浅析四种合金材料在航空航天技术中的应用

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浅析四种合金材料在航空航天技术中的应用

摘要：航空航天工业中, 合金因强度大、易焊接等特点成为备受关注的工程材料。本文通过

分析铌合金、铝锂合金、钛铝合金、镁合金在航空航天工程中的应用, 揭示合金材料在该领域

不可替代的作用, 同时指出合金存在的不足, 以及改进的措施。同时, 笔者认为合金未来的发展

方向是轻量化, 提出对现有合金进行技术处理, 促进合金的发展。

一、前言

近年来, 新兴合金工业快速发展, 有力地推动新兴合金在航空航天工程的应用。其中铌合金、铝

锂合金、钛铝合金、镁合金等合金由于其优异的性能被广泛应用于航空航天工程。本文就该四

种合金在航空航天及相关领域的应用进行探讨, 希望能对促进合金性能的改进及其应用有帮

助。

二、新型铌合金

铌元素位于元素周期表第五周期 VB 族。单质铌是灰白色金属, 具有化学性质稳定、顺磁性、

熔点高、密度小的特点。高温下与硫、碳等单质可以直接化合, 能与钛、锆、钨等金属形成合

金, 用于新型航空航天工程的材料。铌合金分为高强度铌合金和低密度铌合金。

(一) 高强度铌合金

以固溶强化、弥散强化为主。一般添加钨、钼、铪及 0.06%-0.12%的碳进行固溶强化。固溶强

化后的合金, 高温强度比较高, 是用于航空航天工程的理想材料。但由于铌单质随着杂质含量的

升高会变硬, 室温可塑性较差 ( ≤断后延展率 10%) 。为此, 我们一般添加大量的铪, 以及少量的碳

制成 WC3009 铌合金。另外, 我们可以采用弥散强化的方法解决该问题。弥散强化过程中, 一般

加入 5%-10%的钼或钨, 使得合金的塑性大大提升了, ≥断后延伸率 25%, 而且没有丧失比强度高

的特点。

(二) 低密度铌合金

低密度铌合金, 它的抗氧化性比高铌含量 (质量分数 Nb+W 80%) �的铌合金要好, 能在 550℃-

800℃的大气环境中不加任何抗氧化涂层而不被氧化。低密度铌合金的制备方法很多, 如粉末冶

金法、等离子熔炼法等。与其他方法相比, 粉末冶金法很容易得到合金材料, 成份十分均匀。随

着科技不断发展, 3D 打印技术不断成熟, 用该技术制备复杂形状的合金, 可以成为新的研究方

向。

三、铝锂合金

Ⅰ锂位于元素周期表第二周期 A族, 是最轻的金属, 在铝中的溶解度比较高, 且锂的比重小, 所以

长期以来它一直被认为可以与铝制成合金。据有关数据统计, 在铝合金中平均加 1%的锂, 可使

其密度降低3%, 使其弹性模量提高 6%, 所以铝锂合金在航空航天领域的作用不可小觑。

(一) 铝锂合金的发展

上个世纪 50 年代到 60 年代初, 第一代铝锂合金由美国 Alcoa 公司和苏联科学家开发出来。1958

年, 美国 Alcoa 公司研制出 2020 合计板材, 用在海军 RA-5C 军用预警机上。20 世纪 70 年代到 80

年代后期, 是铝锂合金发展的第二阶段。70 年代的能源危机迫使航空工业要对飞机材料进行大

刀阔斧的改良, 此阶段研究出的第三代铝锂合金, 重量减轻了 7%-10%, 弹性模量提高了 10%-

16%, 有良好的疲劳性能。第四代铝锂合金, 锂合量有所降低, 与之前相比, 其合金强度韧性进一

步提升。2010 年, 中国航空工业集团采用美国达文波特轧制厂的新一代铝锂合金成功制造出

C919 国产大型客机的直部段。铝锂合金的不断发展, 将导致我国铝锂合金的广注应用。

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摘要：

浅析四种合金材料在航空航天技术中的应用摘要：航空航天工业中,合金因强度大、易焊接等特点成为备受关注的工程材料。本文通过分析铌合金、铝锂合金、钛铝合金、镁合金在航空航天工程中的应用,揭示合金材料在该领域不可替代的作用,同时指出合金存在的不足,以及改进的措施。同时,笔者认为合金未来的发展方向是轻量化,提出对现有合金进行技术处理,促进合金的发展。一、前言近年来,新兴合金工业快速发展,有力地推动新兴合金在航空航天工程的应用。其中铌合金、铝锂合金、钛铝合金、镁合金等合金由于其优异的性能被广泛应用于航空航天工程。本文就该四种合金在航空航天及相关领域的应用进行探讨,希望能对促进合金性能的改进及其应...

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