航空航天應用加工零件中需要考慮許多因素,例如零件的形狀、重量和耐用性。這些因素會影響飛機的飛行安全以及經濟性。一直以來航空航天制造的首選材料一直是鋁合材料為主金。然而在現代噴氣式飛機中,它卻只占結構總量的20%。
由于對輕型飛機需求日益劇增,碳增強聚合物及蜂窩材料等復合材料的使用在現代航空航天工業中的比重不斷增加。航空航天制造公司開始研究鋁合金的替代品-航空級不銹鋼,這種不銹鋼在新飛機部件中的占比在不斷攀升,下面我們來分析一下現代飛機中鋁合金和不銹鋼的用途和區別。
鋁合金零件在航空航天領域的應用
鋁是一種相對非常輕的金屬材料,重量約為 2.7 g/cm3(克每立方厘米),雖然鋁比不銹鋼更輕、更便宜,但鋁的強度和耐腐蝕性不如不銹鋼,在耐用性和強度方面不銹鋼優于鋁。
盡管鋁合金的使用在航空航天生產的許多方面有所下降,但鋁合金現代飛機制造中依然占據著重要地位,對于許多特定用途,鋁仍然是堅固的、輕質的材料。由于其高延展性,易于加工,鋁材的價格相對于許多復合材料或鈦相比要便宜的多。它還可以通過將其與其他金屬(如銅、鎂、錳和鋅)合金化或通過冷處理或熱處理來進一步增強其金屬性能。
廣泛用于制造航空零件的鋁合金包括:
1. ·鋁合金7075(鋁/鋅)
2. ·鋁合金7475-02(鋁/鋅/鎂/硅/鉻)
3. ·鋁合金6061(鋁/鎂/硅)
7075是鋁和鋅的組合,是航空航天應用中最常用的合金之一,其具有優異的機械性能、延展性、強度和抗疲勞性。
7475-02是鋁、鋅、硅和鉻的組合,而6061則含有鋁、鎂和硅。需要哪種合金完全取決于終端的預期應用,飛機上有很多鋁合金零件雖然是裝飾性的,但是在輕量化兼顧剛性來講,鋁合金卻是最佳的選擇。
航空航天工業中常用的一種鋁合金是鋁鈧。在鋁中添加鈧可增強金屬的強度和耐熱性。使用鋁鈧還可以提高燃油效率。由于它是鋼和鈦等密度更大的材料的替代品,因此用更輕的鋁鈧替代這些材料可以減輕重量,從而提高燃油效率及機體剛性的強度。
不銹鋼零件在航空航天中應用
在航空航天工業中,與鋁相比,不銹鋼的應用卻讓人出乎意外。因為不銹鋼的重量更重,然而它在航空航天應用中較以往有所增加。
不銹鋼是指含有至少11%鉻的鐵基合金系列,鉻是一種防止鐵腐蝕并提供耐熱性的化合物。不同類型的不銹鋼包括元素氮、鋁、硅、硫、鈦、鎳、銅、硒、鈮和鉬。不銹鋼的種類繁多,不銹鋼牌號多達150多個,常用的不銹鋼只占不銹鋼總數的十分之一左右。不銹鋼可以制成薄板、板材、棒材、線材和管材,使其適用于各種應用場景。
不銹鋼有五個主要種群主要按其晶體結構分類。這些不銹鋼為:
4. 奧氏體不銹鋼
5. 鐵素體不銹鋼
6. 馬氏體不銹鋼
7. 雙相不銹鋼
8. 沉淀硬化不銹鋼
如上所述,不銹鋼是由鋼和鉻組合而成的合金。不銹鋼的強度與合金中鉻的含量直接相關。鉻含量越高,鋼的強度越高。不銹鋼具有高耐腐蝕性和耐高溫性,使其適用于一系列航空航天部件,包括執行器、緊固件和起落架部件。
使用不銹鋼制造航空航天零件的好處:
雖然比鋁強,但不銹鋼通常要重得多。但是與鋁相比,不銹鋼零件卻有兩個重要的優點:
1.不銹鋼具有高耐腐蝕性。
2.不銹鋼更堅固,更耐磨。
不銹鋼的剪切模量和熔點加工難度也高于鋁合金。
這當中的特性對于許多航空航天零件來說至關重要,也是的不銹鋼零件在航空航天應用中占據了不可或缺的地位,不銹鋼的優點還包括優異的耐熱性和耐火性、光亮、美觀的外觀和優良的衛生品質。不銹鋼也易于制造,當飛機部件需要焊接、機加工或切割成精確的規格時,不銹鋼材料性能優異性就尤為突出了,某些不銹鋼合金具有極高的抗沖擊性,這也是影響大型飛機安全性和耐用性的重要因素。
隨著時間的推移,航空航天工業越來越多樣化,現代航空航天飛行器更可能采用不銹鋼機身或機身制造。盡管價格較高,但它們也比鋁強得多,并且根據場景使用不同等級的不銹鋼,不銹鋼的使用仍可以提供出色的強度重量比。
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