飞行器结构所采用的主要材料
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飞行器结构所采用的主要材料
铝合金
飞行器中应用较早、使用最广泛的是有色轻金属结构材料.它主要是铝和铜、镁和锌的合金.铝合金的密度约为2.8g/cm3(约为钢的1/3),具有高的比刚度、断裂韧性和疲劳强度,具有高的耐腐蚀性,有极为良好的低温性能(在-183℃︿-253℃下不冷脆),且价格低廉,一般适用于在120℃以下长期工作;而耐热硬铝可在250℃︿300℃的条件下正常工作.
合金钢
包括高强度的结构钢和耐高温、耐腐蚀的不锈钢.高强度合金钢具有较高的比强度、工艺单、性能稳定、价格低廉,是制造承受大载荷的接头、起落架和主梁等构件的最合适的结构材料:但工作温度一般不超过350℃.不锈钢中一般铬的含量均在12%以上,此外还有镍、钼等元素.不锈钢具有良好的耐腐蚀性,可作浓硝酸的容器;具有较高的耐热性,可以在480℃︿870℃范围内长期工作;具有优异的超低温性能,可用以制造液氧、液氢的容器.不同种类的不锈钢,其性能也会有所不同.由于不锈钢中合金钢比例较高,故其价格比结构钢高得多.
镁合金
镁合金密度很小(1.75g/cm3︿1.9g/cm3),其比强度和比刚度与铝合金和合金钢大致相同.由于所作元件壁厚大,故十分适宜于制造刚性好的零件.镁合金的机械加工性能优良;但耐腐蚀性较差,必须经过相应的防腐处理后,才能长期可靠的工作.镁合金主要用于制造低承力的零件,一般适用于在120℃以下长期工作,而耐热铸造镁合金则可以在250℃︿350℃范围内长期工作.。
复合材料
复合材料有两种或多种材料复合而成的多相材料.复合材料中起增强作用的材料称增强体,起粘性作用的材料称基体.一般增强体为高强度、高模量的纤维,主要有玻璃纤维、芳纶纤维(又称聚芳酰胺纤维)、硼纤维、碳纤维和石墨纤维等.基体材料则是有一定韧性的低模量的树脂,主要有环氧树脂、聚酰亚胺树脂以及铝合金和钛合金等. 复合材料的密度低,比强度和比刚度很高,抗疲劳性能、减震性能和工艺成型性能都很好,并可按结构性能的要求进行设计.不同基体材料的复合材料的耐热性能有所不同:用环氧树脂,温度不超过200℃;用聚酰亚胺树脂,温度在200℃︿350℃;用铝合金,温度在350℃︿500℃;用钛合金,温度可达500℃︿600℃.
钛合金
钛的密度小(4.5g/cm3),钛合金的强度接近于合金钢,因此钛合金具有较高的比强度,用它制造的高压气瓶比用钢制的可减轻50%.钛合金还具有较高的耐热性,工作温度可达400℃︿550℃,在该温度下的比强度明显地优于百度文库锈钢和耐热钢.它具有良好的抗腐蚀性,在潮湿的大气和海水中的抗腐蚀能力优于不锈钢.此外,某些钛合金还具有优良的超低温性能.钛合金的主要问题是加工成型困难,价格比较昂贵.但我国的钛资源极为丰富,钛合金有广泛的发展前途.
铝合金
飞行器中应用较早、使用最广泛的是有色轻金属结构材料.它主要是铝和铜、镁和锌的合金.铝合金的密度约为2.8g/cm3(约为钢的1/3),具有高的比刚度、断裂韧性和疲劳强度,具有高的耐腐蚀性,有极为良好的低温性能(在-183℃︿-253℃下不冷脆),且价格低廉,一般适用于在120℃以下长期工作;而耐热硬铝可在250℃︿300℃的条件下正常工作.
合金钢
包括高强度的结构钢和耐高温、耐腐蚀的不锈钢.高强度合金钢具有较高的比强度、工艺单、性能稳定、价格低廉,是制造承受大载荷的接头、起落架和主梁等构件的最合适的结构材料:但工作温度一般不超过350℃.不锈钢中一般铬的含量均在12%以上,此外还有镍、钼等元素.不锈钢具有良好的耐腐蚀性,可作浓硝酸的容器;具有较高的耐热性,可以在480℃︿870℃范围内长期工作;具有优异的超低温性能,可用以制造液氧、液氢的容器.不同种类的不锈钢,其性能也会有所不同.由于不锈钢中合金钢比例较高,故其价格比结构钢高得多.
镁合金
镁合金密度很小(1.75g/cm3︿1.9g/cm3),其比强度和比刚度与铝合金和合金钢大致相同.由于所作元件壁厚大,故十分适宜于制造刚性好的零件.镁合金的机械加工性能优良;但耐腐蚀性较差,必须经过相应的防腐处理后,才能长期可靠的工作.镁合金主要用于制造低承力的零件,一般适用于在120℃以下长期工作,而耐热铸造镁合金则可以在250℃︿350℃范围内长期工作.。
复合材料
复合材料有两种或多种材料复合而成的多相材料.复合材料中起增强作用的材料称增强体,起粘性作用的材料称基体.一般增强体为高强度、高模量的纤维,主要有玻璃纤维、芳纶纤维(又称聚芳酰胺纤维)、硼纤维、碳纤维和石墨纤维等.基体材料则是有一定韧性的低模量的树脂,主要有环氧树脂、聚酰亚胺树脂以及铝合金和钛合金等. 复合材料的密度低,比强度和比刚度很高,抗疲劳性能、减震性能和工艺成型性能都很好,并可按结构性能的要求进行设计.不同基体材料的复合材料的耐热性能有所不同:用环氧树脂,温度不超过200℃;用聚酰亚胺树脂,温度在200℃︿350℃;用铝合金,温度在350℃︿500℃;用钛合金,温度可达500℃︿600℃.
钛合金
钛的密度小(4.5g/cm3),钛合金的强度接近于合金钢,因此钛合金具有较高的比强度,用它制造的高压气瓶比用钢制的可减轻50%.钛合金还具有较高的耐热性,工作温度可达400℃︿550℃,在该温度下的比强度明显地优于百度文库锈钢和耐热钢.它具有良好的抗腐蚀性,在潮湿的大气和海水中的抗腐蚀能力优于不锈钢.此外,某些钛合金还具有优良的超低温性能.钛合金的主要问题是加工成型困难,价格比较昂贵.但我国的钛资源极为丰富,钛合金有广泛的发展前途.