淺析四種合金材料在航空航天技術(shù)中的應(yīng)用論文
在日常學(xué)習(xí)、工作生活中，大家都嘗試過寫論文吧，論文是學(xué)術(shù)界進(jìn)行成果交流的工具。還是對(duì)論文一籌莫展嗎？下面是小編為大家整理的淺析四種合金材料在航空航天技術(shù)中的應(yīng)用論文，僅供參考，大家一起來(lái)看看吧。
摘要：
航空航天工業(yè)中，合金因強(qiáng)度大、易焊接等特點(diǎn)成為備受關(guān)注的工程材料。本文通過分析鈮合金、鋁鋰合金、鈦鋁合金、鎂合金在航空航天工程中的應(yīng)用，揭示合金材料在該領(lǐng)域不可替代的作用，同時(shí)指出合金存在的不足，以及改進(jìn)的措施。同時(shí)，筆者認(rèn)為合金未來(lái)的發(fā)展方向是輕量化，提出對(duì)現(xiàn)有合金進(jìn)行技術(shù)處理，促進(jìn)合金的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：
航空航；鈮合金；鋁鋰合金；鈦鋁合金；鎂合金；
一、前言
近年來(lái)，新興合金工業(yè)快速發(fā)展，有力地推動(dòng)新興合金在航空航天工程的應(yīng)用。其中鈮合金、鋁鋰合金、鈦鋁合金、鎂合金等合金由于其優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于航空航天工程。本文就該四種合金在航空航天及相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行探討，希望能對(duì)促進(jìn)合金性能的改進(jìn)及其應(yīng)用有幫助。
二、新型鈮合金
鈮元素位于元素周期表第五周期VB族。單質(zhì)鈮是灰白色金屬，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、順磁性、熔點(diǎn)高、密度小的特點(diǎn)。高溫下與硫、碳等單質(zhì)可以直接化合，能與鈦、鋯、鎢等金屬形成合金，用于新型航空航天工程的材料。鈮合金分為高強(qiáng)度鈮合金和低密度鈮合金。
(一)高強(qiáng)度鈮合金
以固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化為主。一般添加鎢、鉬、鉿及0.06%-0.12%的碳進(jìn)行固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化后的合金，高溫強(qiáng)度比較高，是用于航空航天工程的理想材料。但由于鈮單質(zhì)隨著雜質(zhì)含量的升高會(huì)變硬，室溫可塑性較差(斷后延展率≤10%)。為此，我們一般添加大量的鉿，以及少量的碳制成WC3009鈮合金。另外，我們可以采用彌散強(qiáng)化的方法解決該問題。彌散強(qiáng)化過程中，一般加入5%-10%的鉬或鎢，使得合金的塑性大大提升了，斷后延伸率≥25%，而且沒有喪失比強(qiáng)度高的特點(diǎn)。
(二)低密度鈮合金
低密度鈮合金，它的抗氧化性比高鈮含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)Nb+W﹥80%)的鈮合金要好，能在550℃-800℃的大氣環(huán)境中不加任何抗氧化涂層而不被氧化。低密度鈮合金的制備方法很多，如粉末冶金法、等離子熔煉法等。與其他方法相比，粉末冶金法很容易得到合金材料，成份十分均勻。隨著科技不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)不斷成熟，用該技術(shù)制備復(fù)雜形狀的合金，可以成為新的研究方向。
三、鋁鋰合金
鋰位于元素周期表第二周期ⅠA族，是最輕的金屬，在鋁中的溶解度比較高，且鋰的比重小，所以長(zhǎng)期以來(lái)它一直被認(rèn)為可以與鋁制成合金。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在鋁合金中平均加1%的鋰，可使其密度降低3%，使其彈性模量提高6%，所以鋁鋰合金在航空航天領(lǐng)域的作用不可小覷。
(一)鋁鋰合金的發(fā)展
上個(gè)世紀(jì)50年代到60年代初，第一代鋁鋰合金由美國(guó)Alcoa公司和蘇聯(lián)科學(xué)家開發(fā)出來(lái)。1958年，美國(guó)Alcoa公司研制出2020合計(jì)板材，用在海軍RA-5C軍用預(yù)警機(jī)上。20世紀(jì)70年代到80年代后期，是鋁鋰合金發(fā)展的第二階段。70年代的能源危機(jī)迫使航空工業(yè)要對(duì)飛機(jī)材料進(jìn)行大刀闊斧的改良，此階段研究出的第三代鋁鋰合金，重量減輕了7%-10%，彈性模量提高了10%-16%，有良好的疲勞性能。第四代鋁鋰合金，鋰合量有所降低，與之前相比，其合金強(qiáng)度韌性進(jìn)一步提升。2010年，中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)采用美國(guó)達(dá)文波特軋制廠的新一代鋁鋰合金成功制造出C919國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)的直部段。鋁鋰合金的不斷發(fā)展，將導(dǎo)致我國(guó)鋁鋰合金的廣注應(yīng)用。
(二)鋁鋰合金的超塑性研究及航空航天工程的應(yīng)用
鋁鋰合金密度小、比強(qiáng)度高、比彈性模量大，廣泛應(yīng)用航空航天工程。但是，室溫塑性差、易開裂、力學(xué)性能各向異性嚴(yán)重，成為限制其發(fā)展的主要因素。經(jīng)過科研人員的不懈努力，以形變熱處理技術(shù)形成的超塑性鋁合金誕生，超塑性鋁合金的誕生，標(biāo)志著航空航天工程迎來(lái)了新的曙光。例如，在航空領(lǐng)域內(nèi)，麥道公司在1990年3月對(duì)由鋁鋰合金(8090)制造的F-15B鷹戰(zhàn)斗機(jī)的整流罩進(jìn)行試驗(yàn)，它可以替代由鑄件和鈑金件裝配成的構(gòu)件。超塑性鋁鋰合金技術(shù)在航空航天領(lǐng)域正在迅猛發(fā)展。
四、變形鈦鋁合金
鈦，位于元素周期表第四周期IVB族，具有強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)。與鋁制成的鈦鋁合金，密度低、強(qiáng)度高、抗氧化能力好，這些優(yōu)點(diǎn)使之成為有巨大前景的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。鈦鋁合金經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展在國(guó)外已經(jīng)開始被工程化地應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域。
(一)合金化鈦鋁合金
目前，鈦鋁合金化研究取得三類成果:γ-TiAl合金、高鈮鈦鋁合金和β-γ鈦鋁合金。傳統(tǒng)的γ-TiAl合金中，鋁無(wú)疑是最重要的元素。但是研究發(fā)現(xiàn)鋁占45%-48%的.鈦鋁合金在凝固時(shí)，發(fā)生包晶反應(yīng)，形成柱狀晶組織，導(dǎo)致其室溫性能一般。為了防止包晶反應(yīng)的發(fā)生，我們必須要將鋁的含量降至45%以下。鋁含量降低后，在加工溫度條件下引入無(wú)序體心立方β相，從而改善一合金的熱加工性。此外，鈮可以提高合金使用溫度，進(jìn)一步改善合金的高溫性能。
(二)鈦鋁合金熱加工技術(shù)
合金熱加工，可以校正偏析、細(xì)化組織、改善鈦鋁合金的綜合力學(xué)性能。其中，熱加工技術(shù)分為含金鍛造技術(shù)、熱擠壓技術(shù)、軋制技術(shù)、粉末冶金技術(shù)等。合金熱加工技術(shù)的關(guān)鍵之處在于精確的工藝設(shè)計(jì)與參數(shù)。目前，鈦鋁合金發(fā)展的限制因素在于其熱加工性差、窗口窄，這樣一來(lái)，對(duì)加工設(shè)備要求高。因此，設(shè)計(jì)熱加工的計(jì)算機(jī)模擬可以成為完善熱加工技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。
五、鎂合金
鎂，位于元素周期表第三周期ⅡA族，屬于堿土金屬元素。鎂合金尺寸穩(wěn)定、比強(qiáng)度高、易回收等優(yōu)秀特征，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。
(一)鎂合金成型新工藝
眾所周知，航空航天工程對(duì)機(jī)件的復(fù)雜程度要求很高。為了滿足航空航天工程的需求，鎂合金成型新工藝應(yīng)運(yùn)而生。其中包括涂層轉(zhuǎn)移精密鑄造技術(shù)、表面超聲波陽(yáng)極氧化技術(shù)等新方法。
涂層轉(zhuǎn)移精密鑄造技術(shù)中，砂芯的制備是關(guān)鍵。老式制備砂芯的方法是芯盒成型后，在芯面上進(jìn)行涂料。傳統(tǒng)方法難以形成均勻的涂料層，而涂料層的均勻度影響的是鑄件的光潔度與尺寸。新的工藝方法是，運(yùn)用涂料自上充填的造型材料，使涂層經(jīng)固化后，自動(dòng)轉(zhuǎn)移到型芯表面，該方法又稱“非占位式轉(zhuǎn)移涂料技術(shù)”。典型應(yīng)用就是鎂合金導(dǎo)樣殼體表面以及輪胎模具的制作。
(二)鎂合金在航空航天工程的應(yīng)用與未來(lái)發(fā)展
鎂合金的自身優(yōu)異性能，加上新技術(shù)的強(qiáng)化，現(xiàn)已成為航空航天工業(yè)中不可或缺的材料。如，JDM2鎂合金經(jīng)常規(guī)等溫?zé)釘D壓技術(shù)處理后，成功制備出輕型導(dǎo)彈的彈翼;JDM1鎂合金經(jīng)常規(guī)等溫?zé)釘D壓技術(shù)處理后，可以制備出Φ145mm的無(wú)縫管道等等。我國(guó)是鎂合金資源大國(guó)，而且目前航空航天工業(yè)發(fā)展的態(tài)勢(shì)是“輕量化”，所以我國(guó)更應(yīng)大力發(fā)展鎂科技，在鎂資源優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，讓技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，才能在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中獲得生機(jī)。
六、結(jié)論
在未來(lái)航空航天工業(yè)中，輕量化必將成為發(fā)展的重要趨勢(shì)，合金正以它優(yōu)異的物理化學(xué)性能在航空航天領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用。如果能在合金優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上，使其輕量化，將會(huì)引起合金在該領(lǐng)域更廣泛地應(yīng)用。目前，合金的易被腐蝕、價(jià)格昂貴、制造成本高、可塑性等缺點(diǎn)有待進(jìn)一步提高。強(qiáng)化合金的結(jié)構(gòu)功能一體化，不僅能增強(qiáng)其機(jī)械性能，而且能賦予其所不具備的特性，可以使其在航空航天生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值提升。
參考文獻(xiàn)
[1]鄭欣,白潤(rùn),蔡曉梅,等.新型鈮合金研究進(jìn)展[J].中國(guó)材料進(jìn)展,2014,33(9):586-594.
[2]丁文江,付彭懷,彭立明,等.先進(jìn)鎂合金材料及其在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].航天器環(huán)境工程,2011,28(2):103-109.
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