先进金属结构材料

Technology

变形镁合金
       变形镁合金有很高的比强度比刚度和塑性，是航空航天领域中最有前途的金属结构材料之一，座舱架吸气管导弹舱段壁板蒙皮直升机上机闸等大都采用镁锂合金制件 有研究表明采用镁合金部件代替铝合金，可以解决铝合金机翼的疲劳问题目前，对于镁合金的研究和开发已基本成熟，多个品牌的变形镁合金已经开发出来例如：耐热镁合金耐蚀镁合金阻燃镁合金高强韧镁合金以及超轻变形Mg-Li合金其中，镁锂合金的研究十分活跃，美国日本俄罗斯在理论和应用开发方面都做了不少研究，我国也有一些单位进行前期研究，如东北大学和哈尔滨工业大学目前主要应用在歼击机和枪械方面如喷气式歼击机洛克希德F-80以及B-36轰炸机都应用这类镁合金耐热镁合金目前主要在往稀土镁合金方向研究，如美国开发的QE22和 WE44镁合金具有相当高的高温强度，以运用到直径1m的维热尔火箭壳体的制作上，提高了其飞行性能阻燃镁合金目前的研究也是向稀土化方向发展这方面上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心研究成果丰硕，他们开发出的加入铍和稀土元素的镁合金已成功的应用到了轿车变速箱壳盖的工业试验，相信在武器要求强量化背景下，这种镁合金在军事工业上会有很大的应用前景。

先进钛合金
      钛是20世纪80 年代走向工业化生产的一种重要金属也是一种对经济和国防具有重要意义的新型金属钛合金与镁合金相似，它密度小强度高耐高温和抗腐蚀性好等优点，在航空航天和军事领域中获得了广泛应用，包括军用民用飞机航空发动机导弹舰艇核反应堆以及轻型火炮等为了扩大钛合金在军事方面的用途，主要进行了以下几个方面的研究：
（1）高强韧性，美国开发的Ti1023钛合金抗拉强度高断裂韧性高耐疲劳性好锻造性能优良，已应用在B777飞机起落架系统和火箭发动机推进剂储箱和导管等部件另外美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化超高强钛合金21S在690具有良好的抗氧化性能，可在540下长期工作冷热加工性能优良，可制成0.064mm的箔材已被美国国家宇航局确定用作硅/钛复合材料的基体材料，并将用于美国航天飞机的机身和机翼壁板。（2）耐高温性，这项工作开始于20世纪50年代初期，英国美国和俄罗斯在这方面具有先进水平，英国的IMI829IMI834钛合金，美国的Ti100俄罗斯的BT18YBT36BT37已经用在了军用飞机发动机上。
（3）阻燃性，20世纪80年代美国的两家公司研制出对持续燃烧不敏感的钛合金Alloy C （Ti-1270），它具有较高的室温强度，并具有良好的室温和高温塑性蠕变和疲劳性能 ，已用于F119发动机我国研制的Ti-40阻燃性能与美国的Ti-1270相当，也用于我国新型的战斗机发动机上我国的600高温钛合金TI60还处于研制阶段。

超高强度钢
       超高强度钢是屈服强度和抗拉强度分别超过1200 Mpa 和1400 Mpa的钢， 它是为了满足飞机结构上要求高比强度的材料而研究和开发的Aermetl00是美国Carpenter技术公司研制的高合金超高强度钢已被用于F-22F-18E/F等先进飞机的起落架美国近期又开发出一种后继钢，称Aermet 310，比Aermet100强度高10％，KIc达70MPaSFGHITENNANOHITENERW和HISTORY是日本JFE公司最近开发出的几种高强度钢其中SFGHITEN为含Nb系列高强度IF钢板，主要应用对象是汽车车身外板， NANOHITEN是强度级别为780MPa的热轧钢板，其特点是塑性好扩孔率高，具有优良的翻边成形性能和稳定的力学性能可应用于各类加强件臂类与梁类零件ERW和HISTORY是JFE针对飞机悬架系零部件开发的高强度钢管，强度级别也是780 MPa该材料具有良好的液压成形性能已开始应用于飞机悬架系统的臂类零件Stelco公司最近开发出了一种代号为SteIR MM的高强度微合金，具有良好的断裂韧性，经试验其断裂韧性比普通钢高22%左右，并已投放市场国内发动机直升机传动材料技术十分落后，北京航空材料研究院已自主开发出适应某型号飞机发动机的高强度钢。

金属间化合物
      金属间化合物材料技术仍处在探索发展阶段，美国GE公司将Ti-48Al-2Nb-2Cr型合金精铸成CF6-80CZ发动机涡轮叶片地面试车取得成功惠普公司也拟根据Caesar计划在F119发动机上试车对镍铝化台物也在进行广泛的研究工作，俄罗斯近年开发成功了BKHA-1B和BKHA-2M.前者以Nl3Al为基后者以N3Al+NaAl为基已分别用于发动机静子叶片和导向叶片涂层材料国外在铌基体中加入Si，形成Nb3Si或Nb 3Si2金属间化合物作为增强体，形成Nb-Si复合材料，其耐温能力比单晶合金提高 200～300。

复合材料材料
      科学的发展造就了高强度高模量低比重的碳纤维，从而掀开了先进复合材料的时代日本于1955年首先发明了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，并于60年代初进入工业化生产，70年代中期诞生了以碳纤维为增强相的先进复合材料碳基增强具有无可比拟的高比强度及高比刚度性质及耐腐蚀耐疲劳特性，非常适用于航空飞机和航天飞机PAN 碳基纤维较早时候是T300级别的用于武器装备上，20世纪60年代末，美国开发出了硼纤维增强的环氧树脂复合材料，1971年成功应用于F-14战斗机尾翼上，此后又有F-15F-16米格-29幻影2000F/A-18等复合材料尾翼问世此时一般一架军用飞机的垂尾平尾全采用复合材料，可占总重的5%左右经过以后的发展，目前的飞机上复合材料用量到20%～50%不等，如美国的B-2战斗机大约占50%左右，机身大部分为复合材料。
      复合材料除了在军用飞机上有突出贡献，在导弹弹头上也大量应用，复合材料最早应用在导弹弹头的是层压玻璃/酚醛复合材料，后来发现不足，产生了模压高硅氧/酚醛目前 ， 科学家开发出了更好的碳/碳复合材料， 碳/碳复合材料具有低密度（<2.0g/cm3） 高比强高比模量高导热性低膨胀系数，以及抗热冲击性能好尺寸稳定性高等优点，是目前在1650以上应用的唯一备选材料，最高理论温度更高达2600，因此被认为是最有发展前途的高温材料近期研制的导弹头帽几乎都采用了碳/碳复合材料目前为了提高导弹的打击能力，由开发出碳/酚醛复合材料用作导弹弹头的防热层另外在固体火箭发动机的喷管上，复合材料也不断改进，从最早的金属到后来的金属/非金属，现在一开始使用碳/碳复合材料，使导弹的性能得到很大的提高。