合金、钛合金和镍钼钨合金等，其中铝合金材料占飞机用料50%--70%左右，镁合金材料占飞机用料5%--10%左右，现代化的飞机，钛合金的用量比重越来越大，而镍钨钼合金则用于飞机发动机 1、铝合金 铝是一种轻金属，比重2.7左右由于地球的吸引力的作用，要求飞机质量越轻越好飞机越轻，飞的越高、越快、越远，装载量越大但是铝的强度低，好在飞机不是拖拉机，它在空中飞行，不会碰到别的物体，所以，飞机的蒙皮大部分是用铝合金压制的，还有前机匣，飞机框架，肋条等 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用随着科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。

纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ：32~40%，ψ：70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材，抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态σb值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σb值分别可达24～60kgf/mm2这样使得其“比强度”（强度与比重的比值σb/ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上 铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能2008年北京奥运会火炬“祥云”就是铝合金制作的 2、镁合金 镁比铝更轻，比重2.1--2.3左右，熔点300度左右。

强度更低用来制造不承重的部件、壳体例如各种活门壳体，油泵壳体等镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金其特点是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右），比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性 镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料镁的重量比铝轻，比重为1.8，强度也较低，只有200～300兆帕（20～30公斤/毫米2），主要用于制造低承力的零件 镁合金在潮湿空气中容易氧化和腐蚀，因此零件使用前，表面需要经过化学处理或涂漆德国首先生产并在飞机上使用含铝的镁合金镁合金具有较高的抗振能力，在受冲击载荷时能吸收较大的能量，还有良好的吸热性能，因而是制造飞机轮毂的理想材料镁合金在汽油、煤油和润滑油中很稳定，适于制造发动机齿轮机匣、油泵和油管，又因在旋转和往复运动中产生的惯性力较小而被用来制造摇臂、襟翼、舱门和舵面等活动零件。

民用机和军用飞机、尤其是轰炸机广泛使用镁合金制品例如，b-52轰炸机的机身部分就使用了镁合金板材635公斤，挤压件90公斤，铸件超过200公斤镁合金也用于导弹和卫星上的一些部件，如中国“红旗”地空导弹的仪表舱、尾舱和发动机支架等都使用了镁合金中国稀土资源丰富，已于70年代研制出加钇镁合金，提高了室温强度，能在300°c下长期使用，已在航空航天工业中推广应用 3、钛合金 钛也是一种轻金属，比重4.5左右，比铝重，但是强度很高，很耐高温，熔点1660多度，钛是造飞机的理想材料，飞机发动机，防弹部位，强化部位，加固部位，燃烧室，涡轮轴，涡轮盘，喷口等，大多数是用钛合金材料制造的 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比铝、钢强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能1950年美国首次在f-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件钛合金在军用飞机中的用量迅速增加，达到飞机结构重量的20%～25%70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上马赫数大于2.5的飞机用钛主要是为了代替钢，以减轻结构重量又如，美国sr-71高空高速侦察机（飞行马赫数为3，飞行高度26212米），钛占飞机结构重量的93%，号称“全钛”飞机当航空发动机的推重比从4～6提高到8～10，压气机出口温度相应地从200～300°c增加到500～600°c时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金，或用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，以减轻结构重量70年代，钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%～30%，主要用于制造压气机部件，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。

航天器主要利用钛合金的高比强度，耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件 4、镊钼钨合金 是造发动机的理想材料飞机发动机的温度高达2000多度，一般的材料是不行的，只有钛钨钼合金才能胜任 二、今后发展 1、高性能化 高性能是指轻质、高强度、高模量、高韧性、耐高温、耐低温，抗氧化、耐腐蚀等材料的高性能对降低飞行器结构重量和提高结构效率、提高服役可靠性及延长使用寿命极为重要，是航空航天材料研究不断追求的目标 2、特殊功能化 材料在光、电、声、热、磁上的特殊功能是支撑某些关键技术以提高飞行器机动性能和突防能力的重要保证如以红外材料为基础的光电成像夜视技术能增强坦克、装甲车、飞机、军舰及步兵的夜战能力，红外成像制导技术可大大提高导弹的命中率和抗干扰能力，以新型固体激光材料为基础 3、复合化 复合化已成为新材料的重要发展趁势之一业内专家指出，航空复合材料未来20～30年将迎来新的发展时期，甚至引发航空产业链的革命性变革，包括设计理念的创新和设计团队知识的更新，航空产品供应链的战略性改变，新型复合材料技术不断出现（如混杂复合技术、源于自然界中珍珠贝壳结构启发的仿生复合技术），以及对航空维修业提出前所未有的挑战。

4、智能化 智能化是航空航天材料重要发展趁势之一智能复合材料将复合材料技术与现代传感技术、信息处理技术和功能驱动技术集成于一体，将感知单元（传感器）、信息处理单元（微处理器）与执行单元（功能驱动器）联成一个回路，通过埋置在复合材料内部不同部位的传感器感知内外环境和受力状态的变化，并将感知到的变化信号通过微处理器进行处理并作出判断，向功能驱动器发出指令信号；而功能驱动器可根据指令信号的性质和大小进行相应的调节，使构件适有关变化整个过程完全自动化，从而实现自检测、自诊断、自调节、自恢复、保护等多种特殊功能智能复合材料是传感技术、计算机技术与材料科学交叉融合的产物，在许多领域展现了广阔的应用前景，例如飞机的智能蒙皮与自适应机翼就是由智能复合材料构成的一种高端的智能结构 5、整体化 整体化制造不仅可减少机械装配件数量，节约材料和工时，还能减少因装配失误埋下的事故隐患铝合金一直是航空航天重要结构材料，用铝合金厚板（厚度＞6mm）制造飞机整体部件如机身框架、机翼壁板、翼梁、翼肋等是重要发展趋势之一 6、低维化 低维化是指维数小于3的材料的应用，具体来说包括二维（超薄膜）、一维（碳纳米管）和准零维（纳米颗粒）材料。

其中碳纳米管在航空航天中的应用得到了广泛的研究，用它制备复合材料也取得了较大进展 7、低成本化 航空航天材料从过去单纯追求高性能发展到今天综合考虑性能与价格的平衡，低成本化贯穿材料、结构设计、制造、检测评价以及维护维修等全过程对碳纤维复合材料而言，其制造成本在整个成本中占有相当大的比例；因此，其低成本制造技术应投入足够关注各种低成本制造技术发展很快，尤其是以树脂传递成型（rtm）为代表的液体成型技术和以大型复杂构件的共固化/共胶接为代表的整体化成型技术等均得到了很大的发展 第8页 共8页。