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可编辑修改精选全文完整版金属材料在军工生产中的应用人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。
继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。
现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。
金属材料的结构及其性能决定了它的应用。
而金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。
工艺性能是指在加工制造过程中材料适应加工的性能，如铸造性、锻造性、焊接性、淬透性、切削加工性等。
使用性能是指材料在使用条件和使用环境下所表现出来的性能，包括力学性能（如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等）、物理性能（如熔点、密度热容、电阻率、磁性强度等）和化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）。
我们对金属材料的认识应从以下几方面开始：一、分类：金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
1、黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳 2％～4％的铸铁，含碳小于 2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。
广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
2、有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。
有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
3、特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。
其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。
金属材料具有许多优良性能，是目前国名经济各行业、各部门应用最广泛的工程材料之一，特别是在车辆、机床、热能、化工、航空航天、建筑等行业各种部件和零件的制造中，发挥了不可替代的作用。
在航空航天中的应用。
航空航天产品受使用条件和环境的制约，对材料提出严格要求。
采用的结构材料须轻质、高强、耐高温和耐高温腐蚀。
航空航天材料主要包括航空航天结构材料和航空航天功能材料。
钛合金的研究应用现状及其发展方向钛合金是以金属钛为基，加入适量的其他元素组成钛合金，其在300-600度时的比强度优于钢和铝合金。
钛的工业化生产是1948年开始的，为航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约8％的增长速度发展。
目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。
使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
钛及其合金不仅大量应用在航空、航天工业，而且在化工、石油、冶金、造纸、纺织，机械仪器、能源；医疗卫生等工业中也有着十分重要的应用；在民用工业中的应用也日渐增多。
1、发展历史钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%。
其他许多钛合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。
20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。
耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。
A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。
结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。
2、原理钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。
五种常见的航空器件材料及其在航空航天行业中的应用效果航空航天行业对材料的要求非常高，因为航空器件必须在极端的条件下保持稳定和可靠。
本文将介绍五种常见的航空器件材料以及它们在航空航天行业中的应用效果。
1. 高温合金高温合金是一种能够在高温环境下保持力学性能的材料。
它主要由镍、铁、钴等金属元素组成，并添加了一定比例的铝、钛和其他合金元素。
高温合金广泛应用于航空发动机的涡轮叶片、燃烧室和涡轮盘等部件中。
这些部件在运行过程中需要承受高温和高压的条件，而高温合金具有优异的耐高温性能和抗氧化性，能够保证航空发动机的稳定运行。
2. 碳纤维复合材料碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体组成，具有轻质、高强度、高刚度和抗腐蚀等优点。
因此，碳纤维复合材料广泛应用于航空航天行业中的结构件，如飞机机身、机翼和升降舵等。
相比传统的金属结构材料，碳纤维复合材料具有更高的强度和刚度，同时能够减轻航空器的重量，提高燃油效率。
3. 铝合金铝合金是一种轻质、耐腐蚀的材料，具有良好的可锻性和可加工性。
在航空航天行业中，铝合金被广泛应用于飞机的机身结构、外壳、翼梁等部件。
由于铝合金的密度相对较低，使用铝合金材料能够减轻飞机的重量，提高燃油效率。
此外，铝合金还具有较好的抗腐蚀性能，能够在恶劣的大气环境下保持稳定。
4. 钛合金钛合金是一种具有优异力学性能和抗腐蚀性的材料。
在航空航天行业中，钛合金被广泛应用于飞机的结构部件、发动机部件和航天器的外壳等。
钛合金具有较低的密度和较高的强度，能够减轻航空器的重量，并提高其耐久性和可靠性。
此外，钛合金还具有良好的抗腐蚀性能，在恶劣的外部环境中表现出色。
5. 高分子复合材料高分子复合材料是一种由高分子基体和增强纤维（如玻璃纤维、碳纤维）组成的材料。
它具有较高的强度和刚度，并且重量较轻。
在航空航天行业中，高分子复合材料被广泛应用于航天器的结构件、航空器的内饰和飞机的轻质部件。
高分子复合材料具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，能够满足航空器在极端条件下的使用要求。
解析金属增材制造技术在航空领域的发展与应用航空工业在上个世纪80年代就开始使用增材制造技术，之前增材制造在航空制造业只扮演了做快速原型的小角色。
最近的发展趋势是，这一技术将在整个航空航天产业链占据战略性的地位。
包括波音、空客、LockheedMartin,霍尼韦尔以及普惠都做出了表率行动。
新一代飞行器不断向高性能、高可靠性、长寿命、低成本方向发展，越来越多地采用整体结构，零件趋向复杂化、大型化，从而推动了增材制造技术的发展与应用。
增材制造技术从零件的三维CAD模型出发，无需模具，直接制造零件，可以大大降低成本，缩短研制周期，是满足现代飞行器快速低成本研制的重要手段，同时也是满足航空航天超规格、复杂金属结构制造的关键技术之一。
电子束熔丝沉积成形电子束熔丝沉积技术又称为电子束自由成形制造技术(ElectronBeamFreeformFabrication，EBF3)。
在真空环境中，高能量密度的电子束轰击金属表面形成熔池，金属丝材通过送丝装置送入熔池并熔化，同时熔池按照预先规划的路径运动，金属材料逐层凝固堆积，形成致密的冶金结合，直至制造出金属零件或毛坯。
电子束熔丝沉积快速成形技术具有一些独特的优点，主要表现在以下几个方面：(1)沉积效率高。
电子束可以很容易实现数10kW大功率输出，可以在较高功率下达到很高的沉积速率(15kg/h)，对于大型金属结构的成形，电子束熔丝沉积成形速度优势十分明显。
(2)真空环境有利于零件的保护。
电子束熔丝沉积成形在10-3Pa真空坏境中进行，能有效避免空气中有害杂质(氧、氮、氢等)在高温状态下混入金属零件，非常适合钛、铝等活性金属的加工。
(3)内部质量好。
电子束是“体”热源，熔池相对较深，能够消除层间未熔合现象;同时，利用电子束扫描对熔池进行旋转搅拌，可以明显减少气孔等缺陷。
电子束熔丝沉积成形的钛合金零件，其超声波探伤内部质量可以达到AA级。
(4)可实现多功能加工。
电子束输出功率可在较宽的范围内调整，并可通过电磁场实现对束流运动方式及聚焦的灵活控制，可实现高频率复杂扫描运动。
讲一讲稳坐飞机结构材料头把交椅的铝合金【材料+】说：铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，通常添加铜、锌、锰、硅、镁等元素，密度小、比强度高、耐蚀性和成型性好、成本低。
在航空方面，铝合金可谓是重中之重！大量采用铝厚板加工而成的复杂的整体结构件代替以前用很多零件装配而成的部件，不但能减轻结构重量，提高载重量和航程，而且高强铝合金还能保证飞机性能的稳定，高强铝合金主要用于飞机机身部件、发动机舱、座椅、操纵系统等，在大多数情况下可替代铝模锻件。
近年来，由于复合材料和钛合金的用量增加，最新设计的飞机中铝合金的用量相对减少，但高纯、高强、高韧、耐蚀的高性能铝合金用量却在增加。
翱翔天空的飞机耐热铝合金与普通结构合金和高强铝合金相比合金化程度更高，多用于制备温度达200～400℃的靠近电动机的机舱、空气交换系统的零件。
耐蚀铝合金具有足够高的性能指标，其强度、塑性、冲击韧性、疲劳性能和可焊性都很好，主要具有耐蚀性，这样就可用于水上飞机。
它属于铝-镁系合金和铝-镁-锌系合金。
铝-镁-锌三元相图铝合金在航空上的发展历程作为飞机机体结构的主要材料，铝合金的发展与航空事业的发展密不可分。
下面就让小编带大家来看看航空铝合金的5个阶段吧。
按照铝合金的成分-工艺-组织-性能特征，可将铝合金在航空上的发展历程大体划分为5个阶段。
铝合金发展的5个阶段第一代高静强度铝合金：1906年，Wilm发现Al-Cu合金的沉淀硬化现象。
揭开了高强铝合金发展的序幕。
1923年，Sander和Meissner又发现Al-Zn-Mg合金在经过了淬火-人工时效热处理后产生的主要强化相MgZn2(η′相)比Al-Cu-Mg系合金中的θ′和S′相尺寸更小、分布更弥散，沉淀硬化效应更显著。
此后研发的2024-T3，7075-T6和7178-T6铝合金满足了飞机最初阶段提高强度安全系数、减轻结构重量和提高航程为目标替代木材的静强度设计需求，成为了第一代高强铝合金的代表。
钛合金在航空制造中的应用钛合金是由钛与其他金属元素混合而成的合金，因其优异的性能而成为了航空工业中应用最广泛的金属材料之一。
其优良的耐腐蚀性、高强度和轻质化的特点，深受航空制造业的青睐。
本文将为读者详细介绍钛合金在航空制造中的应用，从材料的特性、生产过程、应用现状以及未来发展趋势几个方面进行探讨。
材料特性钛合金具有一系列的优异性能，其中最为显著的包括高的比强度和高比弹性模量，以及优异的耐腐蚀性。
具体来说，钛合金的比强度是普通钢的两倍以上，比6061-T6铝合金高出50%以上；其比弹性模量也比钢和铝合金高出近两倍；钛合金的氧化膜能够有效防止金属表面和周围环境的反应，因此具有优异的耐腐蚀性。
此外，钛合金也具有一定的可加工性和可焊性，即能够通过冷、热加工和焊接等工艺进行加工与连接。
另外，由于钛合金的密度只有钢的一半不到，因此相同体积的材料重量能够减轻近一半，使其在航空领域更为受欢迎。
生产过程钛合金的生产过程相比铁合金要复杂的多，其主要生产方法包括冶炼法和粉末冶金法两种。
冶炼法指的是将钛矿石按一定配比加入电炉中，加入铝、锍、铁等辅助材料，以一定的温度、时间条件熔炼出合金，然后通过氧化和还原的过程，使杂质孟取除，从而获得具有所需成分的钛合金。
粉末冶金法指的是将钛合金通过化学反应生成钛合金粉末，再经过挤压、烧结等工艺制备成型件。
虽然粉末冶金法生产的合金具有杂质少、组织细致等优点，但因其成本较高，限制了其在大批量生产领域的应用。
应用现状钛合金从20世纪60年代开始被广泛应用于航空制造中，成为航空业中不可或缺的材料之一。
根据应用领域的不同，钛合金可以分为结构用钛合金、热应力用钛合金和超高强度的钛合金。
结构用钛合金应用于飞机外表面、发动机叶片、定子叶和快门等关键部位。
例如美国波音公司的787、737MAX等商用飞机都大量使用了钛合金；俄罗斯苏霍伊公司的苏-57战机也采用了大量的钛合金结构件，使该战机在减重高温抗腐蚀等方面具备优异性能；热应力用钛合金主要应用于喷气发动机高温部件，如燃气轮叶、涡轮盘和喷气发动机燃烧室内衬等，用以抵御高温和高应力环境中的腐蚀和疲劳裂纹。
1所示。
图1不同元素对相变温度的影响[3]钛密度为4.5g/cm3，属于轻金属，熔点为1669℃，化学活性大，容易与空气中的氧发生反应生成致密的氧化膜，阻止进一步氧化，高温时，反应剧烈，氧化膜脱落会加速反应速度，所以，在钛合金的制备过程中，真空或气体保护是非常必要的。
钛合金作为应用广泛的结构材料，比铝、钢强度高，而且在海水中有较好的抗腐蚀和耐低温的性能。
目前，飞图2α-Ti和β-Ti晶胞结构（a）α-Ti（b）β-Ti钛合金组织有α型、α+β型、β型三种结构，对应的符号为TA、TC、TB。
2.1α型钛合金α钛合金是单相合金，其组织是α相固溶体，符号用表示。
合金的主要元素为中性元素或α稳定元素，Al、Sn、Zr等，基本不含β稳定元素。
工业纯钛，组织均α相，属于典型的α型钛合金。
α型钛合金的抗氧化能力和切削加工性能良好，其强度和蠕变抗力在500~600℃范围内仍可维持，缺点是无法实行热处理工艺进行强化，室温的强度相对较低，退火后的强度变化量很小或基本无变化。
———————————————————————作者简介:黄文君（1990-），女，河南许昌人，助教，硕士，研究方向为机械工程材料。
抗缺口敏感性，缺点是断裂韧性，蠕变性能相对较差。
图3钛合金典型的显微组织[9]（b ）双态组织（d ）等轴组织（a ）魏氏组织（b ）网篮组织4展望随着科技的进步和现代工业的发展，钛合金在军工和民用领域的应用也越来越广泛，在汽车行业，钛合金的应用不仅能减重，更能满足环保的要求，未来航空航天和推力系统需要钛合金材料具有更小的密度，更高的强度、工作温度和弹性模量，对材料性能的要求也逐渐提高，高强度、高硬度、高耐热性的材料越来越受各领域的青睐，优质轻型金属材料的钛合金必将代替部分传统的材料，既减轻质量，又降低成本，达到降低能源消耗的目的，因此高性能钛合金的研究已成为重要的发展方向，相信随着发展的需要，钛合金在我国的市场前景会越来越好。
铝合金、镁合金在航天器上的应用实例1引言我国航天事业的未来发展重点包括：载人航天空间站、高分辨率对地观测系统、深空探测、空间科学、在轨服务平台和激光通信卫星等。
这些航天器的特点是：长期在轨运行、体积和质量大幅增加、需要配置更多的载荷和燃料、承受更加复杂的空间环境，对形状精度及其保持能力要求更高。
为满足上述需求，航天器未来将朝着长寿命、大型化、高承载、轻量化、高尺寸稳定性，以及耐受复杂空间环境等方向发展。
[1]长寿命：空间站在轨密封寿命达10年，通信卫星在轨寿命要求12年-15年，星际探测器可能在轨道上飞行20年以上。
大型化：空间站大型舱体结构直径将超过4m，长度15m以上；卫星外包络直径4m以上；未来载人登月舱体外包络直径达到10m以上；另外，对于空间站、大型通信卫星等航天器，需配置大型可展结构，如大型太阳翼、天线等。
高承载：空间站结构承载能力将达25t；“十二五”期间，大型卫星结构承载能力9t，未来可能达15t；载人登月着陆器承载能力达30t以上。
轻量化：结构占航天器总质量的百分比下降到6%甚至更低。
高尺寸稳定性：要求航天器结构单向变形比达到0.1ppm/℃量级，以减小在空间交变热环境对载荷指向精度的影响。
[2]耐受复杂空间环境：如耐受月面-180℃-150℃的交变温度环境、其它行星表面环境，以及再入和行星进入热环境等。
而材料是形成航天器结构的基础，航天器结构的性能和可靠性在很大程度上取决于材料的性能。
为了降低航天器结构的重量、提高结构的刚度和强度，虽然可以在结构型式、尺寸等方面进行各种设计和改进，但最直接和最有效的途径是选择密度小而弹性模量和强度高的材料。
[3]铝合金材料的特点是密度低，有较高的比模量和比强度值；导热性和导电性良好；抗腐蚀性能好；制造工艺性能良好。
故其一直是航天器上最主要的结构材料之一。
镁合金材料具有比强度、比刚度高，阻尼性好等优点，是有效解决航天器轻量化需求的轻质金属材料。
新型金属结构材料的研究及其在工业中的应用随着工业化的发展，新型材料的研究与应用也越来越受到重视。
其中，新型金属结构材料被广泛关注，因为它们具有优异的物理和化学性能，能够满足工业生产对高强度、高耐腐蚀性、高耐磨性等方面的需求。
本文将介绍新型金属结构材料的研究进展及其在工业中的应用。
1.新型金属结构材料的分类根据金属结构材料的组成、性质、用途等方面的不同，可将其分为多个类别。
其中，一些常见的类别如下：（1）高性能钢材：这种材料通常含有较高的碳、钼、钴、铬等元素，能够提供极高的强度和耐腐蚀性，在航空、汽车、石油化工等领域得到广泛应用。
（2）耐久铝合金：铝合金作为一种轻量化材料，具有优良的导热性和强度，在航空、航天、汽车、电子器件等领域有着广泛的应用。
（3）形状记忆合金：这类材料在一定温度下具有形状记忆功能，能够自我修复，主要应用在医疗、电气、汽车等领域。
（4）超硬材料：主要包括金刚石、氮化硼、碳化硅等，具有极高的硬度和耐磨性，在矿山、石油开采、机械制造等领域得到广泛应用。
2.新型金属结构材料的研究进展随着科技进步的推进，新型金属结构材料的研究也在不断深入。
下面列举一些相关的研究进展：（1）高熵合金的研究：高熵合金是指由五种以上等摩尔比的金属元素组成的合金，其研究旨在探索新型材料，以满足高强度、高耐腐蚀性等方面的需求。
近年来，高熵合金在航空航天、核工业等领域得到越来越广泛的应用。
（2）基于人工智能的材料设计：随着人工智能技术的发展，材料科学家正在积极探索基于机器学习和深度学习的材料设计方法。
这种方法能够从大规模的材料数据中挖掘出有用的信息，以帮助设计出更加优良的新型材料。
（3）3D打印技术的应用：3D打印技术是指通过层层堆叠材料，构建出复杂的三维结构，其应用极大地扩展了金属结构材料的设计和制造。
例如，在航空航天领域，研究人员使用3D打印技术制造出了轻量化的复合材料，大大提高了飞行器的性能。
3.新型金属结构材料的应用新型金属结构材料在工业生产中有着广泛的应用，下面介绍其中的一些领域：（1）航空航天：航空航天工业对材料的强度、耐腐蚀性、耐高温性能等要求非常高，因此新型金属结构材料在该领域得到了广泛应用。
结构型材料的开发与应用一、引言结构型材料是不同材质通过特殊的工艺加工而成的用于结构工程的一类材料。
开发和应用结构型材料，不仅能够提高项目建设的效率，降低建设的成本，而且有助于提高建筑物的安全性、耐久性和舒适度。
目前，结构型材料已逐渐成为诸多产业的需要，可以广泛应用于建筑、桥梁、船舶、飞机、机车车辆、轨道交通等领域。
本文将探讨结构型材料的开发与应用。
二、结构型材料的分类根据用途和使用方式，结构型材料可以分为以下几类：1、金属结构型材料金属结构型材料是指由金属通过切割、冲压、焊接、钻孔等工艺加工而成的结构材料。
金属结构型材料具有强度高、耐磨性好、导电性和导热性佳等优点，广泛应用于建筑、机器制造、轨道交通等领域。
常见的金属结构型材料有钢管、钢板、铝合金板等。
2、非金属结构型材料非金属结构材料是指由非金属材料通过注塑、挤压、压制、复合等工艺加工而成的结构材料。
非金属结构材料具有质轻、耐腐蚀、不导电、不磁性等特点，广泛应用于工业制品、航空器、汽车等领域。
主要的非金属结构材料有塑料、树脂、玻璃钢等。
3、复合结构型材料复合结构材料是指由不同材料通过复合工艺结合在一起而成的结构材料。
复合结构材料具有强度高、轻质化、耐磨性好等优点，是一种高性能、高可靠性的新型材料。
用途涵盖航空、船舶、汽车、轨道交通、建筑等多个领域。
三、结构型材料的应用1、建筑领域结构型材料在建筑领域的应用十分广泛。
它们主要用于建筑物的墙体、屋顶、地板、桁架、立柱、梁等结构构造中。
金属结构型材料因其强度高、耐久性好等优点，被广泛应用于工程建设中。
而玻璃钢和碳纤维复合材料等非金属结构材料则逐渐在建筑领域占据重要地位，广泛应用于外墙板材、隔板、门窗框架等。
2、交通工具领域交通工具领域是结构型材料的另一大应用领域。
汽车、飞机、火车等交通工具中使用了大量的结构型材料，如汽车的车架、车身、机身、翅膀、发动机及机舱等都是利用结构型材料加工制成的。
3、公共设施领域公共设施领域也是结构型材料的重要应用领域。
金属结构材料金属结构材料是一种常见的工程材料，具有许多优异的性能，被广泛应用于建筑、航空航天、汽车、机械制造等领域。
金属结构材料主要包括钢铁、铝、铜、镁等材料，它们在工程中扮演着重要的角色。
本文将对金属结构材料的性能特点、应用领域以及未来发展趋势进行探讨。
首先，金属结构材料具有优异的力学性能。
它们通常具有较高的强度和刚度，能够承受较大的载荷。
此外，金属结构材料还具有良好的塑性和韧性，能够在受力过程中发生一定程度的变形而不断裂，从而为工程结构的安全运行提供了保障。
其次，金属结构材料具有良好的耐腐蚀性能。
许多金属材料具有自身的氧化膜或其他保护层，能够防止金属表面受到腐蚀，延长材料的使用寿命。
此外，一些金属材料还可以通过表面处理或涂层等方式来提高其耐腐蚀性能，使其更加适用于恶劣的工作环境。
再次，金属结构材料具有良好的导热导电性能。
这使得金属材料在电子、电气、热能等领域具有重要的应用价值。
例如，铜材料具有良好的导电性能，被广泛应用于电气设备和通信设备中；铝材料具有良好的导热性能，被广泛应用于散热器和制冷设备中。
此外，金属结构材料还具有良好的加工性能和焊接性能。
这使得金属材料在制造过程中更加容易加工和组装，能够满足不同工程结构的需求，提高生产效率和降低生产成本。
金属结构材料在各个领域都有着广泛的应用。
在建筑领域，钢结构被广泛应用于桥梁、高楼大厦等工程中，其强度和稳定性能得到了充分发挥。
在航空航天领域，铝合金和钛合金被广泛应用于飞机、航天器等制造中，其轻量化和高强度的特点符合了航空航天工程的需求。
在汽车领域，各种金属材料被广泛应用于汽车车身、发动机、底盘等部件中，为汽车的安全性和性能提供了保障。
未来，随着科学技术的不断发展，金属结构材料将会迎来新的发展机遇。
新型金属材料的研发将会进一步拓展金属材料的应用领域，提高其性能和功能。
同时，金属材料的环保性能和可持续发展也将成为未来研究的重点方向，推动金属结构材料向更加环保、节能的方向发展。
科技视界Science &Technology VisionScience &Technology Vision 科技视界20世纪以来,民用飞机机体结构的研制水平取得了飞跃性的发展,随着新技术、新材料和新工艺的应用,民用飞机的经济性、舒适性得到了极大的提升。
对于民用飞机机身结构,国外研制的民机在新型铝合金材料的应用、金属胶接连接以及复合材料在机身主承力结构上大面积应用方面取得巨大的进展。
本文就以上新技术在机身主结构上的应用前景进行分析和论证,为国内民用飞机机身结构的研制提供一定的参考。
1新型铝合金材料在机身结构上的应用金属结构飞机机体经过多年的发展已经十分成熟,铝合金在飞机机体材料方面一直处于主导地位。
2024和7075铝合金是广泛应用于飞机机体结构的两种铝合金。
2024是Al-Cu-Mg 系铝合金,具有优良的压力加工和机械加工性能,疲劳强度性能好,该合金薄板、厚板和型材已广泛地用于制造飞机的蒙皮等主要承力件;7075是Al -Zn-Mg-Cu 系铝合金,该合金强度高,抗应力腐蚀性能好,广泛应用于制造飞机的长桁、隔框等结构件。
能源危机的爆发以来,飞机结构轻量化以及复合材料的兴起给传统铝合金带来新的挑战,低密度、比强度高得新型铝合金材料的应用变得十分迫切。
铝锂合金具有低密度、高比刚度、高比强度、卓越的超塑成形性能和良好的耐腐蚀性能,用它取代常规铝合金,能使构件减重10%~15%,刚度增加15%~20%。
国外已认证或在飞机上使用的铝锂合金产品牌号主要有美铝的2099、2199和加铝2196、2098、2198等,主要应用于机身蒙皮、长桁以及框、梁等。
空客的A330、A340以及A380等机型的机身蒙皮、座椅滑轨和地板梁等都使用了铝锂合金。
庞巴迪C 系列机身蒙皮、长桁等也大量采用铝锂合金。
铝锂合金在国外飞机结构设计中应用广泛,而我国的铝锂合金还处在小批量研制阶段,目前为止,仅在部分军机的普通框缘钣金结构上有少量的应用。
航天航空行业航天器材料与结构方案第一章航天器材料概述 (2)1.1 材料分类与功能要求 (2)1.1.1 金属材料 (2)1.1.2 非金属材料 (3)1.1.3 复合材料 (3)1.2 材料选择原则与标准 (3)1.2.1 功能要求 (3)1.2.2 耐环境功能 (4)1.2.3 加工工艺性 (4)1.2.4 经济性 (4)1.2.5 可靠性 (4)1.2.6 发展前景 (4)第二章高功能结构材料 (4)2.1 金属结构材料 (4)2.2 复合材料 (5)2.3 陶瓷材料 (5)第三章航天器结构设计原理 (5)3.1 结构设计方法 (5)3.1.1 有限元法 (6)3.1.2 优化设计方法 (6)3.1.3 多尺度设计方法 (6)3.2 结构优化设计 (6)3.2.1 拓扑优化 (6)3.2.2 尺度优化 (6)3.2.3 多目标优化 (6)3.3 结构强度与稳定性 (6)3.3.1 结构强度 (7)3.3.2 结构稳定性 (7)第四章航天器壳体结构 (7)4.1 壳体结构设计 (7)4.2 壳体材料选择 (8)4.3 壳体结构制造与检测 (8)第五章航天器连接结构 (8)5.1 连接方式与选择 (8)5.2 连接强度分析 (9)5.3 连接结构优化 (9)第六章航天器热防护材料与结构 (10)6.1 热防护材料概述 (10)6.2 热防护结构设计 (10)6.3 热防护功能评价 (11)第七章航天器推进系统材料与结构 (11)7.1 推进剂材料 (11)7.1.1 固体推进剂 (11)7.1.2 液体推进剂 (11)7.2 喷管材料与结构 (12)7.2.1 喷管材料 (12)7.2.2 喷管结构 (12)7.3 推进系统热防护 (12)7.3.1 热防护材料 (12)7.3.2 热防护结构 (13)第八章航天器电子设备材料与结构 (13)8.1 电子设备材料概述 (13)8.1.1 金属材料 (13)8.1.2 塑料材料 (13)8.1.3 陶瓷材料 (13)8.1.4 复合材料 (13)8.2 电子设备散热结构 (14)8.2.1 散热器 (14)8.2.2 散热片 (14)8.2.3 散热管 (14)8.3 电子设备抗辐射设计 (14)8.3.1 抗辐射材料 (14)8.3.2 抗辐射设计原则 (14)8.3.3 抗辐射设计方法 (14)第九章航天器环境适应性材料与结构 (15)9.1 环境适应性要求 (15)9.2 环境适应性材料 (15)9.3 环境适应性结构设计 (16)第十章航天器材料与结构发展趋势 (16)10.1 材料研发趋势 (16)10.2 结构设计创新 (16)10.3 未来航天器材料与结构展望 (17)第一章航天器材料概述1.1 材料分类与功能要求航天器材料的分类繁多，主要根据其化学组成、物理功能及用途进行划分。
我国航空材料的发展现状、问题与思路航空材料的特点由于航空产品具备高科技密集、系统庞大复杂、使用条件恶劣多变，要求长寿命、高可靠性和品种多、批量小等特点，从而使航空材料也相应地具有一系列特点：（1）种类、品种、规格多。
航空材料按用途分有结构材料、功能材料及工艺与辅助材料三大类：按化学成分分有金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料以及各种复合材料。
各类材料又涉及众多的牌号、品种与规格。
（2）高的比强度（σｂ/ρ）和高的比刚度（Ｅ/ρ）是航空结构材料的重要特点。
减轻结构重量既可增加飞机、直升机的运载能力，提高机动性，加大航程，又可减少燃油消耗。
因此，高强度铝合金、钛合金以及先进复合材料在航空上得到广泛的应用。
（3）高温合金是航空材料极其重要的组成部分。
燃气涡轮（包括涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨、涡轮轴）发动机是现代飞机、直升机的主要动力装置，而各类高温合金则是制造现代航空燃气涡轮发动机的关键材料。
随着发动机推重比（或功重比）的提高，涡轮前温度也随之升高，对材料的耐温要求也愈来愈高。
（4）质量要求高。
由于飞机、直升机是一种载人反复运行的产品，在规定的使用寿命期内，对使用可靠性、安全性有着极其严格的要求。
为此对航空材料要进行严格的质量控制。
（5）抗疲劳性能是航空材料的另一个突出特点。
大量的事实说明，在飞机、发动机所发生的失效事件中，约80%以上是各种形式的疲劳损伤所引起。
航空材料的抗疲劳性能是关系到航空产品使用可靠性和使用寿命的一项非常重要的性能指标。
（6）成本高、价格贵。
由于航空产品品种多样而批量小，相应地航空材料的牌号品种也多，批量也小，难以形成规模化生产，同时质量要求又高，从而导致材料的成本高，价格贵。
材料费用在航空产品成本中占有很大比重。
如何降低其价格是航空材料发展的一个重要努力方向。
我国航空材料的发展现状中国航空产业经历了从修理、引进、仿制到改进、改型和自行设计研制的发展历程。
用以制造航空产品的材料也经历了引进、仿制、改进、改型和自行研制的发展历程。
航空金属结构材料第1节 材料第2节 航空材料的发展方向及应用趋势 第3节 我国航空金属结构材料的现状 第4节 成就、问题与对策参考文献（双向互动、讨论、交流）中国一航离退休干部局中国锻压协会航空材料成形委员会曾凡昌2005.12第一章 航空金属结构材料第1节材料材料 materials可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。
根据材料的组成与结构的特点,可分为金属材料,无机非金属材料,有机高分子材料和复合材料.随着科学技术的发展和进步，原来相对独立的材料，如金属、陶瓷、高分子材料等已经互相渗透、相互结合，发展成有更高使用价值的新型材料，如碳纤维增强金属基复合材料、玻璃纤维增强树脂基复合材料，等等。
此外，根据材料的性能特征，又可将材料分为结构材料和功能材料两大类。
结构材料（Structure Materials）是指以力学性能为主的工程材料的统称，而对那些要求具有电、光、声、磁、热等功能和效应的材料称其为功能材料。
材料科学与工程：研究并揭示有关材料的组成（成分）与结构（组织）、性能、生产流程和使用效能以及它们之间的关系（图1-1）。
研究材料科学与工程学的出发点和归宿在于实现材料在特定工况条件下的使用价值（效果效能）最大化，并体现在广泛意义上的材料性能，也就是说材料既要“好用”又要“好做（加工制造）”。
材料性能包括使用性能（使用效能）和工艺性能两方面：使用性能是指材料在使用条件下表现出的性能，如力学（机械）性能、物理性能和化学性能等。
工艺性能则是材料在加工制造过程中表现出的性能，如切削加工性能、压力加工性能、铸造性能、焊接性能、热处理性能等。
结构材料是指工程上要求强度、硬度、韧性、塑性等以力学性能为主的材料，因为这类材料制成的零部件都在受力状态下工作，所以材料的力学性质是其主要性能指标。
在许多使用条件下，还必需考虑环境的特殊要求，如高温、低温、腐蚀介质、放射性辐照等。
结构件均有一定的形状配合和精度要求，因此结构材料还必需具有优良的可加工性能（工艺性能）。
在结构材料中，长期以来金属及合金一直占有突出的地位，但近几十年来作为结构材料使用的工程塑料、结构陶瓷材料和以树脂为基体的复合材料发展十分迅速。
结构材料无论在金属、无机非金属、高分子和复合材料中，都是需求量最大、应用面最广的材料，是国民经济和国防建设中最为基础的材料。
航空材料是材料中的佼佼者，是推动材料科学与工程不断发展的主要动力之一。
航空材料亦包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类，按其使用功能亦是分为结构材料和功能材料两大类。
航空材料既是研制生产航空产品的物质保障，又是航空产品更新换代的技术基础。
材料在航空工业及航空产品的发展中占有极其重图1-1 材料科学与工程的四要素及其间的关系[1]要的地位和作用。
1951年4月17日中央军委和中央人民政府政务院发布《关于航空工业建设的决定》，从此揭开了新中国航空工业发展和壮大的新篇章。
在当时的中央人民政府重工业部航空工业局下面设有冶金处，负责飞机发动机修理、零件制造中的材料冶金技术工作。
在国家第一个五年计划期间，航空工业完成了由飞机修理到仿制制造的过渡，按照苏联模式建成了六大主机厂（112，122，320，410，120，331）和相应的原材料配套厂（101东轻、抚钢等）成立了航空材料研究所（1956年）和航空工艺（1957年）研究所，……。
应当说，半个世纪以来，在我国建设航空工业和发展航空产品的历史进程中，国家对航空材料、冶金技术的发展和建设是重视的。
从总体上看，我国目前已定型生产的航空材料有2000余个牌号（含类别、品种与规格），基本上能满足第二代航空产品批生产的要求。
对正在研制或即将定型的第三代航空产品所需的关键材料，如高强铝合金、热强钛合金、超高强度结构钢、不锈钢、聚合物基复合材料以及定向和单晶高温合金等，从技术上看已具备试用或技术鉴定的条件。
我国即将研制的新一代战斗机（第四代）及其配套的高推重比发动机，要求材料具有更高的比强度、比模量和耐高温性能及更优良的光、声、电、磁等特殊功能。
迫切需要发展高性能、价格适中的聚合物基、金属基和陶瓷基复合材料、铝锂合金、高强高温和阻燃钛合金、新型超高强度钢、定向和单晶高温合金、粉末高温合金、金属间化合物等结构材料，以及隔热、抗氧化、耐磨、耐蚀、密封、润滑、高性能透明、吸波、微电子、光电子、传感器、信息与存储材料等功能材料。
上述结构材料和功能材料，在“85”、“95”、“105”材料预先研究计划中分别有所安排，在“115”材料预先研究计划中仍将继续择优安排攻关。
第2节 航空材料的发展方向及应用趋势进入二十一世纪，航空材料正朝着高性能化、高功能化、多功能化、结构功能一体化、复合化、智能化、低成本化以及与环境相容化的方向发展[2]。
现结合本期培训是以航空锻铸技术为主，故侧重于讨论航空金属结构材料的发展方向及应用趋势问题。
近几十年来，尽管无机非金属材料、高分子材料和复合材料发展很快，并且在航空器上的应用不断扩大，但是，在飞机、发动机的结构用材中金属结构材料仍然占据着“难以撼动”的主导地位，见表2-1~2-2。
表2-1为二、三、四代战斗机结构材料用量比例（% wt.）。
[3]表2-2为民用客机结构材料用量比例（% wt.）。
表2-1 二、三、四代战斗机机体结构材料用量比例（%wt）[2]表2-2 民用客机结构材料用量比例 (% wt.) [2]DC10 78 14 5 1 2DC11 76 9 5 8 2 无论是军用飞机或民用客机，机体结构用材的主要特点是大量选用高比强度和高比模量的轻质、高强、高模量材料，这是提高飞机结构效率，降低飞机结构重量，延长寿命和可靠性增长的关键措施，也是材料技术的发展方向和应用趋势。
分析表2-1 二、三、四代军用战斗机各类金属结构材料的用量变化可见，传统铝合金用量大幅度下降且为高纯、高强、高韧新型铝合金替代；钛合金用量大幅度上升至达到整机结构重量的38.8%；而钢的用量同样呈现下降趋势。
在军用直升机方面，金属结构材料用量在逐年下降，复合材料用量则大幅度上升。
航空发动机相当于飞机的心脏，是确保飞机使用性能、可靠性和经济性的决定性因素。
随着发动机推重比（功重比）的不断提高，先进航空发动机对金属结构材料的要求更加严格，对高性能金属结构材料的依赖程度也愈来愈大。
作为飞机动力装置的航空发动机，特别重要的是金属结构材料要具备轻质、高强、高韧、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能，这几乎是结构材料中最高的性能要求。
我国航空发动机自1954年8月18日南方公司（331厂）仿制成功国内第一台M-11活塞式发动机（配装320厂于1954年7月25日试制成功国内第一架初教五-雅克18教练机）以来，至今已能生产包括涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、活塞式等各种类型航空发动机。
在相当长的一段时间内（~30年）中国航空工业的发动机行业停留在推重比5~6第二代航空发动机的仿（试）制生产阶段，大量采用铝合金、镁合金、合金结构钢、不锈钢、铁基或镍基高温合金等结构材料。
直到上世纪九十年代初研制高推重比涡扇发动机，高温合金、钛合金用量大幅度增加，定向凝固合金叶片和粉末高温合金涡轮盘亦开始应用。
图2-2、图2-3示出美英发动机用材的发展趋势[2]。
表2-3示出军用发动机性能[4]。
表2-3 军用航空燃气涡轮发动机性能[4]发动机型号加力推力（10N ） 加力耗油率（kg/daN.h ） 涵道比 总增 压比 涡轮前温度（K ）推重比 飞机型号 F404-GH-400 7120 1.65 0.34025.00 1589 7.24 F/A18，阵风A ，X29A F110-GE-100 12268 2.04 2.87030.40 1700 7.07 F16C/N,F15E,FS-X F110-GE-129 12899 2.04 0.76032.00 1728 7.28 F14,F16C/D,F15 F100-PW-200 10590 2.30 0.60025.00 1672 7.70 F15,F16A/B/C F100-PW-229 12890 2.00 0.40032.00 1672 7.90 F15A/B/C/D/E,F16C/D M53-P2 9500 2.12 0.3609.80 1533 6.56 幻影2000 A Л-31Ф 12258 2.00 0.60023.80 1665 8.17 苏27 M88-2 7500 1.80 0.50024.50 1850 9.00 阵风D M88-3 8450 1.77 26.00 9.40 阵风D EJ20090001.700.40026.00175010.00欧洲战斗机F119-PW-100 13500 0.20026.50 2050 10.00F22 需要特别指出的是，只有先进材料而缺乏使先进材料转化为航空零部件的工艺技术手段，再先进的材料也是没有实用价值的，这也是强调航空器结构设计选材、材料研制和材料应用研究三者之间必须紧密结合的主要原因。
新型材料总是伴随新工艺、新技术的诞生和互动而成长和完善：例1，TC4（Ti-6Al-4V）钛合金密度（4.44g/cm3）大约只有30CrMnSiA合金结构钢（7.75g/cm3）的57%,其比强度σb/ρ（室温时）是钢的1.5倍，在350℃时是钢的1.2倍，可谓是轻质高强材料，是飞机、发动机理想的结构材料。
上世纪60年代，航空材料工作者希望在WP-6发动机上以TC4钛合金替代30CrMnSiA合金结钢制造压气机盘，结果由于钛合金原材料饼坯冶金质量问题和锻造工艺问题等许多基础技术没有掌握好，以钛代钢的良好愿望没有实现。
从“75”开始到“95”期间，国家对钛合金研制和应用研究加大了投入，从材料、冷热工艺、性能、检测等各个方面安排了科研课题，取得了一系列有实用价值的成果，使FWP13发动机TC11钛合金用量达到整机结构重量的13%；实现了TC4钛合金飞机承力构件以钛代钢零的突破，在J8Ⅱ飞机上用钛量达到机体结构重量的2%。
在这一期间，有关钛合金方面的新工艺、新技术的重大科研成果有：以解决原材料（棒材）组织不均匀、影响无损检测（NDT）不可探的对坯料进行高低温锻造新工艺；模锻盘的近β锻造工艺（高温形变强韧化工艺）及β处理工艺；钛合金盘锤模锻、火药锤和高速锤模锻工艺；等温锻造工艺；建立钛合金高、低倍组织评级标准图谱；建立钛合金棒、饼坯、盘件超声波探伤方法标准，等。
例2，航空金属结构材料——原材料，追求成分合格、材质洁净、组织均匀始终是材料冶金工作者永恒的奋斗目标，更是材料使用工作者坚定不移的技术要求。
为使原材料达到成分合格、材质洁净、组织均匀，在材料的熔炼、加工和后续热处理以及试验检测等方面发展了一系列的新工艺、新技术、新设备、新方法：合金结构钢不再使用转炉、平炉冶炼，代之以电弧炉、电渣炉、炉外精炼除气单联或双联工艺；超高强度高合金化钢（如40CrNi2Si2MoV A-300M）采用了真空感应加真空自耗重熔工艺生产。
