航空材料

2015～2016学年第二学期航空材料概论（作业）

目录

铝合金在航空中应用与发展 (2)

1、航空铝合金的发展史 (2)

2、铝合金的应用 (3)

3、铝合金的发展 (4)

参考文献 (6)

高温钛合金在航空发动机的应用 (7)

1、高温钛合金的发展 (7)

2、高温钛合金使用温度 (9)

3、高温钛合金发展趋势 (10)

参考文献 (11)

碳/碳复合材料高温抗氧化的研究进展 (12)

1、碳/碳复合材料的氧化机理 (12)

2、碳/碳抗氧化常用方法 (13)

3、碳/碳复合材料的现状 (15)

4、碳/碳复合材料的研究方向 (15)

参考文献 (16)

铝合金在航空中应用与发展

摘要：综述了国内外铝合金的研究进展和应用现状，简要概述了铝合金在航空应用现状，并对我国铝行业的发展进行了展望。提出了航空铝合金下一步的发展方向，指出铝合金仍将作为飞机的主结构材料而广泛使用。

关键词：航空材料、铝合金、研究、开发

引言：铝合金密度小、塑性好、耐腐蚀、易加工、价格低、从第二代飞机以来就是制造飞机的主要结构材料。根据这些特点，在当前在役的民用飞机中，铝合金在总结构用量上占70%-80%的比例，在军用飞机结构上用量约为40%-60%。尽管先进复合材料和钛合金在新型号飞机上应用比例日益提高，但铝合金由于成本和工艺上的优势，在将来铝合金仍是民用飞机的主要结构材料之一。

1、航空铝合金的发展史

20世纪初，在莱特兄弟制造的飞机上采用了Al-Cu-Mn铸造的飞机发动机的曲柄箱体。1906年，A.Wilm在Al-Cu-Mn系合金中发现时效硬化现象，这样铝合金作为飞机主体结构材料成为可能，此后铝合金进入航空领域。

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。按飞机对结构材料的需求牵引，航空铝合金的发展大致划分为5个阶段。

①静强度需求阶段(1906年至50年代末)。在航空工业初期，飞机设计对机体材料的要求只是简单的高的静强度，目的在于减小结构重量，提高载重量和航程。在此期间，研制和开发了2014、2017合金，随后又研制了2024-T3合金，至30年代，2024合金在飞机上得到了广泛的应用。二战期间，为获得更高的机体材料强度，研制了高强Al-Zn-Mg-Cu系合金7075-T6，随后又研制了更高强度的7178-T6合金。这些合金在60年代以前广泛应用于民用及军用飞机上。

②抗腐蚀性能需求阶段（20世纪60年代）。因为飞机上开始使用厚大截面的结构，出现了机体结构的应力腐蚀问题。2024-T3、7075-T6合金在短横向

都有应力腐蚀开裂倾向。7075-T73研制解决了7系铝合金的应力腐蚀问题，随后研制了在牺牲较小强度的条件下可一定程度满足抗腐蚀性能要求的T76状态。

③综合性能要求阶段（20世纪60年代末至70年代末）。受飞机失效一安全设计的影响，对材料提出了高断裂韧度的要求，在这种需求牵引下，美国首先研制了7475合金。为进一步满足厚大截面结构强度和应力腐蚀性能的要求，Alcoa公司研制了7050-T74合金。70年代后期，Alcoa联合Boeing公司研制了7050改型合金7150-T6，随后，为满足腐蚀性要求研制了7150-T61。

④强烈的减重需求和高可靠性需求阶段(80年代初至90年代初)。由于能源危机及为提高军机战斗力，对飞机设计提出了强烈的减重要求。在传统铝合金方面，为满足飞机减重需求，主要从提高合金比强度方面出发。Alcoa首先研制成功了7150合金的T77热处理状态，该状态第一次在铝合金中实现了在满足腐蚀性能的同时不牺牲合金强度的目标。随后Alcoa又研制成功了超高强度的7055-T77合金及具有优良疲劳性能的2524-T3合金。这些高性能铝合金的出现极大地推动了航空铝合金的应用与发展，这在B777、C-17、F-35等飞机上得到体现。

⑤降低制造成本的需求阶段(90年代初至今)。冷战结束后，无论是民机还是军机，都需要降低飞机成本。由于制造成本占飞机机体结构成本的95%左右，因而降低制造成本成为机体材料研制的主要目标。最初始的目标是在不改变现有飞机结构设计的基础上，减少结构成本25%，为达到这个目标，西方国家开展的主要工作有：以整体机加工件代替锻件或多零件装配而成的结构部件、开展机翼的高温时效成形和高强铝合金的快速超塑成形、开展可焊接铝合金和铝合金焊接技术的研究、用优质铸件制造复杂构件以减轻结构重量和降低制造成本、开展低成本高性能铝锂合金研究以及开展铝基复合材料的研究等。

2、铝合金的应用

变形铝合金在飞机的应用主要为2系Al-Cu合金（硬铝）和7系Al-Zn合金（超硬铝），具体应用见表2.1。

7075-T6、7178-T6、2024-T3等第一代铝合金用做第一、二代战斗机主体结构材料。7075-T73、7075-T76第二代耐腐蚀合金用做第一代民用飞机机体主体

结构材料。7075-T73、7075-T76、2024-T3合金广泛用做第二代战斗机的改进型、第三代战斗机及F111战斗轰炸机、B-52B改进型轰炸机等飞机机体主体结构材料。7050-T74和2124-T851合金厚板大量制造A6及F18等军机的厚大结构件。7050-T74、7475和2124-T851、2224-T3511、2324-T39第三代铝合金用做第三

代战斗机改进改型、第四代战斗机F22以及轰炸机机体主体结构材料。7150-T77、7055-T77、2524-T3第四代高强耐损伤铝合金用作第三代民用飞机机体结构材料。7150-T77合金是高性能铝合金，该铝合金的研制成功是7000系铝合金发展的铝合金发展的第二个里程碑。

3、铝合金的发展

随着工业化进程的加快，对合金本身的性能要求高，现在铝合金的发展趋势是：规模化的工业生产和良好的复杂整体性能。提高铝合金性能，如刚性、强度、耐腐蚀性等，同时也提高了铝合金的可靠性。

在我国，大飞机的制造需求，正在强劲拉动铝合金材料尤其是铝锂合金材料需求。中国大飞机C919型客机机身等直段部，包括前段客舱、前货舱和再循环风扇舱，是由蒙皮、客舱舷窗、客舱地板和承力部件等构成的筒状结构部段。据了解，C919机身等直段部位于大客机机身前部，是宽度相等的筒状结构部段，

全长7.45米、宽4.2米、高4.2米，采用了先进的第三代铝锂合金板，这是中国国内民用飞机首次采用铝锂合金制造的部段。

2014年9月，C919大型客机中机身和副翼部件交付，首次交付的中机身和外翼翼盒大部件全长5.99米，宽3.96米，由中机身筒段、龙骨梁、中央翼、应急门