飞机用材料ppt课件

1、飛機用资料飛機用资料鋼鋼Steels以含碳量2%為分界，在0.05%0.2%的鐵系合金稱鋼材。而2%4.5%的含碳量稱為鑄鐵。 鋼即是鐵碳合金，除了含有碳元素外，亦可進一步包含微量其它合金元素。較常見鋼鐵分類係根據碳濃度的高低分別區分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼低合金鋼alloy steel)：合金元素總量少於5%高合金鋼：合金元素總量超過於5%工具鋼鋼鐵资料規格鋼鐵资料規格國際上較常見的是美國日本德國規格標準SAE(美國汽車工程協會)AISI(美國鋼鐵協會)JIS(日本工業標準)DIN(德國工業標準)SAE規範規範以四或五位阿拉伯數字代表一鋼種。第一位數字代表鋼的種類1代表三種鋼10普通碳鋼、

2、11易切鋼、 13錳鋼2字頭表鎳鋼、 3表鎳洛鋼、 4鉬鋼、 5洛鋼、 6洛釩鋼、 7鎢鋼、 8鎳洛鉬鋼、 9矽錳鋼第二位數字表合金鋼中含特種元素之平均% 。第三四或五位數字表鋼料中含碳量之% 。有時在標號尾部另加一英文字母以表示成分或特性。低碳鋼低碳鋼一切鋼種中，最大產量係落在低碳這一類的範圍內。其含碳量通常少於0.25%，因此對於构成麻田散鐵的熱處理是無反應的，其鋼材的強化主要是靠冷加工來完成。其顯微結構包括肥粒鐵和波來鐵。碳鋼的另一群是高強度低合金鋼HSLA。它們包含其它合金元素諸如銅、釩、鈦、鈮、鈷和硼等元素，添加濃度有通常小於5，甚至更低。強化機構是藉高溫熱加工時產生析出物，因此具有

3、析出硬化及晶粒細化等效果，故其強化比低碳平碳鋼強度高。中碳鋼中碳鋼中碳鋼其碳濃度約介於0.25至0.55%之間。這些鋼材可藉著沃斯田鐵化，淬火然後回火等熱處理改善機械其性質。它們最常以回火狀態运用，其顯微結構是回火麻田散鐵。代表性的鋼材為添加鉻、鎳、鉬等元素的合金鋼。鉻、鎳和鉬的添加可改善這些合金熱處理的才干，使其可獲得強度及延展性極佳的組合。這些熱處理合金鋼比低碳鋼強度高，但會犧牲延展性和韌性。此類鋼材應用包括鐵路車輪、軌道、齒輪、曲柄軸和其它切削零件以及要求高強度、耐磨耗和高韌性的結構零件上。高碳鐵高碳鐵高碳鋼通常具有碳含量介於0.6wt至1.4wt%之間的鋼材，是碳鋼中最硬最強，而延展性

4、最低者，其中工具鋼為代表。它們幾乎總是以硬化和回火狀況运用，如此特別是在耐磨耗的工件上运用，通常含有鉻、釩、鎢和鉬合金。這些合金元素易與碳結合构成很硬和耐磨耗碳化物之化合物如Cr23C6，V4C3 ,Mo2C和WC等。不銹鋼不銹鋼Stainless Steels不銹鋼具有良好的抗蝕性生銹，尤其是在大氣中。主要添加的合金元素是鉻，其濃度至少需11%鉻以上，此外藉著添加鎳、鉬或銅可強化抗蝕性。不銹鋼依據顯微結構主要可分成三類，包括麻田散鐵型、肥粒鐵和沃斯田鐵型。麻田散鐵型不銹鋼能藉熱處理使其內部產生麻田散鐵，因此具較高的機械強度。沃斯田鐵型和肥粒鐵型不銹鋼只能藉著冷加工來硬化和強化材質，因為它們是

5、無法熱處理的。沃斯田鐵型不銹鐵因為高鉻含量和鎳的添加，其耐蝕性最好，而其產量也是最大的。鑄鐵鑄鐵Cast Iron通常鑄鐵是鐵合金的加上高達3.0至4.5%之碳而稱之。其與碳鋼普通，均可再添加其他合金元素，已進一步強化鑄鐵的各項機械性能。對大部份鑄鐵而言，碳係以石墨方式存在。最常見鑄鐵包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵、白鑄鐵和展性鑄鐵等。灰鑄鐵灰鑄鐵Gray Cast Iron灰鑄鐵中碳與矽含量分別介於2.5wt和4.0wt%之間以及1.0wt和3.0wt%之間。對大部份灰鑄鐵而言，石墨是以片狀方式存在於基地內，典型灰鑄鐵顯微組織片狀石墨，其破裂外表出現灰色狀，因此稱之為灰鑄鐵，其在工業上的用量極大。延性

6、或球墨鑄鐵延性或球墨鑄鐵在鑄造之前参与少量鎂和鈰，或鎂或鈰到灰鑄鐵中會產生不一樣顯微結構及機械性質。石墨依然构成，但是以球狀顆粒替代原先的片狀。此結果的合金稱球墨或延性鑄鐵。此種鑄件比灰鑄鐵更強並且更有延性。此類资料典型應用包括閥、泵體、曲柄虹、齒輪，以及其它自動如切削零件。白鑄鐵和展性鑄鐵白鑄鐵和展性鑄鐵對低矽含量少於1.0wt%矽和快冷卻速率的鑄鐵而言，大部份碳是以雪明碳鐵替代石墨方式存在，此類合金的破壞外表呈白色外觀，因此被稱為白鑄鐵White cast iron。係以聚集或薔薇方式存在而被肥粒鐵或波來鐵基地包圍，构成肥粒鐵展性鑄鐵。代表性應用包括聯結桿傳動齒輪、閥零件、輪船及其它重機运

7、用上。鋁及鋁合金鋁及鋁合金(Aluminum Alloy)鋁的製法 西元1886年美國化學家Hall及法國化學家Heroult宣布以氧化鋁(Al2O3)置於冰晶石(Na3AlF6)溶液中，於大約950 進行電解。氧化鋁(Al2O3)製法 利用鋁礬土礦浸於氫氧化鈉(NaOH)鋁及鋁合金是目前應用最廣泛之飛機製造资料。鋁及鋁合金優點鋁及鋁合金優點分量輕，差不多是同體積銅或鋼的1/3分量。防腐蝕才干強。可反射輻射能可見光、輻射熱、電磁波。導電及導熱才干強，且又是非鐵磁性。容易接合(焊接、鉚接或膠合)外觀及外表易處理機械性質良好，經加工處理後強度高、 延展性高存量多 鋁及鋁合金缺點鋁及鋁合金缺點 當溫

8、度升高超過200，強度大幅減弱 當溫度下降時傾向脆性资料鍛鋁鍛鋁(Wrought Aluminum)(1)以機械方式成形 輥製、 抽拉、 擠製通常以四位數字標明 第一位數字： 合金成分 1000系列：资料含99%以上之純鋁 2000系列：銅(Copper)為主要之成分 易熱處理以提高強度， 但提高了腐蝕性退火,淬火,回火有些加鎳可提供高溫用途， 康科特(Concorde)為商用化合金资料鍛鋁鍛鋁(Wrought Aluminum) (2)3000系列：錳(Manganese)為主要之成分 添加硬度4000系列：矽(Silicon)為主要之成分 為焊條之理想资料5000系列：鎂(Magnesiu

9、m)為主要之成分 提高強度及抗腐蝕6000系列：鎂與矽為主要之成分以矽化鎂存在，可熱處理提高強度及易加工 鍛鋁鍛鋁(Wrought Aluminum) (3) 7000系列：鋅(Zinc)為主要之成分經熱處理提高強度，為一切鋁合金中強度最高，有些第二位表示原產品以後修正其成分之次數第三及四位表示產品開發次序1130：純度99+0.3=99.3% 2117熱處理鋁合金如施以適當熱處理其內部結構發生一種相變化，產生細緻析出物，藉此種析出物，強化资料。這種現象叫析出硬化或時效硬化。非熱處理合金則無析出硬化現象(但也會有析出物)，故其強化作用通常借助普通的方法，如固溶體強化，加強化細晶強化。 鑄鋁鑄鋁

10、(Cast Aluminum)以溶化之鋁壓入模型內製成由4位數字來標示1-純鋁99%以上 2-銅3-矽参与少量銅鎂 4-矽5-鎂 7-鋅8-錫其他其他鋁-鋰， 鋁-錫調質符號根本定義調質符號根本定義 根本符號根本符號定定 義義說說 明明F F製造後之原狀態者未經加工硬化或熱處理等特別調質而僅經由製造過程所得者。O O退火後之狀態鍛鋁合金：添加延展性及形狀穩定性而加以退火者。鑄鋁合金：為添加伸長或尺寸穩定性而加以退火者。H H經加工硬化者無論有否另加速熱處理使其得適度之硬度，經加工硬化而添加強度者。W W經固溶化熱處理者此調質度僅適用於固溶化熱處理後立刻自然時效者，且僅規定時效之時間，如W1/2

11、hrT T經熱處理使其成為F、O、H以外之穩定調質度者不论有無加工硬化，為使其得穩定調質度而加以熱處理者。調質度之細分調質度之細分T1T1由高溫加工後冷卻再經自然時效者：如擠型料，由高溫之製造過程後冷卻，未經冷作加工而經自然時效硬化至穩定狀態者。因此，即使施行矯正，亦為冷加工效果之小者。T2T2由高溫加工後冷卻，再經冷加工及自然時效者：如擠型料，由高溫之製造過程後冷卻，再經冷作加工以添加強度，並經自然時效硬化至穩定狀態者。T3T3固溶化熱處理後，再經冷加工及自然時效者：經固溶化熱處理後，再經冷作加工以添加強度，並經自然時效硬化至穩定狀態者。T4T4固溶化熱處理後，經自然時效者：經固溶化熱處理後

12、，未經冷作加工，而經自然時效硬化至穩定狀態者。因此，即使施行矯正，亦為冷加工效果之小者。T5T5由高溫加工後冷卻，再經人工時效處理者：如鑄件或擠型料，由高溫之製造過程後冷卻，未經冷作加工而經人工時效硬化處理者。因此，即使施行矯正，亦為冷加工效果之小者。T6T6固溶化熱處理後，經人工時效硬化處理者：經固溶化熱處理後，未經冷作加工而經人工時效硬化處理者。因此，即使施行矯正，亦為冷加工效果之小者。T7T7固溶化熱處理後，再經安定化處理者：經固溶化熱處理後，為調整特別性質，以超過獲得最大強度之人工時效硬化處理條件，施以過時效處理者。T8T8固溶化熱處理後，經冷加工及人工時效硬化處理者：經固溶化熱處理後

13、，再經冷加工以添加強度，並經人工時效硬化處理者。T9T9固溶化熱處理後，經人工時效硬化處理及冷加工者：經固溶化熱處理後，再經人工時效硬化處理及冷作加工以添加強度。T1T10 0由高溫加工後冷卻，再經冷加工及人工時效硬化處理者：如擠型料，由高溫之製造過程後冷卻，再經冷作加工以添加強度，並經人工時效硬化處理者鈦及鈦合金鈦及鈦合金鈦金屬在1791年被克拉普羅斯Klaproth發現，在地球的含量僅次於鋁、鐵、鎂的金屬物質，其之所以命名為“鈦，是以希臘神 (Titan，泰坦) 為名，鈦合金具有分量輕、強度大、彈性高、耐熱性強、耐低溫性能及耐腐蝕等優特性，因此鈦合金於1957年開始被廣泛的運用在太空及航空

14、科技上，被譽為“未來的金屬，是具相當發展出路的工程资料。鈦合金可以運用在航海業、化工業、電子業、電鍍業、食品業、醫療設備、發電廠、海水淡化系統、鐘錶、電腦、廚具、藝品都可看到鈦金屬之產品，甚至行動電話外殼亦有用到，另外還有像人工植齒/牙套、人工骨骼等等都可以利用鈦合金特性來製作废品。 鈦及鈦合金之分類鈦及鈦合金之分類純鈦金屬：具有優越的機械加工成型性 以 Ti-75表示。 -Titanium : 鈦在室溫中以六邊形晶體，商品標示為8Al-1Mo-1V-Ti(簡稱Ti8-1-1)。- -Titanium : 鈦結晶同時具有六邊形晶體及體心立方，商品標示為Ti-6Al-4V。 -Titanium

15、: 鈦結晶為體心立方，商品標示為Ti-13V-11Cr-3Al 。鈦及鈦合金鈦及鈦合金特點：任务溫度可到427 左右極佳的防腐性加工時必須與空氣隔絕鈦金屬熔點 1668鈦金屬沸點 3000純鈦，鈦合金(Alpha-Beta)之原资料顏色為灰色，而Beat鈦則呈深灰色。Beta鈦之资料抗拉強度比鈦合金(Alpha-Beta)好，而鈦合金(Alpha-Beta)之抗拉強度則較純鈦強。鎂合金(Magnesium Alloys)鎂質量輕，比剛性與比強度極佳，在金屬分別佔第一位與第二位(比強度僅次於鈦)，是最輕的結構用金屬。近年來全球性的潮流，是節省能源與環保要素需求相互配合，使得鎂合金由航太用金屬擴散

16、至商業用金屬根本资料。鎂合金物理特性：鎂的原子結構是六方形狀堆積，密度( 20 ) 1：1.738、熔點：650、沸點：1103 8、是屬於活性的金屬，具有高度自燃性。航空商品為AZ31B鎂合金资料特性鎂合金资料特性質輕較鋁輕1/3，僅是鐵的1/4重，單位強度與鋼性優於鋁與鐵)。尺吋安定性高，不易因環境溫度變化及時間而改變。吸震性佳，可降低噪音，增長機械裝置壽命。無磁性(能防電磁波干擾)。抗蝕性佳、耐磨性佳。熱傳導性佳、可鑄性、可焊性佳、易加工。為新一代鋁合金的替代品。銅及銅合金銅及銅合金銅是人類最早發現的古老金屬之一，早在三千多年前人類就開始运用銅。銅具有許多可貴的物理化學特性，例如其熱導率

17、和電導率都很高，化學穩定性強，抗張強度大，易熔接，具抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細的銅絲，製成很薄的銅箔。能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬构成合金。純銅主要用途為電導體，此外在散熱器及熱交換器也具有主要的位置。黃銅黃銅(Brass)銅和鋅合金俗稱黃銅。是銅合金中應用最廣的銅和鋅合金俗稱黃銅。是銅合金中應用最廣的合金。合金。此相具有此相具有FCCFCC體結構，而體結構，而銅相對柔軟、具延銅相對柔軟、具延性和易於冷加工。在室溫黃銅合金具高鋅含量性和易於冷加工。在室溫黃銅合金具高鋅含量並含並含和和相。相。相是有序相是有序BCCBCC晶體結構晶體結構且比且比相更強硬；結果，相更強硬；結

18、果，+合金通常是合金通常是熱加工。黃銅合金的某些常見應用包括服裝飾熱加工。黃銅合金的某些常見應用包括服裝飾物、彈砲外殼、自動散熱片、音樂裝備、電子物、彈砲外殼、自動散熱片、音樂裝備、電子封裝和錢幣等。封裝和錢幣等。銅及其合金銅及其合金 - -青銅青銅bronzebronze青銅是銅和數種其它元素包括錫、鋁、矽和鎳青銅是銅和數種其它元素包括錫、鋁、矽和鎳的合金。這些合金比黃銅強硬，它們也具高度的合金。這些合金比黃銅強硬，它們也具高度的抗蝕性。最常見可析出硬化的銅合金是斂銅。的抗蝕性。最常見可析出硬化的銅合金是斂銅。它們擁有極優性質的組合：抗拉強度有它們擁有極優性質的組合：抗拉強度有140MPa1

19、40MPa200,000psi200,000psi那樣高，有極佳電和耐蝕性質，那樣高，有極佳電和耐蝕性質，當適當潤滑有極佳耐磨耗性；它們可以用鑄造、當適當潤滑有極佳耐磨耗性；它們可以用鑄造、熱加工或冷加工。藉著析出硬化熱處理可獲得熱加工或冷加工。藉著析出硬化熱處理可獲得高強度。高強度。複合资料複合资料複合资料由基材(Matrix)及強化材複合而成基材： 橡膠、塑膠、金屬、陶瓷強化材： 粒子、短纖維、長纖維(連續纖維) 、薄片、織布纖維強化橡膠(Fiber reinforced rubber),FRR纖維強化塑膠(Fiber reinforced plastic),FRP纖維強化金屬(Fiber

20、 reinforced metal),FRM纖維強化陶瓷(Fiber reinforced ceramic)FRC纖維強化橡膠纖維強化橡膠天然樹汁液塗於布上輪胎纖維強化塑膠纖維強化塑膠FRP高模數 (modulus或稱彈性率 )樹脂陸續研製胜利，使複合资料的種類逐漸增多，應用範圍擴大。石墨纖維 /環氧樹脂、克維拉纖維 /環氧樹脂、碳素纖維 /聚醞亞胺樹脂、碳素纖維 /碳素(carbon/carbon,C/C)等組合而邁向所謂尖端複合资料 的開發與實用化階段，並繼續發展至今。纖維強化金屬纖維強化金屬FRM將耐熱性、高模數、高強度纖維埋入金屬基材可以複合成耐熱性優異的複合资料。 FRM的加工比FRP困難。以致FRM產量的添加及應用範圍的擴大都比FRP緩慢。 B/Al(棚纖維/鋁金屬)可作為結構资料。 發展至近年能用於金屬複合资料的金屬有Al、Mg、Ti、Cu、Pb等，至於纖維有B、 SiC、B4C/B、SiC/B。纖維強化陶瓷纖維強化陶瓷FRC陶瓷的弱點是脆性，優點是耐高熱。 陶瓷複合资料屬