航空结构材料
7页1、航空航天超高强度钢的研究现状xx1,xx21xx 材料学院 xx 班 xx 号2xx 材料学院 xx 班 xx 号摘要:室温条件下抗拉强度大于1400 MPa、屈服强度大于1200 MPa的钢被称为超高强度钢,通常还要求具有良好的塑韧性、优异的疲劳性能、断裂韧性 和抗应力腐蚀性能。超高强度钢是应用范围很广的一类重要钢种,大量应用于火 箭发动机壳体、飞机起落架、防弹钢板等性能有特殊要求的领域。按其物理冶金 学特点,超高强度钢大体可以分为低合金超高强度钢、二次硬化超高强度钢和马 氏体时效钢。目前,典型的低合金超高强度钢是AISI 4340和D6AC;典型的二 次硬化型中,合金超高强度钢是 HY180 和 AF1410。关键字:航空航天;超高强度钢;研究现状。1. 引言随着航空工业的快速发展,开发强度高 (15861724MPa)、断裂韧性好 (125 MPa m1/2)、可焊接性好的新型航空材料成为发展方向。以往的通过改变 合金成分来提高超高强度钢的强度和韧性已很困难,所以要想有所突破,就要从 开发新工艺、新技术方向着手,为此就很有必要深入学习超高强度钢的研究发展 历程以及其制造工艺。2.
2、 超高强度合金钢材料的研究进展2.1 低合金超高强度钢AISI 4340是最早出现的低合金超高强度钢,也是低合金超高强度钢的典型 代表。美国从20世纪40年代中期开始研究4340钢,通过降低回火温度,使钢 的抗拉强度达到16001900MPa。1955年4340钢开始用于F-104飞机起落架。300M 钢在 1966 年后作为美国的军机和主要民航飞机的起落架材料而获广 泛的应用, F-15、 F-16、 DC-10、 MD-11 等军用战斗机都采用了 300M 钢,此外 波音747 等民用飞机的起落架及波音 767 飞机机翼的襟滑轨、缝翼管道等也采 用 300M 钢制造。尽管以 4340 和 300M 钢为代表的低合金超高强度钢具有高强度,但它们的 断裂韧性和抗应力腐蚀能力都比较差,因而其应用受到了一定的限制。美国于 60年代初开始研制D6AC,由AISI 4340钢改进而成,被广泛用于制造战术和战 略导弹发动机壳体及飞机结构件。到了 70 年代中期, D6AC 逐渐取代了其它合 金结构钢,成为一种制造固体火箭发动机壳体的专用钢种。美国新型地空导弹 “爱国者”,小型导弹“红眼睛”,大中
3、型导弹“民兵”、“潘兴”、“北极 星”、“大力神”等,美国航天飞机的p 3.7m助推器壳体也采用D6AC钢制造。 D6AC还曾用于制造F-111飞机的起落架和机翼轴等。苏联开始研制低合金超高强度钢的时间大体上与美国同步,具有自己的钢种 体系,最有代表性的是30XCH2A和40XH2CMA (3 S 643)钢。40XH2CMA是在 40XH2MA基础上发展起来的,40XH2CBA是用W代替40XH2CMA中Mo而成的。近 十几年来他们又研制了新型经济型的低合金超高强度钢 35XCH3MlA(BKC-8)和 35XC2H3M10 A(BKC-9),其抗拉强度分别可达到 18002000MPa 和 19502150MP&我国低合金超高强度钢的研究开始于20世纪50年代,一是仿制国外已有的 牌号,五六十年代主要以仿制前苏联的钢种为主,如30CrMnSiNi2A, 70年代开 始以仿制美国的钢种为主,如4340、 300M、 D6AC 等。二是根据我国的资源情况 和工程的需要,自主开发研制了具有我国特点的低合金超高强度钢,如406钢等。 我国成功仿制了一系列国外钢种,在许多重大工程中发挥了很大
4、作用。最早研制 的30CrMnSiNi2A是仿制前苏联30XCH2A钢生产的。70年代开始仿制美国的钢 种,最具代表性的有 40CrNi2MoA 钢,是仿 4340 钢研制而成的 FS:PAGE; 40Si2Ni2CrMoVA钢是仿美国的300M钢研制的,45CrNiMo1VA是仿D6AC钢研制 的。50 年代,我国立足国内资源,走自我研制的道路,先后研制出一系列新型 合金钢种,无镍铬的 35Si2Mn2MoVA,不含镍的 406、D406A、40CrMnSiMoVA(GC-4), 含少量镍的37Si2MnCrNiMoVA等。406钢是我国自行设计、自行研制最成功的典 范,它是为解决航天固体火箭发动机壳体材料而研制的超高强度钢。为了提高材 料的韧性又开发了 D406A。2.2 二次硬化超高强度钢二次硬化超高强度钢特点是在480550C范围回火(或时效)后,析出合金碳 化物产生强化效应,强度和硬度明显提高,具有硬化峰值,表现出二次硬化特征, 同时韧性提高。HY180钢是1965年由美国U.S 钢公司开发出来的优良高韧性超 高强度钢,其化学成分(重量百分比)为:0.10C、lONi、8Co
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