高强度不锈钢在国产大飞机中的应用和发展(一)

所谓大型飞机,是指总起飞重量超过100吨的运输飞机,包括军用和民用大型运输飞机以及150多架后勤客机。它是民航中使用最广泛的主要模型。

2007年3月,国家正式建立总投资2000亿元的大型民用飞机项目。中国大型飞机的许多部分也将在国内外招标。作为一项国家战略,国产大型飞机将优先采购国产零件。这将带动中国许多相关产业的发展,包括新材料产业。不锈钢广泛用于飞机,其中许多与常规不锈钢不同。它必须具有特殊的特性,例如高强度和抗疲劳性。本文介绍了大型飞机上高强度不锈钢的发展。

高强度不锈钢航空技术的发展反复证明,飞机和航空发动机性能的提高很大程度上取决于改善的材料性能。尽管钢在飞机制造中的比例持续下降,但由于钢的高强度,高韧性,高应力腐蚀开裂性和良好的抗冲击性,飞机的一些关键结构部件,例如起落架,大梁和大型应力接头高强度钢继续用于高应力紧固件。

向着长寿命和高可靠性的方向发展飞机对材料的耐腐蚀性越来越要求。使用高强度不锈钢制造某些重要零件已成为一种主要的发展趋势,这使得高强度不锈钢材料成为航空产品达到高性能,长寿命和高可靠性的重要材料和技术基础。拉伸强度高于800 MPa且屈服强度高于500 MPa的不锈钢通常称为高强度不锈钢,屈服强度高于1 380 MPa的不锈钢称为超高强度不锈钢。不锈钢。

自1958年以来,钢铁研究院和各种特殊钢厂等研究机构都进行了沉淀硬化不锈钢的研究。在1960年代,开始进行马氏体时效不锈钢的研究。在1980年代,开始使用铁。近年来,在超时效不锈钢领域中已经进行了对时效不锈钢的研究。研制的系列钢材基本满足了中国国防建设和国民经济的需要。

1种沉淀硬化不锈钢

1.1半奥氏体沉淀硬化不锈钢

这种钢的特点是在奥氏体状态下进行切削,冷变形和焊接,然后通过调整处理和时效处理来控制马氏体相变和沉淀硬化,以获得不同的韧性配合;耐腐蚀性好,特别是对于应力腐蚀性。因此,这种钢特别适合于制造具有不同要求的耐腐蚀结构构件。它在540°C(尤其是在480°C以下)下使用,并具有良好的耐热性。主要缺点是钢的化学成分范围非常严格,热处理工艺复杂,热处理温度控制非常精确(±5°C)。钢的加工硬化趋势大,在深变形冷加工中经常需要多次进行。退火。此类钢的典型代表是0CT17Ni7Al(17-7PH),OCr15Ni7Mo2Al(PH15-7Mo),0Cr12Mn5Ni4Mo3Al等。这种类型的钢主要用于航空业,用于在400°C以下工作的耐腐蚀结构构件,例如各种管道,管接头,弹簧,紧固件等。产品包括板,管,带,线,杆,铸件,锻件等

1.2马氏体沉淀硬化不锈钢

这种钢的强度是通过马氏体相变和沉淀硬化来实现的。优点是强度更高,并且由于低碳,高铬,高钼和/或高铜,其耐腐蚀性通常较低。不低于18Cr-8Ni奥氏体不锈钢;它易于切割和焊接。通常,焊接后不需要局部退火,并且热处理工艺相对简单。缺点主要是即使在退火状态下,组织仍为低碳马氏体,因此难以进行深变形冷加工。这类钢的代表钢是0Crl7Ni4Cu4Nb(17-4PH)和0Cr13Ni8Mo2Al(PH13-8Mo),它们用于制造在400°C下工作的高强度耐腐蚀轴承部件,例如发动机轴承零件和紧固件。后者广泛用于航空航天轴承和耐腐蚀的中温结构部件。

1.3奥氏体沉淀硬化不锈钢

这种钢实际上是基于Fe-Ni的超合金。它在高强度不锈钢中具有600-700°C的最高高温强度,在650°C时的屈服强度与室温下的相似。超低温韧性极好。基本上没有低温脆性。制作大截面零件时,析出强化效果显着,力学性能均匀。冷变形和耐腐蚀性优异。缺点主要是室温和中温强度低,以及可焊性差。代表用于制造喷气发动机涡轮,叶片,机身,紧固件,高强度弹簧等的钢种0Crl5Ni25Ti2Mo1VA1。

2种时效不锈钢

马氏体时效不锈钢是一种1960年代中期开发的新型高强度不锈钢。这类钢不仅具有高强度和超高强度,而且克服了马氏体沉淀硬化不锈钢的低温韧性差和长时间在350-400°C下使用时脆化趋势大的缺点。固溶状态下为超低碳马氏体结构,加工硬化指数低,易冷加工。良好的固溶焊接性能;热处理简单,工件尺寸稳定;与其他高强度不锈钢相比,在相同强度下具有更好的可塑性和韧性;相同铬含量的腐蚀优于马氏体沉淀硬化不锈钢。缺点主要是由于碳含量低导致耐磨性差,需要表面处理以提高耐磨性和疲劳强度。马氏体时效不锈钢的研究已成为高强度不锈钢研究的重点之一。

1)在00Crl6Ni5Al( Mpa)下,钢中含有一些铁素体,对锻造有一定要求。良好的韧性,良好的深冲和弯曲性能,相当于Crl8Ni8不锈钢;焊接性能好,焊接前无需预热,焊接后无需热处理,焊接效率在90%以上。

2)在00Crl5Ni6Nb( MPa)下,该钢具有良好的塑性,韧性和耐蚀性,良好的深冲性能,优异的切削性能,并且可以在软化,固溶和时效条件下进行切削。没有粘刀。特别地,焊接性能优异,并且可以使用具有与基材相同组成的焊丝进行焊接,并且焊接效率高,并且接合强度与基材基本相同。在航空航天工业中,它可以用来代替大量使用且强度高的1Crl8Ni9不锈钢。

3)表示00Crl1Nil0Mo2Al(1200至1300MPa),00Cr11Ni10Mo2Ti0.6A1(1300至1500MPa)和00Crl1Nil0Mo2Til(1600至1700MPa)。该系列钢主要由Mo,Al和Ti组成。这些钢在固溶状态下具有良好的冷加工性,并且可以更复杂地加工。它具有良好的耐腐蚀性,高冲击韧性和断裂韧性,并且可以通过任何焊接不锈钢的方法进行焊接。它可用于制造弹簧,紧固件,轴承结构部件和航空航天工业中的其他部件。

4)在00Cr12Co12Ni4Mo4Ti( MPa)下,钢的Co和Mo复合强化使强化效果更加明显,因为Co可以降低Mo在基体中的溶解度并增加钢的弹性模量。耐腐蚀性最好在420°C;热加工性好,固溶状态下不易冷加工;焊接前无需预热,固溶+时效处理(如果焊接后需要高韧性)。该钢具有良好的韧性,高抗疲劳性和高弹性模量,可用于制造需要耐腐蚀性和高抗弹性衰减性的零件。

5)用00Cr12Ni8Cu2AlNb(1 5001 700 MPa),钢具有高强度,足够的韧性和耐应力腐蚀性能;最高使用温度为450°C,瞬时使用温度为800°C;热处理条件下的疲劳性能接近Custom455;钢的冷作硬化倾向很小,一般不需要中间的软化处理。易焊接,工艺简单,大接头焊接强度系数大于85%。主要用于制造耐腐蚀轴承部件,高性能轴,齿轮,弹簧等。

6)该钢是Carpenter公司的专利钢牌号,具有00Crl2Ni11MolTi1.65(即Cust0m465,l 3001 800 MPa),在峰值时效(H900)状态下的强度高达1820 MPa,并且仍然出色缺口强度和断裂韧性。长期暴露在高温下仍具有很高的强度,并且其耐蚀性与AISI304钢相似。由热处理引起的尺寸变化小,并且可以在固溶状态和不同的机加工状态下进行冷加工。

7)使用00Crl1Ni8Co8.5Mo5All(即Custom475,l 6002 100 MPa),也是Carpenter的专利钢种,该钢可以达到最高强度。峰值时效(524℃时效)强度可达到2030MPa,时效前无应变强化,时效后可达1960MPa,退火屈服强度仅为1000MPa左右。与其他高镍马氏体时效钢相比,加工硬化率低,可进行平滑的冷加工,并具有类似的切削特性。具有良好的耐大气腐蚀性能。

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