工藝創(chuàng)新在航空材料中的作用講義(參考版)
2025-01-16 22:32本頁面
【正文】 演講完畢，謝謝觀看！。材料世界真的很精彩，而熱工藝的不斷創(chuàng)新正是這個(gè)材料世界中最精彩的內(nèi)容之一。一種成分創(chuàng)新的新材料的誕生，往往由于它獨(dú)有的特性而推動(dòng)一些工藝技術(shù)的發(fā)展，甚至創(chuàng)立一種嶄新的工藝技術(shù)；反過來，一種工藝創(chuàng)新的新技術(shù)的誕生，又往往由于它新的思路而推動(dòng)一些材料的發(fā)展，甚至創(chuàng)立一種嶄新的材料。圖中的橄欖色給出了 GLARE在 A380機(jī)身上的使用位置，此外 GLARE還用在垂直尾翼的前緣和水平穩(wěn)定面上。 GLARE另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以和單片鋁板一樣鉆孔和切削，便于制造和維修。● GLARE取代鋁板制造 A380機(jī)身壁板后，不但減重 25% ，而且具有更高的強(qiáng)度、更好的抗疲勞特性和更長(zhǎng)的使用壽命。該工藝是將 玻璃纖維 /環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在模子里交替層鋪并粘接在一起，然后在固化爐內(nèi)成形固化。 2023年 5月 7日，空客公司在法國圖盧茲為 A380開始總裝舉行盛大慶祝儀式。 鋁材 /樹脂基復(fù)合材料的層合工藝（ GLARE）空客研制的 A380是世界上最大的雙層客艙式的民用飛機(jī)，其載客量達(dá)555人。 整體泡沫芯子 /纖維 /樹脂復(fù)合工藝● 工藝過程：模塑出包含肋條、桁條、電氣線路及其他附件的整體泡沫芯子 —— 固化 —— 纏繞以增強(qiáng)用的纖維 —— 送回模具注射樹脂 —— 固化。這一 90Kg重的大型復(fù)雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)的突破與RTM流動(dòng)模型（最佳注射部位及程序）的建立緊密相關(guān)。應(yīng)用實(shí)例：進(jìn)氣唇口，前機(jī)身部分隔框和構(gòu)架，燃油箱骨架和箱壁，中機(jī)身武器艙門帽形加強(qiáng)筋，機(jī)翼中間梁，尾翼的梁和肋?！狥22 是首例大量采用 RTM工藝的飛機(jī)?！?主要特點(diǎn)（與傳統(tǒng)的預(yù)浸料鋪疊 /熱壓成形工藝相比）① 制品設(shè)計(jì)自由度大，各種復(fù)雜異形件均不必縫合，有利于結(jié)構(gòu)整體化和提高強(qiáng)度、剛度、抗分層、抗沖擊等綜合性能；② 材料空隙率很低（ 0～ % ）；③ 纖維含量高，可達(dá) 50～ 60% ，甚至 75% ；④ 尺寸精確，重復(fù)性好，裝配工時(shí)顯著減少；⑤ 能耗低，生產(chǎn)周期短，成本降低 20% ，增強(qiáng)了與金屬件的競(jìng)爭(zhēng)力（金屬件雖比 RTM成本還低 10% ，但重 40% ）；⑥ 工作環(huán)境好—— 對(duì)樹脂的要求① 耐熱性、耐濕性、韌性等性能仍應(yīng)滿足使用要求；② 在室溫或較低溫度下具有低粘度 (～ 1Pa第三級(jí) 較低溫度時(shí)效（溫度等同或接近第一次時(shí)效，通?？绽洌?，補(bǔ)充強(qiáng)化至應(yīng)有水平，即充分利用過飽和效果。(2) 三級(jí)時(shí)效第一級(jí) 較低溫度時(shí)效（通常水冷），達(dá) 90% 強(qiáng)度。 鋁合金的 “T77”熱處理工藝—— 通過熱處理工藝創(chuàng)新提高綜合性能●改善強(qiáng)度與抗蝕性的匹配實(shí)例： B777大量選用 7055T77和 7150T77（見 B777選材圖）高強(qiáng)度鋁合金的發(fā)展與應(yīng)用● 該熱處理工藝的特點(diǎn)(1) 精確控溫的高溫固溶處理固溶處理溫度非常接近過燒溫度，因此必須精確控溫（ 177。m1/2Δ K， kg左圖為兩種熱處理工藝的TC11鈦合金傘艙梁與 Ti1023合金鍛坯（厚 30mm）的疲勞裂紋擴(kuò)展特性。不同 β熱處理工藝對(duì)鈦合金力學(xué)性能的影響不同熱處理工藝對(duì) TC11鈦合金顯微組織的影響α＋ β空冷二重?zé)崽幚?β急冷二重?zé)崽幚恙驴绽涠責(zé)崽幚?BRCT熱處理BRCT熱處理的 TC11鈦合金的拉伸斷口特征a、穿晶斷裂； b、局部沿晶斷裂BRCT熱處理的 TC11鈦合金壓氣機(jī)盤BRCT熱處理的TC11鈦合金傘艙梁TC11鈦合金壓氣機(jī)盤的室溫拉伸性能、缺口敏感系數(shù)、沖擊韌性和斷裂韌性TC11鈦合金壓氣機(jī)盤的蠕變和熱穩(wěn)定性*本表中所列的蠕變?cè)嚇?100小時(shí)試驗(yàn)后的室溫拉伸性能。●力學(xué)性能達(dá)到鍛件水平●可裁縫式地制成 “變成分 ”的材料和零件●一種比傳統(tǒng)補(bǔ)焊好得多的修補(bǔ)手段●應(yīng)用實(shí)例F/A18E/F已選定 4個(gè) Ti6Al4V大型構(gòu)件應(yīng)用此工藝鑒于激光成形工藝可顯著降低研制周期與成本，對(duì)航空工業(yè)高性能金屬構(gòu)件有戰(zhàn)略性重要意義，美國國防后勤局最近與明尼蘇達(dá)州的AeroMet 公司簽訂了 1900萬美元的多年協(xié)議，用激光成形法為軍用飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)制造鈦合金結(jié)構(gòu)件的試生產(chǎn)件，由 CAD文檔驅(qū)動(dòng)高功率激光器將鈦合金粉末熔結(jié)而制成近凈形件?！裆a(chǎn)周期短，可快速反應(yīng)。●這是一種由高功率激光鍍覆技術(shù)與先進(jìn)的快速成形技術(shù)結(jié)合而成的金屬粉末熔化和直接沉積的新工藝●激光成形設(shè)備由一個(gè) 14KW CO 2激光器、一個(gè)特殊的粉末喂料系統(tǒng)和一個(gè)很大的可充氬的工作室（ ）組成，工件與激光束的三維相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過計(jì)算機(jī)軟件控制（見圖）?，F(xiàn)改用噴射成形工藝并制成 5個(gè)成品盤（見圖）， 200MPa，即將進(jìn)行超轉(zhuǎn)試驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)試車。從 1400℃ 的高溫合金熔液霧化沉積成盤件的實(shí)況噴射成形的 TiA
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