航空材料与飞机研究进展

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1、航空材料的研究进展报告人：王桂青航空材料发展的几个阶段高温合金铝合金钛合金超高强度结构钢复合材料报告内容一部人类文明史从某种意义上说就是一部使用材料和发展材料的历史。对材料的认识、以及研制材料、发展材料、使用材料的能力是人类社会进步的最基础、最原始、最本质的驱动力。材料的使用与发展航空工业领域从来就是先进材料技术展现风采、争奇斗艳的大舞台。100多年来，材料与飞机一直在相互推动不断发展，至今已经历了四个发展阶段，正在跨入第五阶段。第一阶段是1903～1919年，机体采用木、布结构。第二阶段是1920～194

2、9年，机身使用了铝合金和钢。第三阶段是1956～1969年，飞机材料中增加了钛。第四个阶段是1970年到当前，其特点是增加了复合材料。航空材料发展的几个阶段现代飞机和发动机中最重要的五大类结构材料：高温合金、铝合金、钛合金、超高强度结构钢、复合材料高温合金高温合金是为满足喷气发动机对材料的苛刻要求而研制的，是军用和民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。目前，在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例已超过50%。可以说，没有高温合金就没有现代航空工业。高温合金的发展与航空发动机的技术进步密切相关。发

3、动机热端部件涡轮盘、涡轮叶片材料和制造工艺是发动机发展的重要标志。制造工艺对高温合金的发展起着极大的推进作用。真空熔炼技术：使得合金中有害杂质和气体有效去除，特别是合金成分的精确控制，使高温合金性能不断提高，研制出了Mar-M200、In-100和B-1900等高性能的铸造高温合金。定向凝固、单晶生长、粉末冶金、机械合金化、陶瓷型芯、陶瓷过滤、等温锻造等新型工艺的研究成功推动了高温合金的迅猛发展。定向凝固技术最为突出。目前各国先进航空发动机叶片都采用定向、单晶合金制造涡轮叶片。高温合金制造工艺从国际范围来看

4、，Ni基铸造高温合金已形成等轴晶、定向凝固柱晶和单晶合金体系定向柱晶合金发展了三代，第二、三代合金与第一、二代单晶合金性能相当。单晶合金第一代、第二代、第三代都已成功在航空发动机上应用，如PWA1480、PWA1484、CMSX-4、ReneN5、RR3000等。四代单晶合金也在研制之中，并制造成复合冷却空心叶片，用于高性能发动机。新单晶合金的超冷叶片（双空壁铸冷）也在高性能验证机上使用。粉末高温合金也由第一代650℃发展到750℃、850℃粉末涡轮盘和双性能粉末盘，在先进高性能发动机上使用。如损伤容限粉末

5、合金Rene'88DT已用作F119发动机一级涡轮盘。国外高温合金的发展20世纪70年代前高温合金的创业和起步时期，由于我国第一、二代发动机的需求，我国研制和发展了GH系列的变形高温合金，如GH4133、GH4049、GH4169以及K系列的铸造高温合金，如K403、K405、K417G等。其中有仿苏联、仿欧美，也有独立自主研制的。同时也发展了许多新的制造技术，如真空熔炼和铸造、空心叶片铸造、等温锻造等。其中最为突出的是K417合金9小孔空心冷却涡轮叶片，它是我国第一个铸造空心冷却叶片在航空发动机上使用。我

6、国高温合金的发展用于生产铸造涡轮叶片的模具组20世纪70年代后，我国测仿了欧美航空发动机，高温合金的研制中也引进了欧美的技术，按国外的技术标准进行研制和生产，对材料的纯洁度和综合性能提出了更高的要求，研制了高性能变形高温合金、铸造高温合金。DZ系列的定向凝固柱晶合金如DZ4、DZ22等，DD系列的单晶合金DD3、DD402等使我国高温合金在生产工艺技术和产品质量控制上了一个新台阶，基本达到和接近西方工业发达国家的水平。最为显著的是复合冷却DZ22定向柱晶无余量精铸叶片的研制，已在某高性能发动机上成功应用。D

7、D3单晶涡轮叶片和FGH95粉末盘首次在小型发动机上使用，开创了先进高性能发动机研制的新局面。我国高温合金的发展铝合金铝合金的比强度和比刚度与钢相似，但由于其密度较低，因此在同样的强度水平下可提供截面更厚的材料，在受压时的抗屈曲能力更佳，因此铝合金成为经典的飞机结构材料。欧美国家航空铝合金的发展已经历了第一代静强度铝合金、第二代耐腐蚀铝合金和第三代高纯铝合金。它们广泛用作B737、B747系列改型、B757/767、A320、A330、A340等民用客机以及F15、F16、F18、F22等战斗机主体结构材料

8、。特点发展20世纪80年代末至90年代中期，第四代耐损伤铝合金2524-T3和7150-T77的研制成功是航空铝合金跨时代的进步，是铝合金发展史上的里程碑。引领这个发展的推动力来自精密热处理技术及合金成分精确控制等关键技术的突破。传统铝合金因此完成了向高性能铝合金的里程碑式大发展，其标志性产品是2000系传统铝合金和7000系传统铝合金推陈出新的牌号——耐损伤2524-T3合金和高强、高韧、耐蚀7150-T77和