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发展简史
材料是制造飞机(包括---)、发动机及其附件、仪表及塌设备等所用材料的灼,通常包括金属材料(结构钢、不锈钢、高温合金、有色金属及合金等)、有机高分子材料(橡胶、塑料、材料、涂料等)和复合材料。
早期的飞机结构简单,所用的材料主要是木材、布和绳索等;20世纪30年代,飞机逐渐发展成为全金属结构,动力装置则为式发动机,所用的材料也只有钢铁、铝合金和镁合金等。
由于---迫切需要飞机的飞行速度,喷气式发动机应运而生。尽管喷气式发动机的原理早为人们所知,但这种发动机的制造成功,还是在耐热合金出现以后。
喷气式发动机完成了技术的一次飞跃——突破了“声障”。但随即又出现了“热障”问题。“热障”是当飞机超声速飞行时,飞机蒙皮表面附面层空气因而生成大量的热,使飞机蒙皮的温度急剧升高,当温度超过250°c时,铝合金就不能用了。这样直到20世纪40年代末,出现钛合金以后,技术才又一次出现飞跃——突破了“热障”。
在科学技术迅猛发展的,飞机正朝着速、巨型、、智能的方向发展,对材料提出了越来越高的要求;同时,材料也随着科学技术的进步而逐渐发展,新材料新工艺不断涌现,为事业的发展提供了保障。
近几十年来,新型材料及---工艺发展很快,如度铝合金、钛合金、高温合金、超度钢、复合材料、材料及定向凝固叶片技术、定向共晶叶片技术、粉末高温合金属制造技术等,为、飞机的发展提供了保障。发展史证明,材料的每次重大突破,都会促进技术产生飞的发展;材料不仅是事业发展的基础,也是事业发展的技术支撑。
成分和性能
铁基高温合金中的镍是形成和奥氏体的主要元素,并在时效处理中形成ni3(ti、al)沉淀强化相。铬主要用来燃气腐蚀性。钼、钨用来强化固溶体。铝、钛、铌用于沉淀强化。碳、硼、等元素则用于强化晶界。铁基高温合金按制造工艺可分为变形高温合金和铸造高温合金,按强化可分为加工硬化型、固溶强化型和沉淀强化型高温合金。一些典型的铁基高温合金的成分和性能见表。组织 铁基高温合金的基体为奥氏体,主要的沉淀强化相有γni3(ti、al)和γ(ni3nb)相两类。此外,还有微量碳化物、硼化物、les(如fe2mo)相和δ相等。与镍基高温合金组织相比,铁基合金中相组织较复杂,性较差,容易析出η(如ni3ti)、σ(如fexcry)、g(如fe6ni16si7)、μ(如fe7mo6)和les等有害相。几种典型合金的组织见
材料分两大类:钢铁材料和非钢铁材料。钢铁材料按其用途可分为结构钢、不锈钢、高温合金等。非钢铁材料按其合金类型可分为钛合金、铝合金、镁合金、铜合金等。其中以高温合金难加工,以下细说一下高温合金的分类及用途。
高温合金硬度虽然不高,但韧性大,且具有多种元素分散,硬度高、比重小、熔点高的特点,造成切削困难。其优异的抗高温强度、---的强度及断裂韧性等综合性能较高,广泛应用于宇航、核电、舰载机、汽轮机、火箭、柴油机。
a按工艺来分:
一、变形高温合金
1.铁基变形高温合金(14个):
gh1015 950℃以下,发动机室板材结构件
gh1016 950℃以下,发动机室板材结构件
gh1035 900℃以下,发动机室、涡轮外环、排气装置等零件
gh1035a 750℃以下,发动机涡轮内外环及其他高温零部件
gh1131 700-1000℃火箭发动机和700-750℃发动机高温部件
gh1140 850℃以下,发动机和燃气轮的高温部件、板材结构件
gh2036 600-650℃发动机涡、承力环、紧固件,柴油机、汽轮机的增压涡轮叶片和其他高温部件
gh2132 650℃以下,发动机高温承力部件,涡、压气机盘、转子叶片和紧固件
gh2150 700℃以下,喷气发动机焊接承力结构件和600℃以下燃气轮机转子、压气机叶片
gh2302 700℃以下短时可至850℃,发动机加力室零件及工业涡轮零件
gh2696 650℃以下,涡轮和压气机紧固件、盘件和工作叶片、涡轮壳体、环形零件
gh761 750℃以下,涡、高温承力部件
gh903 650℃以下,发动机涡轮机匣
gh907 650℃以下,发动机环形件和机匣
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耐热合金
镍基合金的代表材料有:
1,incoloy合金,如incoloy800,主要成分为;32ni-21cr-ti,al;属于耐热合金;
2,inconel合金,如inconel600,主要成分是;73ni-15cr-ti,al;属于耐热合金;
3,hastelloy合金,即哈氏合金,如哈氏c-276,主要成分为;56ni-16cr-16mo-4w;属于耐蚀合金;
4,monel合金,即蒙乃尔合金,比如说蒙乃尔400,主要成分是;65ni-34cu;属于耐蚀合金;
合金元素:
主要合金元素有铬、钨、钼、钴、铝、钛、硼、等。其中cr,ai等主要起作用,其他元素有固溶强化,沉淀强化与晶界强化等作用。
在650~1000℃高温下有较高的强度与一定的腐蚀能力,由于足够高的高温强度腐蚀能力,所以常用于制造发动机叶片和火箭发动机、核、能源转换设备上的高温零部件。
2.定向凝固柱晶高温合金(9个):
dz404 1000℃以下,涡轮叶片、1050℃以下,导向叶片
dz505 1000℃以下,涡轮叶片、导向叶片
dz417g 980℃以下,涡轮叶片、导向叶片
dz422 1000℃以下,涡轮叶片、1050℃以下,导向叶片
dz422b 1000℃以下,涡轮叶片
dz438g 900℃以下,燃气涡轮叶片
dz640m 1050℃以下,导向叶片
dz4125 1000℃以下,涡轮叶片、1050℃以下,导向叶片
dz4125l 1000℃以下,涡轮叶片、1050℃以下,导向叶片
3.单晶高温合金(5个):
dd403 1040℃以下,涡轮叶片、1100℃以下,导向叶片
dd404 1000℃以下,涡轮叶片、1050℃以下,导向叶片
dd406 1100℃以下,涡轮叶片
dd408 1000℃以下,涡轮叶片
dd402 1050℃以下,涡轮叶片
4.金属间化合物基铸造高温合金(2个):
jg4006 1150℃以下,导向叶片
jg406a 1150℃以下,导向叶片
b按元素来分:
铁基高温合金(室部件、涡、机匣、轴类)、镍基高温合金(涡可达850,涡轮叶片可达950,室部件可达1000) 、钴基高温合金、铬基高温合金
c强化分:
固溶强化、沉淀强化、弥散强化
高推动比:gh4169 gh742 gh159 gh907
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关键词: 不锈钢 - 镍基合金 - 铜合金 - 石墨 - 结构钢