铝合金在航天航空中的应用(上)
http://www.weld21.com 2021-11-11 09:27 来源:郑州船王

  铝合金在飞机上主要是用作结构材料, 如:蒙皮、框架、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱等。铝合金在航天航空中的应用开发可分为几个阶段:50 年代主要目标是减重和提高合金比刚度、比强度;60~70年代主要目标是提高合金耐久性和损伤容限,开发出 7XXX 系合金 T73 和 T76 热处理制度、7050 合金和高纯合金;80年代由于燃油价格上涨而要求进一步减轻结构重量;90年代至今,铝合金的发展目标是进一步减重, 并进一步提高合金的耐久性和损伤容限。例如开发 出高强、高韧 高抗腐蚀性能的新型铝合金,大量采用厚板加工成复杂的整体结构部件代替以前用很多零件装配的部件,不但能减轻结构重量,而且可保证性能的稳定。要实现这一点要开发出低内应力的厚板材料。

  1 航天航空用铝合金铸件

  在现代飞机结构件中,利用了1500~2000种铝铸件,根据飞机不同的使用条件和部位,主要用了三种基本的铝合金:即高强铝合金、耐热铝合金、耐蚀铝合金。高强铝合金主要用于飞 机机身部件、发动机舱、座椅、操纵系统等,在大多数情况下可替代铝模锻件。高强铝合金在俄罗斯主要是铝-铜系合金,在美国主要利用铝-铜-锰系。铝-铜系合金零件主要采用沙模铸造生产。耐热铝合金零件主要用于靠近电动机的机舱、空气交换系统等。此处的温度达到200~400℃。与普通结构合金和高强合金相比,该合金具有合金化程度高的优点,属铝-铜-镍系合金。耐蚀铝合金具有足够高的性能指标,其强度、塑性、冲击韧性、疲劳性能和可焊性都很好,主要具有耐蚀性,这样就可用于水上飞机。它属于铝-镁系合金和铝-镁-锌系合金。

  2 航天航空用大型挤压型材

  2.1 主要特点和用途
  随着科学技术的进步,铝合金型材正向着大型化、整体化、薄壁扁宽化、尺寸高精化、形状复杂化方向发展,应用范围已由民用型材料推广到航天航空用型材,大型型材的主要特点有:①大型化和整体化;②薄壁化和轻量化;③断面尺寸和形位公差精密化;④组织性能的均匀化与优质化。由于大型型材具有以上特点,给挤压加工带来了一系列困难。航天航空用大型挤压型材主要有:整体带筋壁板、工字大梁、机翼大梁、梳状型材、空心大梁型材等。主要用作飞机、宇宙飞船等航天航空器的受力结构部件以及直升飞机异形空心旋翼大梁和飞机跑道等。
  2.2 大型挤压型材常用合金
  ①低强度铝合金:工业纯铝、3A21、5005、5A02、5A03、5086 等热处理后不强化,其半成品在退火状态下和冷作硬化后使用。
  ②中强度铝合金分为两组:热处理不可强化铝合金(5A05、5A06、5B06)和热处理可强化铝合金(6A02、2A70、2A06)等。
  ③高强度铝合金7A04和2A12在热处理时可急剧强化。

  3 航空航天用铝合金厚板

  铝合金厚板是现代航天航空工业重要的结构材料,目前发达国家铝工业界不断开发出性能优异的新型铝合金厚板,其中有以下几种常用合金,其一是 7075-T7651 铝合金厚板,它具有高的强度、良好的韧性、抗应力性能和抗剥落腐蚀性能,它属于铝-锌-镁-铜系超硬铝合金,其广泛应用于飞机框架 、整体壁板 、起落架 、蒙皮等。其二是7055 超硬铝合金,它是目前变形铝合金中强度最高的合金,美国铝业公司生产的7075-T77合金板材强度比7150的高出10%,比7075 高出30%,而且断裂韧性较好,抗疲劳裂纹扩展能力强。铝合金厚板作为航天航空用材料具有很好的综合性能,但也存在淬火残余应力,残余应力的存在严重影响着材料的后续加工及其应用,尤其是用作承受交变载荷的结构件或在腐蚀环境下工作时,残余应力是造成材料过早失效甚至造成严重事故的一个主要原因。因此研究消除残余应力的方法是十分重要的。


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