航天用高性能結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼的應(yīng)用特點
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從超音速戰(zhàn)斗機誕生之日起,鋼就是不可缺少的重要材料,用途廣、牌號多,大量用于關(guān)鍵部位。但是由于比重較大,隨著新型航空材料(如鈦合金、先進復合材料)的使用,鋼在戰(zhàn)斗機機體上的應(yīng)用比例一直在下降,從第二代飛機占結(jié)構(gòu)重量的20%~30%,第三代飛機占8%~20%,到新一代飛機占5%~10%。
但是,鋼以其高強度和高剛度結(jié)合的優(yōu)勢,在未來一段時間內(nèi),高性能結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼仍然是超音速戰(zhàn)斗機的諸如起落架、大應(yīng)力接頭以及高應(yīng)力緊固件等關(guān)鍵承力件的主要候選材料。
現(xiàn)代戰(zhàn)斗機要求結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼的強度大幅度提高,并具有良好的塑性和韌性,小的缺口敏感性、高的疲勞抗力、高的應(yīng)力腐蝕抗力、高的抗氫滯后破壞力、高的蠕變抗力、小的各向異性和良好的工藝性能。提高鋼的純潔度和均勻性是航空用鋼的重要發(fā)展方向,提高鋼的純潔度、控制非金屬夾雜物的形態(tài)、分布以及保證鋼材在整個截面上具有均勻的成分和性能是提高鋼制零件使用可靠性和延長使用壽命的重要手段。
以起落架用材為例,起落架用材要求高的比強度及高的絕對強度和疲勞強度。因為起落架對飛機飛行而言屬于“寄生”乘客,未來隱形戰(zhàn)斗機的設(shè)計要求武器和動力裝置全內(nèi)置,飛機的內(nèi)部有效空間極其珍貴,因此要求提高材料的絕對強度以縮小起落架的尺寸,節(jié)省有效空間。
當前二次硬化型超高強度鋼的強度可高達2000MPa,其比強度甚至超過了鈦合金,如AerMet310鋼比強度為27.9,AerMet100鋼比強度為25.7,而Ti-6Al-4V比強度僅為25.4。起落架用材要求復雜應(yīng)力條件下的疲勞性能,因此特別重視材料的強韌性和組織的均勻性。
為提高艦載飛機起落架的耐蝕性,需開展1 900MPa超高強不銹鋼的研制。為降低材料成本,應(yīng)開發(fā)應(yīng)用節(jié)鈷型二次硬化超高強度鋼。
應(yīng)用特點
高性能結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼在應(yīng)用方面的特點主要表現(xiàn)為:具有高的強度和韌性,優(yōu)良的焊接性能、疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕性能,對缺口和氫脆不敏感。
例如:如AF1410鋼是高合金二次硬化超高強度鋼,在抗拉強度大于1 620 MPa的情況下,斷裂韌度KⅠC大于143MPa ,焊接接頭強度系數(shù)大于0.9。
AF1410鋼是迄今唯一能夠用于損傷容限設(shè)計的鋼種,已用做飛機平尾大軸;AerMet100鋼是在AF1410鋼的基礎(chǔ)上調(diào)整合金成分開發(fā)成功的,抗拉強度大于1 930 MPa,是目前強韌性配合最好的鋼,已成功應(yīng)用于F/A18艦載機、F22和F35飛機的起落架,科曼奇武裝直升機的裝甲防護、航空黑匣子殼體等,是國內(nèi)新一代飛機起落架的首選材料。
PH13-8Mo鋼是馬氏體型沉淀硬化不銹鋼,是現(xiàn)有沉淀硬化不銹鋼中強度最高的,主要用于要求屈服強度高達1515MPa、塑性好、性能無各向異性的大截面尺寸構(gòu)件。
自東方紅衛(wèi)星上天到神舟飛船遨游太空,空間技術(shù)通過空間應(yīng)用轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力,民用航天在促進經(jīng)濟增長、推動科技進步和人類社會文明進程等方面起到了重要作用。
最近幾年,我國衛(wèi)星應(yīng)用蓬勃發(fā)展,民用衛(wèi)星已廣泛應(yīng)用于對地觀測、通信廣播和導航定位等諸多領(lǐng)域,取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。中國現(xiàn)已建立了衛(wèi)星通信、衛(wèi)星氣象、衛(wèi)星資源普查、衛(wèi)星導航定位、衛(wèi)星微重力試驗、空間科學研究等衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)。相信這些領(lǐng)域的發(fā)展,都將對不銹鋼管的發(fā)展起到強大的促進作用。
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