第一章航空材料

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第1章 航空材料 维护技术基础
第1章 航空材料
把试样承受的载荷P除以试样的原始横截面 积F0,则得到试样所承受的拉应力 ,即
把试样的伸长量△l除以 试件原始的标距长度l0, 则得到试样的相对伸长 一应变 ,即
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强度指标
第1章 航空材料
金属在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力叫强度。
①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。
②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。
– 弹性模量E是引起材料发生单位弹性应变时所需要的应力, 它表示了金属材料抵抗弹性变形的能力。
– 材料的弹性模量E越大,在一定应力作用下,产生的弹性 应变越小,材料的刚度就越大。
– 金属材料的弹性模量随着温度的升高而降低。
(2)弹性极限
材料保持弹性变形的最大应力值称为弹性极限,用σe表示。 σe
=P /F e0
– 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。
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第1章 航空材料
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。
2.断裂韧性
含义:是指金属材料对裂纹失稳扩展而引起的低应 力脆断的抵抗能力。
– 低应力脆断:就是在工作应力低于或远低于材料的屈服极 限时发生的脆性断裂。多发生在高强度合金钢材料结构件 和大型焊接结构中。
– 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。
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(3)焊接性:焊接工艺一般分为熔焊和钎焊两大类:
– 金、银、镍、铬等金属的抵抗腐蚀的能力比较强, 而镁、铁等金属抵抗腐蚀的能力就比较差。
三、金属的机械性能
金属的机械性能是指金属在载荷作用下抵抗 破坏和变形的能力。
– 飞机结构在使用中要承受各种载荷,所以,金属 材料的机械性能是飞机结构设计和选择材料的重 要依据。
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四、金属的工艺性能
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。
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洛氏硬度(HR) 洛氏硬度的级别及其应用范围
(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ψ 。即 ψ =(Fo-Fk)/Fo×100%
金属材料的伸长率δ和断面收缩率ψ越大,材料的塑 性越好。
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二、硬度
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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。
– 低应力脆断是结构件中原有缺陷形成的裂纹发生失稳扩展 而引起的。所以,裂纹扩展难易,也就是裂纹扩展所需的 能量大小,就成为判定材料是否易于断裂的一个重要指标。
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决定构件中裂纹是否发生失稳扩展不是承力 构件的平均应力,而是裂纹尖端附近区域应 力的大小。
为了研究裂纹尖端附近区域的应力情况,引 进了一个表示裂纹尖端附近区域应力场强弱 的因子,称为应力强度因子。
– 对于硬度较小的材料,容易被划伤、碰伤和磨损, 在维修工作中,应注意保护。
金属材料的硬度对材料的机械加工性能也有 影响。
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硬度计的应用范围
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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。
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布氏硬度计与洛氏硬度计
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共同点:用一定的载荷将具有一定几何形状 的压头压入被测试金属的表面,根据被压入 的程度来测定金属材料的硬度值。
根据金属材料的硬度值可估计出材料的近似 强度极限和耐磨性。
– 布氏硬度和金属材料的强度极限之间存在着近似 的正比关系,硬度值大,材料的强度极限也大。 通过布氏硬度可以近似确定材料强度极限,并可 推断材料的热处理状态。
造成飞机软操纵系统钢索张力随温度变化的主要原因。
(7)磁性:金属被磁场磁化或吸引的性能称为磁性。
– 磁性最强的金属是铁、镍、钴。
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二、金属的化学性能
金属的化学性能是指金属与其他物质发生化学 作用的性能。
– 金属材料的化学稳定性主要影响到飞机结构的抗 腐蚀能力。腐蚀就是金属和周围介质发生化学或 电化学作用而遭受破坏的现象。
三、韧性
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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。
1.冲击韧性
金属材料在冲击载荷作用下,抵抗破坏的能力称为 冲击韧性。用冲击韧性值k来表示,并需要进行冲 击试验来确定。
冲击韧性值k就是冲断试样所消耗能量和试样断裂 处横截面积的比值,单位是J/cm2。
洛氏 硬度
压头
HRC 120º金钢

HRA 120º金钢

HRB 1/16吋钢

HRF 1/16吋钢

总载荷 (kgf)
150
60
100
60
测量范围
应用
HRC20~67 淬火钢等硬零件
HRA70以上 HRB25~100 HRF25~100
零件的表面硬化层 等
软钢、铜合金和铝 合金等
铝合金、镁合金等
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– 导热系数越大,金属的导热性越好。 – 一般情况下金属的导热能力要比非金属大得多。 – 金属的导电性和导热性有密切的关系,导电性好的金属导
热性也好。
(6)热膨胀性:金属在温度升高时体积胀大的性质称 为热膨胀性。
– 金属的热膨胀性通常用线膨胀系数(1)来表示,单位是K-1。 – 金属的线膨胀系数越大,热膨胀性就越大。 – 飞机结构铝合金的线膨胀系数大约为合金钢的两倍,这是
– 金属的导电性用金属的电阻率(电)来表示,单位是·mm2/m。 – 越大,金属的导电性越差。 – 金属是电的良导体,但各种金属的导电性并不相同,银的导电
性最好,铜和铝次之。
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(5)导热性:金属传导热量的能力称为金属的导热性。
– 金属的导热性常用热导率(导热系数)来表示,常用的单位 是W/(m·K)。
– 化学性能:抗腐蚀性、热安定性等 – 机械性能:强度、塑性、硬度、韧性、抗疲劳性等 – 工艺性能:铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、
热处理性等
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第1章 航空材料
一、金属的物理性能:
(1)颜色:
– 根据颜色可将金属分为黑色金属和有色金属。铁、锰、铬是黑 色金属,其余的金属都是有色金属。
(MPa)
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(3)屈服极限
– 从拉伸示意图上看,曲线上出现一个小平台的这一阶段称 为屈服段,试样屈服时的应力称为材料的屈服极限,也称
为屈服强度σs ,即σs=Ps/F0 (MPa)
– 有些常用金属的拉伸曲线上没有明显的屈服段,因此又规 定,试样标距部分残余相对伸长达到原标距长度0.2%时的
– 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。
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1.1.2金属材料的机械性能
机械性能指标:强度、塑性、硬度、韧性和抗疲劳 性能等。
一、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。
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。
对于无限大厚板的中央穿透I型裂纹(张开型 裂纹)的应力强度因子用KI表示。
式中:
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——名义应力;
a ——裂纹长度的一半
第1章 航空材料
裂纹的分类
应力为屈服极限,也称为条件屈服极限,用 σ0.2表示。
– 屈服极限反映了金属材料对微量塑性变形的抵抗能力,对 于在使用中,不允许发生微小塑性变形的结构件来说,材 料的屈服极限是很重要的性能指标。
(4)强度极限
– 材σb 料=P在b/F断0 (裂MP时a)承受的最大应力称为强度极限σb ,即
– 材抗料拉的伸强断度裂极 的限 能力σb就,是也材称料为拉拉断伸时强的度强,度是,评它定表金示属材材料料抵强 度的重要指标之一。
弹性模量(E)
弹性极限(σe) 屈服极限(σs或σ0.2) 强度极限(σb)
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1.强度指标
(1)弹性模量
– 弹性模量E是指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比
值,即E=σ/ε (MPa)
– 在材料弹性阶段,也就是op直线段所表示的阶段,E就是 该直线段的斜率,等于常数。
下篇 维护技术基础
第1章 航空材料
第1章 航空材料
1.1 金属材料的基本概述
金属材料是航空工业的基本材料。
为了降低飞机结构的重量,提高飞机的结构效率,飞 机结构应选用轻质、高强度和高模量的材料。 为确保飞机的安全性和经济性,还应综合考虑材料的 韧性、疲劳和断裂特性、耐蚀性以及材料的市场价格。
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第1章 航空材料
1.1.1金属材料的基本性能
金属按其成分可分为:纯金属和合金
– 纯金属是由单一金属元素组成的 – 合金是由两种或两种以上元素组成的具有金属特性
的物质。黄铜(Cu+Zn)、碳钢(Fe+C)。
金属的基本性能:物理性能、化学性能、机械 性能和工艺性能。
– 物理性能:颜色、比重、密度、熔点、导电性、导 热性、热膨胀性和磁性等
(2)比重:比重是单位体积金属的重量。
– 用符号表示,单位是MPa/m。 – 根据比重可以将金属分为轻金属和重金属两大类。(49×10-3
MPa/m(5 g/cm3))
(3)熔点:金属加热时由固态变为液态时的温度称为熔 点。
– 根据熔点的高低,又可将金属分为易熔金属和难熔金属。 (700℃)
(4)导电性:金属传导电流的能力称为金属的导电性。
ห้องสมุดไป่ตู้
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第1章 航空材料
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 (J/cm2) 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。
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塑性指标
第1章 航空材料
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(δ) 断面收缩率(ψ )
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第1章 航空材料
2.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δ ,即 δ=(lk-lo)∕lo×100% 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。
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