航空航天应用加工零件中需要考虑许多因素,例如零件的形状、重量和耐用性。这些因素会影响飞机的飞行安全以及经济性。一直以来航空航天制造的首选材料一直是铝合材料为主金。然而在现代喷气式飞机中,它却只占结构总量的20%。
由于对轻型飞机需求日益剧增,碳增强聚合物及蜂窝材料等复合材料的使用在现代航空航天工业中的比重不断增加。航空航天制造公司开始研究铝合金的替代品-航空级不锈钢,这种不锈钢在新飞机部件中的占比在不断攀升,下面我们来分析一下现代飞机中铝合金和不锈钢的用途和区别。
铝合金零件在航空航天领域的应用
铝是一种相对非常轻的金属材料,重量约为 2.7 g/cm3(克每立方厘米),虽然铝比不锈钢更轻、更便宜,但铝的强度和耐腐蚀性不如不锈钢,在耐用性和强度方面不锈钢优于铝。
尽管铝合金的使用在航空航天生产的许多方面有所下降,但铝合金现代飞机制造中依然占据着重要地位,对于许多特定用途,铝仍然是坚固的、轻质的材料。由于其高延展性,易于加工,铝材的价格相对于许多复合材料或钛相比要便宜的多。它还可以通过将其与其他金属(如铜、镁、锰和锌)合金化或通过冷处理或热处理来进一步增强其金属性能。
广泛用于制造航空零件的铝合金包括:
1. ·铝合金7075(铝/锌)
2. ·铝合金7475-02(铝/锌/镁/硅/铬)
3. ·铝合金6061(铝/镁/硅)
7075是铝和锌的组合,是航空航天应用中最常用的合金之一,其具有优异的机械性能、延展性、强度和抗疲劳性。
7475-02是铝、锌、硅和铬的组合,而6061则含有铝、镁和硅。需要哪种合金完全取决于终端的预期应用,飞机上有很多铝合金零件虽然是装饰性的,但是在轻量化兼顾刚性来讲,铝合金却是最佳的选择。
航空航天工业中常用的一种铝合金是铝钪。在铝中添加钪可增强金属的强度和耐热性。使用铝钪还可以提高燃油效率。由于它是钢和钛等密度更大的材料的替代品,因此用更轻的铝钪替代这些材料可以减轻重量,从而提高燃油效率及机体刚性的强度。
不锈钢零件在航空航天中应用
在航空航天工业中,与铝相比,不锈钢的应用却让人出乎意外。因为不锈钢的重量更重,然而它在航空航天应用中较以往有所增加。
不锈钢是指含有至少11%铬的铁基合金系列,铬是一种防止铁腐蚀并提供耐热性的化合物。不同类型的不锈钢包括元素氮、铝、硅、硫、钛、镍、铜、硒、铌和钼。不锈钢的种类繁多,不锈钢牌号多达150多个,常用的不锈钢只占不锈钢总数的十分之一左右。不锈钢可以制成薄板、板材、棒材、线材和管材,使其适用于各种应用场景。
不锈钢有五个主要种群主要按其晶体结构分类。这些不锈钢为:
4. 奥氏体不锈钢
5. 铁素体不锈钢
6. 马氏体不锈钢
7. 双相不锈钢
8. 沉淀硬化不锈钢
如上所述,不锈钢是由钢和铬组合而成的合金。不锈钢的强度与合金中铬的含量直接相关。铬含量越高,钢的强度越高。不锈钢具有高耐腐蚀性和耐高温性,使其适用于一系列航空航天部件,包括执行器、紧固件和起落架部件。
使用不锈钢制造航空航天零件的好处:
虽然比铝强,但不锈钢通常要重得多。但是与铝相比,不锈钢零件却有两个重要的优点:
1.不锈钢具有高耐腐蚀性。
2.不锈钢更坚固,更耐磨。
不锈钢的剪切模量和熔点加工难度也高于铝合金。
这当中的特性对于许多航空航天零件来说至关重要,也是的不锈钢零件在航空航天应用中占据了不可或缺的地位,不锈钢的优点还包括优异的耐热性和耐火性、光亮、美观的外观和优良的卫生品质。不锈钢也易于制造,当飞机部件需要焊接、机加工或切割成精确的规格时,不锈钢材料性能优异性就尤为突出了,某些不锈钢合金具有极高的抗冲击性,这也是影响大型飞机安全性和耐用性的重要因素。
随着时间的推移,航空航天工业越来越多样化,现代航空航天飞行器更可能采用不锈钢机身或机身制造。尽管价格较高,但它们也比铝强得多,并且根据场景使用不同等级的不锈钢,不锈钢的使用仍可以提供出色的强度重量比。
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