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      大型航空鍛件材料應(yīng)用現(xiàn)狀

      [ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時(shí)間:2021-11-25 | 瀏覽:16180 ]

      航空鍛件一般選用高比強(qiáng)度、比剛度的材料,大型航空鍛件用材料主要包括鈦合金、超高強(qiáng)度鋼、鋁合金三大類。

      大型航空鍛件用鈦合金

      鈦合金由于其高比強(qiáng)度、比剛度、耐蝕性等優(yōu)異性能,在航空工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)減重和零件的使用壽命提高都有顯著效果。特別是對(duì)于軍用飛機(jī), 一些重要的結(jié)構(gòu)部件如翼梁、隔框、起落架等廣泛采用鈦合金鍛件加工而成,單件重量高,尺寸和截面積大。

      鈦航空鍛件

      例如波音 B747 飛機(jī)主起落架支架梁 8 個(gè)件號(hào)采用 Ti-6Al-4V 鈦合金鍛件,單件重 1724 kg,長度 6.2m,投影面積 4.1m2。空客 A380 飛機(jī)兩個(gè)六輪三軸小車式主起落架載重梁采用 Ti-1023 鈦合金鍛件,長 4.255m,重量 3210 kg。美國洛克希德公司研發(fā)的第四代戰(zhàn)斗機(jī) F22 隔框采用 Ti-6Al-4V ELI 鍛件,單件重量達(dá) 771kg 以上,投影面積 4.06m2。

      目前航空用鈦合金主要牌號(hào)有 TC4、TC18、TC21、TA15、TB6 ( 美 Ti-1023 合 金 ) 等。其中TC18 由于淬透性最大,適合制造大型鍛件,目前國內(nèi)應(yīng)用最多。俄羅斯根據(jù)波音和空客等民機(jī)需求,在 TC18 合金基礎(chǔ)上,通過降低易偏析元素 Fe 的含量,開發(fā)了 Ti-55531 鈦合金。Ti-55531 強(qiáng)度較高, 而且具有優(yōu)越的淬透性和更寬的加工窗口,目前已在 A380 飛機(jī)吊掛接頭和起落架支柱等零件上使用,

      國內(nèi) C919 飛機(jī)也開展了國產(chǎn)材料研制工作, 國內(nèi)重型直升機(jī)也正在利用此材料研發(fā)大型直升機(jī)槳轂中央件。目前收集到的數(shù)據(jù)表明: Ti-55531 與 TC21、TC18 相比,抗拉強(qiáng)度較高,塑性和斷裂韌性較低,但 Ti-55531 在 Δk =11 MPa·m12條件下的抗裂紋擴(kuò)展能力明顯優(yōu)于 TC21 和 TC18 合金,說明其裂紋萌生壽命較長,疲勞極限較高,適合長壽命設(shè)計(jì)。

      大型航空鍛件用超高強(qiáng)度鋼

      室溫條件下抗拉強(qiáng)度大于 1400 MPa、屈服強(qiáng)度大于 1200 MPa 的鋼稱為超高強(qiáng)度鋼, 通常還要求具有良好的塑韌性、優(yōu)異的疲勞性能、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能。航空用超高強(qiáng)度鋼主要用于起落架、傳動(dòng)齒輪、主軸承和對(duì)接螺栓等關(guān)鍵構(gòu)件。

      中國于 20 世紀(jì) 50 年代初研制成功 30CrMnSiNi2A 超高強(qiáng)度鋼,抗拉強(qiáng)度為 1700MPa。20 世紀(jì) 70 年代初, 結(jié)合中國資源條件, 研制成功 32Si2Mn2MoVA 和 40CrMnSiMoVA 鋼。

      1980 年以來,從國外引進(jìn)新技術(shù),采用真空冶煉新工藝,先后研制出 34Si2MnCrMoVA (406A) 、35CrNi4MoA、40CrNi2SiMoVA (300M) 和 18Ni 馬氏體時(shí)效鋼。超高強(qiáng)度鋼的研發(fā)為中國航空工業(yè)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著超高強(qiáng)度鋼的不斷研究發(fā)展,大型航空鍛件用超高強(qiáng)度鋼主要有以下幾個(gè)發(fā)展方向:

      (1) 2200 MPa 級(jí)以上超高強(qiáng)度鋼。在保證強(qiáng)度的前提下,塑性、韌性、疲勞性能、裂紋擴(kuò)展速度和抗。應(yīng)力腐蝕等綜合性能優(yōu)于廣泛應(yīng)用的 300M 鋼水平。(2) 超高強(qiáng)度不銹鋼,作為下一代艦載飛機(jī)起落架的備選材料。(3) 低成本超高強(qiáng)度鋼,用于性能要求不高的場(chǎng)合,例如民用飛機(jī)、大型無人機(jī)等。

      鈦合金鍛件

      大型航空鍛件用高強(qiáng)度鋁合金

      鋁合金由于具有密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、塑性和加工性能好、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn),在航空方面一直是飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的主要材料之一。當(dāng)今世界各國航空鍛件用鋁合金主要是2XXX 系( 2024、2224、2324、2424、2524 等) 和超高強(qiáng)度系的 7XXX 系( 7075、7475、7050、7150、7055、7085 等) 。

      2XXX 系鋁合金屬于 Al-Cu-Mg 系合金,被稱為高強(qiáng)度硬鋁,是用途最廣泛的鋁合金之一,抗拉強(qiáng)度為 400 ~ 500 MPa,比 7XXX 系鋁合金的室溫強(qiáng)度低,但耐熱性、疲勞特性,特別是抗疲勞裂紋擴(kuò)展性都優(yōu)于 7XXX 系鋁合金。典型代表 2124 廣泛應(yīng)用于 F22、F35 的主體結(jié)構(gòu)。7XXX 系鋁合金屬于 Al-Zn-Mg-Cu 系合金,這類合金具有高的比強(qiáng)度和硬度、較好的耐蝕性和較高的韌性、優(yōu)良的加工性能。典型代表是 7050 鋁合金,在大型航空鍛件方面主要用于加強(qiáng)框、承力梁及接頭等主承力結(jié)構(gòu)。

      我國通過微合金化以及熱處理制度等方式研制了 7A85 鋁合金,與國外 7085 鋁合金性能相當(dāng)。7A85 鋁合金較 7075、7175、7050 合金大幅度提高了 Zn 的含量,降低 Mg 的含量,并對(duì) Fe、Si 等雜質(zhì)元素含量進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,使得 7A85 合金在保持較高強(qiáng)度水平下,還具有韌性好、疲勞強(qiáng)度高和抗應(yīng)力腐蝕性能好等優(yōu)良綜合性能。與 7050-T7452 鍛件比較,7A85 鍛件具備了更高的淬透性,淬透層深度可達(dá)到 305 mm,而 7050 淬透層厚度為 203 mm, 更適合制造厚大截面航空零件。

      國外 7085 合金已在大型民用飛機(jī) A380 客機(jī)的機(jī)翼主梁、肋等結(jié)構(gòu)獲得成功應(yīng)用,該機(jī)翼主梁長 6.4m、寬 1.9m, 重達(dá) 3.9t,是目前世界上最大的鋁合金鍛件之一。

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