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航空用铝合金的历史、应用和未来

来源:荣格 发布时间:2018-11-14 606
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铝在航空航天领域有着悠久而成功的历史。早在19世纪,斐迪南•冯•齐柏林伯爵就用它来制作他的标志性飞艇的框架,展示了铝的轻质、强度和高抗腐蚀性的本文介绍了航空航天工程及其应用中常用的铝合金和一些不太知名的铝合金,以及航空航天材料的未来。

铝在航空航天领域有着悠久而成功的历史。早在19世纪,斐迪南•冯•齐柏林伯爵就用它来制作他的标志性飞艇的框架,展示了铝的轻质、强度和高抗腐蚀性的本文介绍了航空航天工程及其应用中常用的铝合金和一些不太知名的铝合金,以及航空航天材料的未来。

历史

1903年,莱特兄弟在第一次载人飞行中选择铝作为汽缸体和其他发动机零件的材料。这也是铝合金第一次进行热处理,这一发现开启了铝合金在航空航天工程中的应用之路。

多年来,航空航天工业对材料的要求越来越高。大型喷气式飞机和长途国际航班的出现,意味着飞机的外壳和发动机部件必须非常耐用并且耐疲劳,从而推动业界开发并使用许多不同的铝合金。

常用的铝合金

铝合金2024可能是使用最为广泛的飞机合金,少量的冷变形和一段时间的自然老化导致屈服强度增加。这是一种具有优异抗疲劳性的高级合金,主要用于薄板部件中,例如机身和机翼。它具有大约470MPa的高抗拉强度。

铝合金2014是航空航天工程中第二常用的铝合金(仅次于铝合金2024),这是一种坚固、坚韧的金属,适用于电弧焊和电阻焊。然而,它具有较差的耐腐蚀性,因此常见于飞机的内部结构或框架而不是壳体。

在非热处理的合金中,铝合金5052具有最高的强度和高延展性,因此可以适应各种形状。它还具有高的耐腐蚀性。

铝合金6061在轻型飞机中很常见。该材料非常轻,且相当坚固,易于焊接和操作,非常适合用于机身和机翼。

7050合金具有高的耐腐蚀性,并且在宽截面中能保持强度,使其比其他合金更耐破裂。它通常用于机翼蒙皮和机身,尤其是军用飞机。

7068合金具有最高的强度,并且质量低,这使其成为必须耐受艰苦环境和攻击的军用飞机的理想选择。

7075合金由于含有高含量的锌而具有与钢相似的强度,并具有优异的抗疲劳性。它可以很容易地加工,从而成为第二次世界大战中战斗机的热门选择,包括1940年至1945年间日本帝国海军在其航空母舰上使用的三菱A6M零式战斗机。它现在仍然常用于军用飞机。

不太常见的铝合金

铝合金2219在高温下能提供最大强度,被用于首次成功发射的哥伦比亚号航天飞机的外部油箱。它具有良好的可焊性,但焊缝需要进行热处理,以保持耐腐蚀性。

铝合金6063主要用于飞机的精细位置,主要用于外观和饰面应用。它可以进行复杂的挤压。

铝合金7475由于其强度、高抗断裂和抗疲劳性,能用于大型飞机的机身舱壁。

未来

行业专家对航空航天铝合金的未来持积极态度,预计未来十年对铝合金的需求将翻番。到2025年,全球需求将达到8000万吨,因此,航空航天业越来越多地关注再生合金以满足高需求。对所使用的材料以及飞机的设计结构也在不断创新。

例如,新开发的铝锂合金可以减轻飞机的重量,并改善其性能。铝锂合金作为最先进的材料,具有低密度、高比模量和优异的疲劳和低温韧性。

随着发展中国家越来越多地投身于航空航天工业,并且相关投资也在增加,铝合金在未来几年将会有进一步的创新。

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