《常用航空材料》PPT课件.ppt

第一章 常用航空材料,前言,材料是人类社会发展的重要物质基础，是现代科学技术和生产发展的重要支柱之一，也是一个国家科技水平与工业水平的体现。当前大飞机的立项与神舟7号的成功，为国人长志气，为世人所瞩目，是我国宇航工作者的骄傲，也是材料工作者的光荣。,一代材料技术 一代大型飞机,第一阶段（19031919年）：木、布结构第二阶段（1920 1949年）：铝、钢结构第三阶段（1950 1969年）：铝、钛、钢结构第四阶段（1970 21世纪初）：铝、钛、钢、复材料结构（以铝为主）第五阶段（21世纪初）：复合材料、铝、钛、钢结构（以复合材料为主）,C-17运输机,钛用量10.3%（钛零件总重6.8吨）铝合金用量69.3%，钢用量12.3%复合材料用量8.1%,欧洲军用运输机 A400M,复合材料用量35%40%,空中“泰坦尼克”A380，铝合金61%，复合材料用量22%，钛合金用量10%。,空中客车 A350,复合材料用量 37%铝锂合金用量23%铝合金用量11%,钛合金用量9%钢用量14%其它用量6%,波音787,复合材料用量50%，铝合金用量20%，钛用量15%，钢用量10%,11金属材料的力学性能及工艺性能,111 力学性能金属材料抵抗不同性质载荷的能力，通常又称为机械性能。机械性能指标：强度、塑性、硬度、韧性和抗疲劳性能等。,1、强度和塑性,金属的强度和塑性是通过拉力试验来测定。拉力试样通常有圆形截面的棒状和矩形截面的板状，在试件中间一段截面均匀的部分是试验段，其长度用l0表示，称为标距。,强 度,弹性模量（E）弹性极限（e）屈服极限（s或0.2）强度极限（b）,金属在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力叫强度。,材料的强度可分为抗拉、抗压、抗弯、抗扭和抗剪等强度。强度极限材料在断裂时承受的最大应力称为强度极限b，即b=Pb/F0(MPa)材料的强度极限b就是材料拉断时的强度，它表示材料抵抗拉伸断裂的能力，也称为拉伸强度，是评定金属材料强度的重要指标之一。,塑 性,金属在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力叫塑性。伸长率（）断面收缩率（）,塑性指标,(1)伸长率 试样拉断后，标距长度增长量与原始标距长度之比称为伸长率，即=（lk-lo）lo100%对于塑性材料，拉断前会产生明显的颈缩现象，在颈缩部位产生较大的局部伸长。(2)断面收缩率 试样被拉断后，拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比称为断面收缩率。即=(Fo-Fk)/Fo100%金属材料的伸长率和断面收缩率越大，材料的塑性越好。,2.硬度,硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。最常用的硬度法：布氏硬度法和洛氏硬度法。,布氏硬度计与洛氏硬度计,硬度计的应用范围,布氏硬度（HB）：压痕面积大，能反映出较大范围内被测试金属的平均硬度，适用于组织比较粗大且不均匀的材料，但不宜测试成品件或薄金属件的硬度，也不能测试硬度高于HB450的金属材料。洛氏硬度（HR）：压痕小，可以在制成品或较薄的金属材料上进行测试；而且，从较软材料到较硬材料，测试范围比较广泛。但对组织比较粗大且不均匀的材料，测量结果不准确。根据压头的种类和所加载荷的大小分为HRB、HRC和HRA三种。1HRC10HBS,韧性和疲劳强度,韧性是指金属试样断裂时，吸收能量的能力。韧性好的金属材料，脆性就小，断裂时，吸收能量较多，不易发生脆性断裂。对于在使用中承受较大冲击载荷的构件来说，材料的冲击韧性是很重要的性能指标。如起落架结构中的承力构件就采用强度高、韧性好的合金钢来制造。,冲击试验来测定k：势能动能对试件的冲击载荷。GH1-GH2=Ak(J)Ak 摆锤冲断试样消耗的功 k=Ak/S(Jcm2)S 试样缺口处横截面积k可用来评定材料韧性和脆性程度。,k低的材料称为脆性材料，在断裂前没有明显的塑性变形，吸收能量少，抵抗冲击载荷的能力低；k 高的材料称为塑性材料。在断裂前有明显的塑性变形，吸收能量多，抵抗冲击载荷的能力强。,疲劳强度,金属材料在交变载荷作用下发生的破坏称为疲劳破坏。金属材料抵抗疲劳破坏的能力称为疲劳强度。交变载荷和交变应力 交变载荷是指载荷的大小和方向随时间作周期性或者不规则改变的载荷。在交变载荷作用下，结构件的应力称为交变应力。,金属的工艺性能 金属接受工艺方法加工的能力称为金属的工艺性能。(1)铸造性：将熔化的金属浇铸到铸型中制造金属零件的方法叫铸造。金属的铸造性是指金属是否适合铸造的性质。铸造性好通常是指金属熔化后流动性好，吸气性小，热裂倾向小，冷凝时收缩性小等性质。铸铁、青铜等具有良好的铸造性。,(2)锻造性：,金属在冷、热状态下，由于外力作用产生变形而得到所需形状和尺寸的加工方法，称为压力加工。碾压、冲压、模锻、自由锻等都属于压力加工。金属的锻造性是指金属在加热状态下接受压力加工的能力。金属的塑性越大，变形的抗力越小，锻造性就越好。常用的金属中，低碳钢、纯铜等的锻造性比较好，而铸铁不能锻造。,(3)焊接性：,焊接工艺一般分为熔焊和钎焊两大类：熔焊：将两个工件的结合部位加热到熔化状态，冷却后形成牢固的接头，使两个工件焊接成为一个整体。一般还要在结合部位另加填充金属。熔焊一般又分为电焊和气焊。钎焊：将两个工件的结合部位和作为填充金属的钎料进行适当的加热，钎料的熔点比工件金属的熔点低，在工件金属还没有熔化的情况下，将已熔化的钎料填充到工件之间，与固态的工件金属相互溶解和扩散，钎料凝固后将两个工件焊接在一起。金属材料的焊接性是指在采用一定的焊接工艺方法、焊接材料、工艺参数等条件下，获得优质焊接接头的难易程度。,(4)切削加工性：,用切削工具进行加工时，金属表现出来的性能叫做金属的切削加工性能。金属具有较好的切削加工性通常是指切削加工时，切削力小，切削碎屑容易脱落，切削工具不易磨损，加工后容易得到光洁度较高的加工表面。材料的切削加工性能主要决定于它们的物理性能和机械性能。强度高、硬度高的材料，塑性好的材料和导热性能差的材料，其切削加工性能都比较差。,1.2黑色金属材料,介绍碳钢、铸铁以及各种合金钢的成份特点、热处理工艺、组织、性能及应用。一般了解有色金属性能特点和应用。,分为两大类,黑色金属（铁 铬 锰）铁和铁为基的合金（钢、铸铁和铁金）；有色金属 包括黑色金属以外的所有金属及其合金。,3.2 铸铁 铸铁是碳质量分数大于2.11%、含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。铸铁生产设备和工艺简单，价格便宜，具有许多优良的使用性能和工艺性能，应用广泛。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。,铸铁分类,灰口铸铁。含碳量较高（2.74.0），碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（11451250），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。白口铸铁。碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。,可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。,蠕墨铸铁。将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素（如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等）获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件。,灰铸铁 价格便宜、应用最广。灰铸铁的牌号 HT150、HT250、HT400“HT”表示“灰铁”，数字表示最低抗拉强度。灰铸铁有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种基体。灰铸铁中的碳、硅质量分数一般控制在以下范围：2.5%4.0%C;1.0%2.0%Si。,灰铸铁的应用,叶轮 发动机飞轮,箱体 启动阀,灰铸铁铸造性能优良、价格便宜，但强度较低、韧性差。制造机床床身、床头箱、阀体、叶轮、飞轮等。,1.2.2 钢,工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。,碳素钢是指含碳量不大于2.11%的铁碳合金。合金钢是指为了改善钢的某些性能而加入一定量的某种或几种合金元素所获得的铁基合金。,碳钢的不足：,碳钢淬透性低，不适易形状复杂和尺寸大的工件；只能水冷，易变形开裂，性能不均；强度和屈强比低；回火稳定性差；不能满足特殊性能的要求。耐热、耐蚀、抗氧化、耐磨、红硬性等。,2.钢的牌号我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母.,碳素结构钢,牌号:Q+数字质量等级 脱氧程度符号,例：Q235AF（屈服强度235MPa,A级沸腾钢）,（Q 屈服点“屈”字拼音首字母。数字为屈服强度数值。质量等级A、B、C、D 四级）,Q215,Q255,Q195,Q235,Q275,塑性好，钢板、钢筋、型钢、螺钉、螺帽。,强度高的型钢、钢板做较大型构件。,重要焊接结构件,优质碳素结构钢牌号用两位数字表示。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。如45钢平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素结构钢。,钢带,*说明：含Mn量为0.71.0%时，在两位数字后加元素符号“Mn”，如40Mn。,对于沸腾钢和半镇静钢,在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。,铸钢ZG+两位数字ZG表示“铸钢”；两位数字表示平均含碳量的万分之几,如ZG25.,3.钢的热处理,热处理是将固态金属或合金以一定的速度加热到一定的温度并保温一定时间，再以预定的冷却速度进行冷却，以改变其内部金相组织，从而获得所需要性能的一种工艺过程。温度和时间是影响热处理的主要因素。,一、钢热处理方法的分类,钢的热处理分为以下几种基本类型：在实际生产中又分为预备热处理和最终热处理。为使加工的零件满足使用性能要求而进行的热处理叫做最终热处理；而为了消除前一道工序造成的某些缺陷，或为后面的加工做好准备的热处理叫做预备热处理。,1）退火和正火,退火-将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，后缓冷却的热处理工艺叫做退火。,据处理的目的和要求不同，钢的退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火和去应力退火等等。,退火的目的:降低硬度,提高塑性.细化晶粒，消除内应力,（2）正火,钢材或钢件加热到临界温度以上，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的人处理称为正火。改善了材料的综合力学性能，得到较高的强度和硬度。正火与完全退火的主要差别在与冷却速度快些，目的是使钢的组织正常化，所以亦称常化处理，一般应用于以下方面：,1.作为最终热处理 正火可以细化晶粒，使组织组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强读、硬度和韧性。对于普通结构钢零件，机械性能要求不很高时，可以正火作为最终热处理。,2.作为预先热处理 截面较大的合金结构钢件，在淬火或调质处理前长进行正火，以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。对于过共析钢可减少二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为球化退火作组织准备。,3.改善切削加工性能 低碳钢或低碳合金钢退火后硬度太低，不便于切削加工。正火可提高其硬度，改善其切削加工性能。,2）淬火和回火,(1)淬火,将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火是钢的最重要的强化方法。,淬火温度的选定 一般情况下，亚共析钢的淬火加热温度为Ac以上共析钢和过共析钢的淬火加热温度为Ac1以上。,（2）回火,钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫回火。淬火钢一般不宜直接使用，必须进行回火。这是因为第一淬火后得到的是性能很脆的马氏体，并存在有内应力，容易产生变形和开裂；第二，淬火马氏体和残余奥氏体艘是不稳定组织，在工作中会发生分解，导致零件尺寸的变化，而这对精密零件是不允许的，第三，为了获得要求的强度，硬度，塑性和韧性，以满足零件的使用要求。,根据回火温度的高低，一般将回火分为三种：,（1）低温回火（150-250）,低温回火后，组织为极细的e 碳化物和低过饱和度a固溶体，形态基本不变。即为：回火马氏体+残余奥氏体。,低温回火的目的 是降低淬火应力，提高工件的韧性，保证淬火后的高硬度和高耐磨性。,应用 主要用于处理各种高碳钢工具、模具、滚动轴承以及渗碳和表面淬火的零件。,（2）中温回火（350-500）,得到铁素体基体与大量弥散分布的细粒状的混合组织，叫做回火屈氏体。,中温回火的目的 获得回火屈氏体。因为回火屈氏体具有高的弹性极限和屈服强度，同时也具有一定的韧性，硬度一般为35HRC-45HRC。,应用 主要用于处理各种弹簧及需要高屈服强度的零件。,（3）高温回火（500-650）,组织为再结晶等轴F+粗粒状Fe3C，称为回火索氏体 S。,高温回火的目的：获得良好的综合机械性能。淬火+高温回火调质处理,应用 适用于承受各种复杂载荷的重要的机械零件。如轴类件、齿轮类件等,2.表面热处理,仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺称为表面热处理，也叫表面淬火。,种类:有感应加热、火焰加热、电接触加热和电解加热等表面热处理，最常用的是前两种。,3.化学热处理,化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。种类：渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等。作用：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性能以及疲劳强度等。,2.1.3 合金钢,随着科学技术和工业的发展，对材料提出了更高的要求，如更高的强度，抗高温、高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其它特殊物理、化学性能的要求。由于碳钢已不能完全满足科学技术和工业展要求，为了提高钢的性能，在铁碳合金中加入合金元素，得到合金钢。,1、合金钢的分类,1）按合金元素质量分数总量分类,2）按用途分类,（1）低合金钢 总量低于5,（2）中合金钢 总量 510,（3）高合金钢 总量大于10,（1）合金结构钢,（2）合金工具钢,（3）特殊钢,（低合金高强度结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢）,（合金刃具钢、合金模具钢、合金量具钢）,（不锈钢、耐热钢、耐磨钢）,2.合金钢的牌号（1）低合金高强度结构钢Q+最低屈服强度值+质量等级符号Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。,如低合金高强度结构钢牌号表示为Q390A。,钢板,钢管,（2）合金结构钢和合金弹簧钢两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号+该元素百分含量数字+当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量；,当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 等数字。如20CrNi3。高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。特级优质钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。,不锈钢制管板式换热器,所有合金钢的合金元素量标法相同,（3）合金工具钢含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。,*高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).*含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之一为单位)前加数字“0”，如Cr06。,铣刀,（4）轴承钢G+Cr+铬含量(不标含碳量)“G”表示“滚动轴承钢”。*铬含量以千分之一为单位.如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同，仅在牌号头部加字母“G”，如“G20CrNiMo”。,（5）不锈钢和耐热钢含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+含碳量以千分之一为单位。,含碳量的表示方法为：当平均含碳量1.00%时，用两位数字表示，如11Cr17(平均含碳量为1.10%)；,涡轮叶片,当1.0%平均含碳量0.1%时，用一位数字表示,如2Cr13（平均含碳量为0.20%）当0.1%含碳量上限 0.03%时，以“0”表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限为0.08%）当0.03%含碳量上限0.01%时（超低碳），以“03”表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限为0.03%）,当含碳量上限0.01%时(极低碳)，以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳量上限为0.01%）。,汽轮机叶片,（6）铸钢ZG+两位数字ZG表示“铸钢”；两位数字表示平均含碳量的万分之几,如ZG25.,3.合金钢在航空上的应用,（1）超高强度钢是指强度极限b1 470 MPa(150 kgfmm2)的合金钢。目前在航空工业中使用最广泛的是低合金超高强度钢。30CrMnSiNi2A钢是航空工业中使用较为广泛的低合金超高强度钢，用于制造受力最大的重要飞机结构件，如起落架、机翼大梁、重要连接件、螺栓等。,超高强度钢,这种钢材的缺点是韧性相对较低，对应力集中比较敏感。所以，用这种钢材制成的零构件，在几何形状上都应采取光滑过渡，绝对要避免尖角的出现；构件表面质量要高，不能有压坑、冲眼等缺陷存在；经磨削或校形后，应在200250进行去应力回火；在进行表面处理时，一定要防止氢脆。4340钢的基础上加入1.6%的Si和少量的V，并略微提高C和Mo的含量，得到300M钢，使韧性得到提高。,（2）航空工业中使用的不锈钢不锈钢：能在一定的介质(如水分、空气、酸、碱、盐等)中，不产生腐蚀或抗蚀性较好的钢。在钢中加入一定量的铬(Cr)、镍(Ni)等合金元素，可以提高钢的抗腐蚀性能，制成不锈钢。铬的作用：在钢中加入铬元素的含量达到12时，可以明显减小碳化物与铁素体之间的电极电位差；若含铬量再增加，达到一定值时，还可以使钢在常温下成为单相铁素体组织。另外，铬还能在钢表面形成起保护作用的氧化膜(Cr2 O3)，使钢与周围介质隔离，阻止钢进一步氧化。,（3）航空工业中使用的耐热钢材 飞机上涡扇发动机的零部件大部分都是在高温和极其复杂的载荷条件下工作的。部件还要承受燃气中腐蚀性气体的作用。在这样条件下工作的钢部件常常会发生以下的情况：,(1)金属发生高温腐蚀：在高温下金属极容易与周围介质直接进行化学反应生成氧化皮，金属又会在潮湿含有有害物质的空气中发生电化学腐蚀。既有高温氧化，又有电化学腐蚀，称为高温腐蚀。(2)金属在高温下发生蠕变：蠕变是金属在一定的温度和应力共同作用下，产生的随时间逐渐增大的塑性变形。金属的蠕变与温度、载荷和时间有着密切的关系。温度和载荷达到一定值，才可能发生蠕变，而且温度越高、载荷越大，时间越长，蠕变量越大。(3)金属会产生裂纹或断裂。镍基耐热合金、钼基合金和金属陶瓷具有较高的热稳定性和热强度，可用来制造在高温下工作的零部件，是航空工业中主要使用的耐热材料。,13 有色金属,有色金属分为轻有色金属和重有色金属。铝、镁、钛及其合金属于轻有色金属；铜、锡、铅等属于重有色金属。轻有色金属所以能够在飞机结构中得到广泛的应用，主要的一个原因是它的强度、刚度虽然还比不上结构钢，但它的比重小，使它的比强度(强度比重)大，比刚度(弹性模量比重)与结构钢不相上下。,131铝和铝合金,1、工业纯铝性能：工业纯铝是银白色的金属，它的比重仅为钢铁比重的13。导电性、导热性很高，热膨胀性较大，在20C时的线膨胀系数约为铁的两倍。纯铝还有良好的反辐射热性能，受到辐射热时，温度升高慢，常用作涡轮喷气发动机的隔热铝箔。纯铝在大气中具有良好的耐蚀性。这是因为纯铝与氧有很强的亲合力，生成均匀而致密的Al2O3薄膜，将铝和空气隔绝起来。纯铝的强度很低，但塑性很高。可以进行冷压加工。,工业纯铝,用途：冶炼铝合金，作铝合金表面的包复材料，制作铆钉、铝箔，代替铜做导电材料。纯铝牌号为1。1050A(纯度达9950)、1035、1200。,2、铝合金的分类及牌号 1）铝合金分类变形铝合金：具有良好的塑性，适于变形加工。铸造铝合金：液态时流动性较好，适于铸造成形。变形铝合金分为不能热处理强化和能热处理强化两种。不能热处理强化：在加热和冷却过程中，固溶体不发生成分的改变，不能通过热处理的手段来强化能热处理强化：在加热和冷却过程中，发生组织变化，会析出强化相，可以通过热处理的手段进行强化。,2）变形铝合金的牌号,航空上通常采用美国铝业协会（AA）标准，用四位数字表示。四位字符体系牌号的第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（C、I、L、N、O、P、Q、Q、Z字母除外）。牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别。除改型铝合金外，铝合金组别按照主要合金元素（6XXX系按Mg2Si、Zn、其他元素的顺序来确定合金组别。牌号的第二位字母表示原始纯铝和铝合金的改型情况，A表示原始纯铝和原始铝合金，如果是BY的其他字母，则表示为原始纯铝或原始铝合金的改型。牌号的最后两位数字用以表示同一组中不同的铝合金或表示铝的纯度。,3）铸造铝合金的牌号,我国国家标准GB1173-86铸造铝合金技术条件中所列铸造铝合金的牌号，由表示铸造合金的汉语拼音字母“Z”、铝和主要合金元素的化学符号及表示其名义百分含量的数字组成。对于优质合金，在其牌号后附加字母“A”。而合金的代号，由表示“铸铝”的汉语拼音字母“ZL”及其后面的三个阿拉伯数字组成。第一个数字表示合金的系列，第二、三两个数字表示合金的顺序号。优质合金在其代号后附加字母“A”。,按照铸造铝合金的主要合金化元素，可将铸造铝合金分成五类：,1.铝-硅（Al-Si）系为基的铸造铝合金,有ZL101、ZL101A、ZL102、ZL104、ZL105、ZL105A、ZL106、ZL107、ZL108、ZL109、ZL111、ZL114A、ZL115及ZL116合金等。2.铝-铜（Al-Cu）系为基的铸造铝合金，有ZL201、ZL201A、ZL202、ZL203、ZL204A及ZL205A合金等。3.铝-镁（Al-Mg）系为基的铸造铝合金，有ZL301、ZL303及ZL305合金等。4.铝-锌（Al-Zn）系为基的铸造铝合金，有ZL401及ZL402合金等。5.铝-稀土金属（Al-RE）为基的铸造铝合金，如ZL207合金。,3变形铝合金按照性能和用途不同，变形铝合金可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻铝合金四类。国际变形铝合金的标记法中，铝锰合金(3000系列)和铝镁合金(5000系列)是防锈铝合金，铝铜合金(2000系列)是硬铝合金，铝锌合金(7000系列)是超硬铝合金，而铝镁硅合金(6000系列)是锻铝合金。,(1)防锈铝合金(3、5系列)铝锰合金和铝镁合金具有很高的抗蚀性，称为防锈铝合金。它们都属于不能热处理强化的铝合金，为了提高强度，应采用加工硬化。常用的铝锰防锈铝合金是21号防锈铝，牌号为3A21。它的抗蚀性很高，接近纯铝；强度不高，塑性好，焊接性能好，切削加工性能差。在飞机上主要用来制造油箱、油管、铆钉等。常用的铝镁防锈铝合金是5A02、5A06和5805。它具有较高的抗蚀性、良好的塑性和焊接性，这些都与3A21接近。由于镁的固溶强化效果比较明显，所以它的强度比3A21高，而且比重小、抗疲劳性能好，因而在飞机上用来制造油箱、油管、铆钉和中等强度的冷压、焊接结构件。,(2)硬铝(2系列)铜和镁是硬铝中主要的合金元素。性能：硬铝合金比强度高的合金，而且韧性和抗疲劳性能较好，特别是自然时效状态比人工时效状态抗疲劳性能更好，断裂韧性更高。它又具有良好的塑性，可以进行压力加工。另外，淬火后有一个时效孕育期，给变形加工带来一些便利。硬铝合金在使用中必须注意的一些问题：抗蚀性能差，对应力腐蚀、晶间腐蚀都比较敏感。因此，使用时应进行防腐保护。熔焊性能差。熔焊时有形成结晶裂缝的倾向。大都采用铆接。淬火温度范围很窄。误差大约在510范围内。控制温度比较困难。淬火处理时，在要求的温度下保温热透后，从炉中到淬火介质的转移时间不能过长(一般不超过15 s)，以求得到细化的晶粒，否则，会降低材料抗晶间腐蚀的能力。,飞机结构上常用的硬铝合金有：2024硬铝：含有较多的铜镁合金元素，具有较高的强度和硬度。热处理方法是淬火后在室温下经45天自然时效，可得到较高的抗拉强度和韧性；淬火后，人工时效可得到较高的屈服强度和耐蚀性能。淬火后，在室温下有1.5 h孕育期，可在这段时间内进行变形加工。2017硬铝：含有中等数量的铜镁合金元素，硬度、强度比2024低，但塑性高，易于进行冷压成型。热处理方法是淬火后在室温下自然时效。孕育期约为2 h。,(3)超硬铝(7075),在硬铝基础上加入金属锌Zn，形成的铝锌镁铜合金叫超硬铝合金。它属于高强度变形铝合金。7075超硬铝合金在T6热处理状态具有最高强度，但断裂韧性较低，抗应力腐蚀能力差，缺口敏感性也较大。在T73热处理状态下，抗拉强度和屈服强度均比T6状态低，但具有耐应力腐蚀的性能和比较高的断裂韧性。为了防止腐蚀，7075材料的零件表面应有保护层。与2024硬铝合金相比，7075超硬铝的强度极限和屈服极限都比较高，但它的断裂韧性和抗疲劳性能并没有随着强度性能改善而成比例的提高，缺口敏感性也较大。,在飞机结构中，以承受拉应力为主，要求有较好抗疲劳性能的机翼下翼面的长桁、蒙皮和机身蒙皮一般都采用2024材料制成。7075强度高，而且屈服极限高，可以提高结构件承压失稳的能力。所以，承受载荷较大。7075合金可以用来制造飞机上重要受力构件，比如，机翼大梁、机翼上翼面的蒙皮、桁条，机身的桁条、隔框、翼肋、主要接头等。,（4）锻造铝合金,锻造铝合金是铝一镁一硅系列铝合金，可以通过热处理进行强化。主要特点：加热时有良好的塑性，便于进行锻造成型。它的硬度与硬铝相近，具有良好的耐腐蚀性。这类铝合金热处理方法是淬火后在室温下自然时效，得到的合金具有很好的耐腐蚀性能。如果淬火后进行人工时效，可以提高合金的强度性能，但会使合金产生晶间腐蚀的倾向。锻造合金在飞机上多用来制造对加工塑性和耐蚀性要求较高的锻件，如发动机一些零件、直升机桨叶、摇臂、框架、接头等。,4.铸造铝合金,按照化学成分不同，铸造铝合金可分为AlSi系、AlCu系、AlMg系、AlZn系四大类。其中前三种应用比较广泛。铸造铝合金代号是ZL加三位数字。第一位数字1、2、3、4分别代表AlSi、AlCu、AlMg和AlZn，后两位数字是合金的顺序号。比如ZLl02代表顺序号为2的AlSi系铸造铝合金。铸造铝合金的特点是铸造性能好，可进行各种成型铸造。它的优点是比重小，比强度较高，有较高的抗蚀性和耐热性。不足之处是容易吸收气体形成气孔，组织较粗大，一般的说，塑性、韧性不如变形铝合金。这种合金主要用来制造形状复杂、受力较小的零件，如油泵等附件壳体和仪表零件、发动机机匣和附件壳体等。,132钛和钛合金,1.纯钛是银白色金属，它的比重只有钢的57左右。抗蚀能力很强，在550以下，钛表面形成致密氧化膜，能阻止内部金属进一步氧化。它的抗海水及其蒸气腐蚀的能力很强，甚至超过不锈钢。对硝酸、稀硫酸、碱溶液都能抗蚀。但易受氢氟酸、浓硫酸的腐蚀，尤其是氢氟酸对钛有强烈的损坏作用。纯钛的强度不高，塑性好。但杂质氧、氮、氢、碳、硅、铁等会使钛的强度大大提高，而塑性有所降低。其中氢的影响最严重，含量超过0015，便引起显著的氢脆。去氢：钛中的氢可以通过在真空中加热进行排除。钛的工艺性能差，难以进行切削加工，在热加工中，又容易吸收氧、氢、氮等杂质，使强度增加，塑性降低，压力加工困难，并易出现裂纹。所以钛的生产成本较高。,2、钛合金,钛合金的比重较小，而强度几乎接近合金钢，抗蚀性又不低于不锈钢。在400以下，机械性能变化很小，耐热性大大超过铝合金。航空工业中使用较多的钛合金是TC4合金。这类合金属于钛铝钒系合金，它具有较好的综合机械性能，在400下组织稳定，有较高的热强度。合金的热塑性良好，适用于锻造和锻压成型，可用多种方法焊接，接头强度可达基体强度的90。,1.3.3 镁及镁合金,1.镁合金的分类纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素，制成镁合金。Mg-Mn系、Mg-Al-Zn 系、Mg-Zn-Zr系 和Mg-RE-Zr系等合金系。镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金。,（1）变形镁合金,MB顺序号表示。MB1、MB8为Mg-Mn系合金：具有良好耐蚀性和焊接性，使用温度不超过150。主要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇航结构件。MB2、MB3、MB5、MB6、MB7为Mg-AlZnMn系合金：具有好的室温力学性能和焊接性。主要用于制造飞机舱门、壁板及导弹蒙皮。MB15、MB21、MB25为Mg-ZnZr系合金：具有较高拉伸与压缩屈服强度、高温瞬时强度，及良好的成形和焊接性能，但塑性中等。主要用于制造飞机长桁、操作系统的摇臂、支座等。,变形镁合金,Mg-Li系合金是一种新型的镁合金，它密度小，强度高，塑性、韧性好，焊接性好，缺口敏感性低，在航空、航天工业中具有良好的应用前景。为保证变形镁合金较高的塑性，其中合金元素的含量往往比较低，要求在凝固组织中含有较少共晶相。航空工业应用较多的变形镁合金是属Mg-Zn-Zr的MB15。主要用于热挤压制品及模锻件。,（2）铸造镁合金,ZM顺序号表示。ZM1、ZM2、ZM7、ZM8：Mg-Al-Zn 系ZM5：Mg-Zn-Zr系：较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，耐热性较差，主要用于制造150以下工作的飞机、导弹、发动机中承受较高载荷的结构件或壳体。ZM3、ZM4和ZM6：Mg-RE-Zr系。良好铸造性能、常温强度和塑性较低、耐热性较高，主要用于制造250以下工作的高气密零件。,铸造镁合金,铸造镁合金中合金元素含量高于变形镁合金，以保证液态合金具有较低的熔点，较高的流动性和较少的缩松缺陷等。如果还需要通过热处理对镁合金进一步强化，那么所选择的合金元素还应该在镁基体中具有较高的固溶度，而且这一固溶度还会随着温度的改变而发生明显的变化，并在时效过程中能够形成强化效果显著的第二相。铝在-Mg中的固溶度在室温时大约只有2，升至共晶温度436时则高达12.1，因此压铸AZ91HP合金具备了一定的时效强化能力，其强度有可能通过固溶和时效的方法得到进一步的提高。,1.3.4 铜及铜合金,铜在有色金属材料中，其用量仅次于吕及合金。按主加合金元素不同，铜可分为：1.黄铜（加 Zn）2.青铜（加 Sn、Al、Be等）,1.黄铜,为CuZn二元合金，以“H”表示，H后面的数字表示合金的平均含铜量如H70表示含铜量为70，其余为锌。二元黄铜性能变化规律：其导电、导热性随Zn含量的增加而下降，而机械性能(抗拉强度、硬度)则随Zn含量的增加而上升；二元黄铜在工业上的应用，主要根据其性能来选择。H96、H90和H85：良好的电导率、热导率和耐蚀性，有足够的强度和良好的冷、热加工性能，被大量采用来制作冷凝管、散热管、散热片、冷却设备及导电零件等。,H70、H68：高的塑性和较高的强度，冷成型性能特别好，适于用冷冲压或深拉法制造各种形状复杂的零件。H62：+黄铜，高的强度，在热态下塑性良好；冷态下塑性也比较好，切削加工性好，耐蚀，易焊接，以板材，棒材、管材、线材等供工业大量使用，应用广，有“商业黄铜”之称。H59：强度高；含锌量高，能承受热态压力加工，有一般的耐蚀性，多以棒材和型材应用于机械制造业。硅黄铜 ZCuZn16Si4 是最常见的铸造铜合金。,铜与除锌以外的元素组成的铜合金，称为青铜，它是Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr、Ti等与铜组成的铜合金。青铜分为锡青铜其主要合金成分是锡，和无锡青铜（特殊青铜）其主要合金成分没有锡，而是铝、铍等其它元素。锡是少而贵的金属，采用价格便宜、性能更好的特殊青铜或特殊黄铜来代替它。青铜按主添元素（如Sn、Al、Be等）分别命名为锡青铜、铝青铜、铍青铜等。并以“Q+主加元素符号+除铜外的成分数字组”表示。QSn6.5-0.l：6.5%Sn、0.1P，余为铜的锡青铜QAl10-3-1.5：10A1、3Fe、1.5Mn，余为铜的铝青铜。,2.青铜,（1）锡青铜,最古老的铜合金。用于鼎、钟、武器、铜镜等。耐蚀、耐磨、弹性好和铸件体积收缩率小等。锡青铜有三大用途：用作高强、弹性材料，如作弹簧、弹片、弹性元件。用作耐磨材料。如作滑动轴承的轴套、齿轮等耐磨零件。铸件体积收缩小、耐蚀，用来制作艺术铸件，如铜像等。,铸造锡青铜,铸造锡青铜ZCuSn10P1属高锡、高磷含量的Cu-Sn-P三元系，可用于制造重载荷、高滑动速度和较高温度下工作的耐磨零件。,（2）特殊青铜,大多数特殊青铜比锡青铜有更好的力学性能、耐磨性、耐蚀性。可以制作精密仪表、仪器中重要的弹性元件。,铝青铜QAl9-4,是Cu-Al-Fe三元系的铝青铜，该合金具有高强度、耐磨、耐寒、耐腐蚀性能，是航空以及其他工业部门广泛使用的主要结构材料之一。铝青铜QAl10-4-4 是Cu-Al-Ni-Fe四元系的复杂铝青铜。该合金是各国通用的高强度、高耐蚀性的结构铜合金，可用于制造在400以下环境工作的零件。铍合金QBe2 属于Cu-Be-Ni系，是工业中常见的高强度工程结构材料和高弹性的功能材料。,1.4 高分子材料,通常来讲，高分子化合物的分子量（现称相对分子质量）都在一万以上。高分子材料，也称聚合物材料，它是以高分子化合物，即聚合物为基体组成的材料。大多数高分子材料，除基本组分聚合物之外，为了获得具有各种实用性能或改善其成型加工性能，一般还有各种添加剂。常见的高分子材料有天然的，也有人工合成的。工业用分子材料主要是人工合成的。,1.4.1 航空塑料,塑料是指由高分子化合物为基础组成的具有可塑性的材料。塑料的主要优点是：（）密度小，比强度高，可代替木材、水泥、砖瓦等大量应用于房屋建筑、装修、装饰及桥梁、道路工程等。（）耐化学腐蚀性优良，可用于制造化工设备。,（）电绝缘性和隔热性好，可用作电工绝缘材料和电子绝缘材料，如制造电缆、印刷线路板、集成电路、电容器薄膜等。（）摩擦系数小，耐磨性好，有消声减振作用，可代替金属制造轴承和齿轮。（）以加工成型，易于着色，采用不同的原料和不同的加工方法，可制得坚韧、刚硬、柔软、轻盈、透明的各种制品，广泛用于日常生活和工业生产中。,1.塑料的组成及特性,塑料的组成：合成树脂填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、发泡剂、着色剂、阻燃剂、防老化剂等制成的。（1）树脂 在塑料中起胶粘各组分的作用，占塑料的40%100%。决定了塑料的主要性能。如聚乙烯、尼龙、聚氯乙烯、聚酰胺、酚醛树脂等。大多数塑料以所用树脂命名。树脂来源于两个方面：天然树脂和合成树脂。,（2）填充剂 用来改善塑料的某些性能。常用填充剂有云母粉、石墨粉、炭粉、氧化铝粉、木屑、玻璃纤维、碳纤维等。（3）增塑剂 用来增加树脂的塑性和柔韧性。常用增塑剂有甲酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。（4）稳定剂 包括热稳定剂和光稳定剂。常用热稳定剂有硬酯酸盐、环氧化合物和铅的化合物等。光稳定剂有炭黑、氧化锌等遮光剂。（5）润滑剂 用来防止塑料粘在模具或其它设备上。常用润滑剂有硬酯酸、盐类等。,（6）固化剂 能将高分子化合物由线型结构转变为体型交联结构的物质，如六次甲基四胺、过氧化二苯甲酰等。（7）发泡剂 受热时会分解放出气体的有机化合物，用于制备泡沫塑料等。常用发泡剂为偶氮二甲酰胺。（8）抗氧化剂 增强材料的抗老化能力。常用的有硬脂酸盐类及铝化物等。,2.常用的航空塑料(1)有机玻璃 PMMAacrylate,1）基本特性,又称聚甲基丙烯酸甲酯。较高的强度和韧性、优良的光学性能，透光率比普通硅玻璃好。优良的电绝缘性。耐化学腐