航空用材料简介课件

飞机用材料钢〔Steels〕以含碳量2%为分界，在0.05%~0.2%的铁系合金称钢材。而2%~4.5%的含碳量称为铸铁。钢即是铁－碳合金，除了含有碳元素外，亦可进一步包含微量其它合金元素。较常见钢铁分类系根据碳浓度的上下分别区分为低碳钢、中碳钢、高碳钢低合金钢〔alloysteel)：合金元素总量少于5%高合金钢：合金元素总量超过于5%工具钢钢铁材料规格国际上较常见的是美国日本德国规格标准SAE(美国汽车工程协会)AISI(美国钢铁协会)JIS(日本工业标准)DIN(德国工业标准)SAE标准以四或五位阿拉伯数字代表一钢种。第一位数字代表钢的种类1代表三种钢10普通碳钢、11易切钢、13锰钢2字头表镍钢、3表镍洛钢、4钼钢、5洛钢、6洛钒钢、7钨钢、8镍洛钼钢、9硅锰钢第二位数字表合金钢中含特种元素之平均%。第三四或五位数字表钢料中含碳量之%%。有时在标号尾部另加一英文字母以表示成分或特性。低碳钢所有钢种中，最大产量系落在低碳这一类的范围内。其含碳量通常少于0.25%，因此对于形成麻田散铁的热处理是无反响的，其钢材的强化主要是靠冷加工来完成。其显微结构包括肥粒铁和波来铁。

碳钢的另一群是高强度低合金钢〔HSLA〕。它们包含其它合金元素诸如铜、钒、钛、铌、钴和硼等元素，添加浓度有通常小于5﹪，甚至更低。强化机构是藉高温热加工时产生析出物，因此具有析出硬化及晶粒细化等成效，故其强化比低碳平碳钢强度高。中碳钢高碳铁铸铁〔CastIron〕通常铸铁是铁合金的加上高达3.0﹪至4.5%之碳而称之。其与碳钢一般，均可再添加其他合金元素，已进一步强化铸铁的各项机械性能。对大部份铸铁而言，碳系以石墨形式存在。最常见铸铁包括灰铸铁、球墨铸铁、白铸铁和展性铸铁等。灰铸铁〔GrayCastIron〕灰铸铁中碳与硅含量分别介于2.5wt﹪和4.0wt%之间以及1.0wt﹪和3.0wt%之间。对大部份灰铸铁而言，石墨是以片状形式存在于基地内，典型灰铸铁显微组织片状石墨，其破裂外表出现灰色状，因而称之为灰铸铁，其在工业上的用量极大。延性〔或球墨〕铸铁在铸造之前参加少量镁和铈，或镁或铈到灰铸铁中会产生不一样显微结构及机械性质。石墨仍然形成，但是以球状颗粒代替原先的片状。此结果的合金称球墨或延性铸铁。此种铸件比灰铸铁更强并且更有延性。此类材料典型应用包括阀、泵体、曲柄虹、齿轮，以及其它自动如切削零件。白铸铁和展性铸铁对低硅〔含量少于1.0wt%硅〕和快冷却速率的铸铁而言，大部份碳是以雪明碳铁代替石墨方式存在，此类合金的破坏外表呈白色外观，因此被称为白铸铁〔Whitecastiron〕。系以聚集或蔷薇形式存在而被肥粒铁或波来铁基地包围，形成肥粒铁展性铸铁。代表性应用包括联结杆传动齿轮、阀零件、轮船及其它重机使用上。铝及铝合金(AluminumAlloy)铝的制法西元1886年美国化学家Hall及法国化学家H’eroult宣布以氧化铝(Al2O3)置于冰晶石(Na3AlF6)溶液中，于大约950℃进行电解。氧化铝(Al2O3)制法利用铝矾土矿浸于氢氧化钠(NaOH)铝及铝合金是目前应用最广泛之飞机制造材料。铝及铝合金优点重量轻，差不多是同体积铜或钢的1/3重量。防腐蚀能力强。可反射辐射能—可见光、辐射热、电磁波。导电及导热能力强，且又是非铁磁性。容易接合(焊接、铆接或胶合)外观及外表易处理机械性质良好，经加工处理后强度高、延展性高存量多铝及铝合金缺点当温度升高超过200℃，强度大幅减弱当温度下降时倾向脆性材料锻铝(WroughtAluminum)(1)以机械方式成形辊制、抽拉、挤制通常以四位数字标明第一位数字：合金成分1000系列：材料含99%以上之纯铝2000系列：铜(Copper)为主要之成分

易热处理以提高强度，但提高了腐蚀性有些加镍可提供高温用途，康科特(Concorde)为商用化合金材料锻铝(WroughtAluminum)(2)3000系列：锰(Manganese)为主要之成分

增加硬度4000系列：硅(Silicon)为主要之成分

为焊条之理想材料5000系列：镁(Magnesium)为主要之成分

提高强度及抗腐蚀6000系列：镁与硅为主要之成分以硅化镁存在，可热处理提高强度及易加工

锻铝(WroughtAluminum)(3)7000系列：锌(Zinc)为主要之成分经热处理提高强度，为所有铝合金中强度最高，有些第二位表示原产品以后修正其成分之次数第三及四位表示产品开发次序1130：纯度99+0.3=99.3%2117热处理铝合金如施以适当热处理其内部结构发生一种相变化，产生细致析出物，藉此种析出物，强化材料。这种现象叫析出硬化或时效硬化。非热处理合金那么无析出硬化现象(但也会有析出物)，故其强化作用通常借助一般的方法，如固溶体强化，加强化细晶强化。铸铝(CastAluminum)以溶化之铝压入模型内制成由4位数字来标示1-纯铝99%以上2-铜3-硅参加少量铜镁4-硅5-镁7-锌8-锡其他铝-锂，铝-锡调质符号根本定义基本符号定义说明F制造后之原状态者未经加工硬化或热处理等特别调质而仅经由制造过程所得者。O退火后之状态锻铝合金：增加延展性及形状稳定性而加以退火者。铸铝合金：为增加伸长或尺寸稳定性而加以退火者。H经加工硬化者无论有否另加速热处理使其得适度之硬度，经加工硬化而增加强度者。W经固溶化热处理者此调质度仅适用于固溶化热处理后立即自然时效者，且仅规定时效之时间，如W1/2hrT经热处理使其成为F、O、H以外之稳定调质度者不管有无加工硬化，为使其得稳定调质度而加以热处理者。调质度之细分T1由高温加工后冷却再经自然时效者：如挤型料，由高温之制造过程后冷却，未经冷作加工而经自然时效硬化至稳定状态者。因此，即使施行矫正，亦为冷加工效果之小者。T2由高温加工后冷却，再经冷加工及自然时效者：如挤型料，由高温之制造过程后冷却，再经冷作加工以增加强度，并经自然时效硬化至稳定状态者。T3固溶化热处理后，再经冷加工及自然时效者：经固溶化热处理后，再经冷作加工以增加强度，并经自然时效硬化至稳定状态者。T4固溶化热处理后，经自然时效者：经固溶化热处理后，未经冷作加工，而经自然时效硬化至稳定状态者。因此，即使施行矫正，亦为冷加工效果之小者。T5由高温加工后冷却，再经人工时效处理者：如铸件或挤型料，由高温之制造过程后冷却，未经冷作加工而经人工时效硬化处理者。因此，即使施行矫正，亦为冷加工效果之小者。T6固溶化热处理后，经人工时效硬化处理者：经固溶化热处理后，未经冷作加工而经人工时效硬化处理者。因此，即使施行矫正，亦为冷加工效果之小者。T7固溶化热处理后，再经安定化处理者：经固溶化热处理后，为调整特别性质，以超过获得最大强度之人工时效硬化处理条件，施以过时效处理者。T8固溶化热处理后，经冷加工及人工时效硬化处理者：经固溶化热处理后，再经冷加工以增加强度，并经人工时效硬化处理者。T9固溶化热处理后，经人工时效硬化处理及冷加工者：经固溶化热处理后，再经人工时效硬化处理及冷作加工以增加强度。T10由高温加工后冷却，再经冷加工及人工时效硬化处理者：如挤型料，由高温之制造过程后冷却，再经冷作加工以增加强度，并经人工时效硬化处理者钛及钛合金钛金属在1791年被克拉普罗斯〔Klaproth〕发现，在地球的含量仅次于铝、铁、镁的金属物质，其之所以命名为“钛〞，是以希腊神(Titan，泰坦)为名，钛合金具有重量轻、强度大、弹性高、耐热性强、耐低温性能及耐腐蚀等优特性，因此钛合金于1957年开始被广泛的运用在太空及航空科技上，被誉为“未来的金属〞，是具相当开展前途的工程材料。钛合金可以运用在航海业、化工业、电子业、电镀业、食品业、医疗设备、发电厂、海水淡化系统、钟表、电脑、厨具、艺品…都可看到钛金属之产品，甚至行动外壳亦有用到，另外还有像人工植齿/牙套、人工骨骼等等都可以利用钛合金特性来制作成品。钛及钛合金之分类纯钛金属：具有优越的机械加工成型性以Ti-75表示。

-Titanium:钛在室温中以六边形晶体，商品标示为8Al-1Mo-1V-Ti(简称Ti8-1-1)。-

-Titanium:钛结晶同时具有六边形晶体及体心立方，商品标示为Ti-6Al-4V。

-Titanium:钛结晶为体心立方，商品标示为Ti-13V-11Cr-3Al

。钛及钛合金特点：工作温度可到427℃左右极佳的防腐性加工时必须与空气隔绝钛金属熔点︰1668℃钛金属沸点︰3000℃纯钛，钛合金(Alpha-Beta)之原材料颜色为灰色，而Beat钛那么呈深灰色。Beta钛之材料抗拉强度比钛合金(Alpha-Beta)好，而钛合金(Alpha-Beta)之抗拉强度那么较纯钛强。镁合金(MagnesiumAlloys)『镁』质量轻，比刚性与比强度极佳，在金属分别占第一位与第二位(比强度仅次于钛)，是最轻的结构用金属。近年来全球性的潮流，是节省能源与环保因素需要相互配合，使得镁合金由航太用金属扩散至商业用金属根本材料。镁合金物理特性：镁的原子结构是六方形状堆积，密度(20℃)1：1.738、熔点：650℃、沸点：1103±8℃、是属于活性的金属，具有高度自燃性。航空商品为AZ31B镁合金材料特性质轻较铝轻1/3，仅是铁的1/4重，单位强度与钢性优于铝与铁)。尺吋安定性高，不易因环境温度变化及时间而改变。吸震性佳，可降低噪音，增长机械装置寿命。无磁性(能防电磁波干扰)。抗蚀性佳、耐磨性佳。热传导性佳、可铸性、可焊性佳、易加工。为新一代铝合金的代替品。铜及铜合金铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率和电导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，具抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金。纯铜主要用途为电导体，此外在散热器及热交换器也具有主要的地位。黄铜(Brass)铜和锌合金俗称黄铜。是铜合金中应用最广的合金。此相具有FCC体结构，而α铜相对柔软、具延性和易于冷加工。在室温黄铜合金具高锌含量并含α和β′相。β′相是有序BCC晶体结构且比α相更强硬；结果，α+β′合金通常是热加工。黄铜合金的某些常见应用包括服装饰物、弹砲外壳、自动散热片、音乐装备、电子封装和钱币等。铜及其合金-青铜〔bronze〕青铜是铜和数种其它元素包括锡、铝、硅和镍的合金。这些合金比黄铜强硬，它们也具高度的抗蚀性。最常见可析出硬化的铜合金是敛铜。它们拥有极优性质的组合：抗拉强度有140MPa〔200,000psi〕那样高，有极佳电和耐蚀性质，当适当润滑有极佳耐磨耗性；它们可以用铸造、热加工或冷加工。藉着析出硬化热处理可获得高强度。复合材料复合材料由基材(Matrix)及强化材复合而成基材：橡胶、塑胶、金属、陶瓷强化材：粒子、短纤维、长纤维(连续纤维)、薄片、织布纤维强化橡胶(Fiberreinforcedrubber),FRR纤维强化塑胶(Fiberreinforcedplastic),FRP纤维强化金属(Fiberreinforcedmetal),FRM纤维强化陶瓷(Fiberreinforcedceramic)FRC纤维强化橡胶天然树汁液涂于布上轮胎纤维强化塑胶FRP纤维强化金属FRM将耐热性、高模数、高强度纤维埋入金属基材可以复合成耐热性优异的复合材料。FRM的加工比FRP困难。以致FRM产量的增加及应用范围的扩大都比FRP缓慢。B/Al(棚纤维/铝金属)可作为结构材料。开展至近年能用于金属复合材料的金属有Al、Mg、Ti、Cu、Pb等，至于纤维有B、SiC、B4C/B、SiC/B。纤维强化陶瓷FRC陶瓷的弱点是脆性，优点是耐高热。陶瓷复合材料属无机材料，其开展的历史没有塑胶复合材料的长久，应用范围比塑胶复合材料窄。陶瓷复合材料，是在陶瓷基材(ma田X)中参加须晶(whisker)或长纤维等，以增加其刚性。比强度与比弹性率之关系各种材料的耐热温