淺析四種合金材料在航空航天技術(shù)中的應用論文
在日常學習、工作生活中，大家都嘗試過寫論文吧，論文是學術(shù)界進行成果交流的工具。還是對論文一籌莫展嗎？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)中的應用論文，僅供參考，大家一起來看看吧。
摘要：
航空航天工業(yè)中，合金因強度大、易焊接等特點成為備受關(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用，揭示合金材料在該領(lǐng)域不可替代的作用，同時指出合金存在的不足，以及改進的措施。同時，筆者認為合金未來的發(fā)展方向是輕量化，提出對現(xiàn)有合金進行技術(shù)處理，促進合金的發(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，新興合金工業(yè)快速發(fā)展，有力地推動新興合金在航空航天工程的應用。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)域的應用進行探討，希望能對促進合金性能的改進及其應用有幫助。
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，具有化學性質(zhì)穩(wěn)定、順磁性、熔點高、密度小的特點。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。鈮合金分為高強度鈮合金和低密度鈮合金。
(一)高強度鈮合金
以固溶強化、彌散強化為主。一般添加鎢、鉬、鉿及0.06%-0.12%的碳進行固溶強化。固溶強化后的合金，高溫強度比較高，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化的方法解決該問題。彌散強化過程中，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%，而且沒有喪失比強度高的特點。
(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)量分數(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，所以長期以來它一直被認為可以與鋁制成合金。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，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
上個世紀50年代到60年代初，第一代鋁鋰合金由美國Alcoa公司和蘇聯(lián)科學家開發(fā)出來。1958年，美國Alcoa公司研制出2020合計板材，用在海軍RA-5C軍用預警機上。20世紀70年代到80年代后期，是鋁鋰合金發(fā)展的第二階段。70年代的能源危機迫使航空工業(yè)要對飛機材料進行大刀闊斧的改良，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，其合金強度韌性進一步提升。2010年，中國航空工業(yè)集團采用美國達文波特軋制廠的新一代鋁鋰合金成功制造出C919國產(chǎn)大型客機的直部段。鋁鋰合金的不斷發(fā)展，將導致我國鋁鋰合金的廣注應用。
(二)鋁鋰合金的超塑性研究及航空航天工程的應用
鋁鋰合金密度小、比強度高、比彈性模量大，廣泛應用航空航天工程。但是，室溫塑性差、易開裂、力學性能各向異性嚴重，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，標志著航空航天工程迎來了新的曙光。例如，在航空領(lǐng)域內(nèi)，麥道公司在1990年3月對由鋁鋰合金(8090)制造的F-15B鷹戰(zhàn)斗機的整流罩進行試驗，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，具有強度大的優(yōu)點。與鋁制成的鈦鋁合金，密度低、強度高、抗氧化能力好，這些優(yōu)點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)過長時間發(fā)展在國外已經(jīng)開始被工程化地應用到航空航天領(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，發(fā)生包晶反應，形成柱狀晶組織，導致其室溫性能一般。為了防止包晶反應的發(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、細化組織、改善鈦鋁合金的綜合力學性能。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計與參數(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，對加工設備要求高。因此，設計熱加工的計算機模擬可以成為完善熱加工技術(shù)的一個發(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、比強度高、易回收等優(yōu)秀特征，被譽為“21世紀綠色工程材料”。
(一)鎂合金成型新工藝
眾所周知，航空航天工程對機件的復雜程度要求很高。為了滿足航空航天工程的需求，鎂合金成型新工藝應運而生。其中包括涂層轉(zhuǎn)移精密鑄造技術(shù)、表面超聲波陽極氧化技術(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，運用涂料自上充填的造型材料，使涂層經(jīng)固化后，自動轉(zhuǎn)移到型芯表面，該方法又稱“非占位式轉(zhuǎn)移涂料技術(shù)”。典型應用就是鎂合金導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用與未來發(fā)展
鎂合金的自身優(yōu)異性能，加上新技術(shù)的強化，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)等溫熱擠壓技術(shù)處理后，成功制備出輕型導彈的彈翼;JDM1鎂合金經(jīng)常規(guī)等溫熱擠壓技術(shù)處理后，可以制備出Φ145mm的無縫管道等等。我國是鎂合金資源大國，而且目前航空航天工業(yè)發(fā)展的態(tài)勢是“輕量化”，所以我國更應大力發(fā)展鎂科技，在鎂資源優(yōu)勢基礎上，讓技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，才能在行業(yè)競爭中獲得生機。
六、結(jié)論
在未來航空航天工業(yè)中，輕量化必將成為發(fā)展的重要趨勢，合金正以它優(yōu)異的物理化學性能在航空航天領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用。如果能在合金優(yōu)異性能的基礎上，使其輕量化，將會引起合金在該領(lǐng)域更廣泛地應用。目前，合金的易被腐蝕、價格昂貴、制造成本高、可塑性等缺點有待進一步提高。強化合金的結(jié)構(gòu)功能一體化，不僅能增強其機械性能，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)域的應用價值提升。
參考文獻
[1]鄭欣,白潤,蔡曉梅,等.新型鈮合金研究進展[J].中國材料進展,2014,33(9):586-594.
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