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高强度不锈钢在国产大飞机中的应用和发展(二)

发布时间:2017-09-08 06:58 作者:互联网 来源:
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高强度不锈钢0CT17Ni7Al(17-7PH)OCr15Ni7Mo2Al(PH15-7Mo)0Cr12Mn5Ni4Mo3Al0Crl7Ni4Cu4Nb(17-4PH)0Cr13Ni8Mo2Al(PH13-8Mo)0Crl5Ni25Ti2Mo1VA100Crl6Ni5Al00Crl5Ni6Nb00Crl1Nil0Mo2Al00Cr11Ni10Mo2Ti0.6A100Cr
强度不锈钢0CT17Ni7Al(17-7PH)OCr15Ni7Mo2Al(PH15-7Mo)0Cr12Mn5Ni4Mo3Al0Crl7Ni4Cu4Nb(17-4PH)0Cr13Ni8Mo2Al(PH13-8Mo)0Crl5Ni25Ti2Mo1VA100Crl6Ni5Al00Crl5Ni6Nb00Crl1Nil0Mo2Al00Cr11Ni10Mo2Ti0.6A100Crl1Nil0Mo2Til00Cr12Co12Ni4Mo4Ti00Cr12Ni8Cu2AlNb00Crl2Ni11MolTi1.65(Cust0m465)00Crl1Ni8Co8.5Mo5AIl(Custom475)00Cr26Ni6Mo4Cu1Ti
除上述种之外,还研发了一种拥有自主知识产权的成分为(13.0%~16.5%)Cr、(4.0%~7.5%)Ni、(9.5%~15.0%)Co、(5.0%~7.5%)Mo以及适量Ti的超低碳Cr-Ni-Co-Mo-Ti系高洁净度、细晶组织马氏体时效不锈钢,抗拉强度1900MPa以上,伸长率10%以上,具有较好的强韧性配合,是制造耐蚀承力件的良好材料。2.2铁素体时效不锈钢沉淀硬化不锈钢及马氏体时效不锈钢虽然强度很高,强韧性配合良好,但由于含量较低,含量也受到限制,因而在强腐蚀介质中难以使用。为此研制了00Cr26Ni6Mo4Cu1Ti素体时效不锈钢,其抗拉强度约1100MPa(屈服强度880MPa),由于钢中含有足够高的铬、和镍,使该钢耐海洋气候腐蚀的能力大大提高,耐点蚀及缝隙腐蚀性能大大优于AISI316而屈服强度却为AISI3l6的2~3倍,成为在海水中最有使用前途的高强度不锈钢之一。二、高强度不锈钢在飞机上的应用以上提到的各类不锈钢有些已经在飞机上得到广泛应用,有些不锈钢的应用正在逐渐扩大。下面作简要介绍。1、在飞机起降装置上的应用用于制造飞机起落架的结构材料为30CrMnSiNi2A、4340、300M、Aermet100等。对于在海洋性气候下使用的飞机的起落架、紧固件等则多使用沉淀硬化不锈钢制造,如17-4PH用于F-15飞机的起落架,其改进型15-5PH用于B-767飞机的起落架,PH13-8Mo钢由于抗应力腐蚀性能比同级别沉淀硬化不锈钢好而有望代替17-4PH、15-5PH以及17-7PH、PH15-7Mo等钢种。美国自上世纪8O年代起对马氏体时效与沉淀硬化不锈钢的强韧化做了进一步的深入研究,如HSL180和Custom465钢等。它们的强度都超过1600MPa,其中HSL180是在淬火、低温处理后,利用回火处理的二次硬化得到了与15-5PH相近的耐腐蚀性和1800MPa以上的强度;美国Carpenter公司开发的Custom465(00Crl2Nil1MolTi0.6)在H1000过时效状态可以提供比其他高强度不锈钢(如NCustom455或PHI3-8Mo)更高的强度、韧性和抗应力腐蚀性的组合,但尚未见到大尺寸截面钢材的力学性能报道。目前正在研究具有接近2000MPa的高强度特性的不锈钢。2、在飞机轴承上的应用德国的FAG公司开发了添加氮的马氏体不锈钢Cronidur30(0.31%C-0.38%N-15%Cr-l%Mo)。它作为比SUS440更耐腐蚀的材料,是通过高压氮气气氛下进行电渣重熔的PESR工艺生产的高氮完全硬化型高温不锈钢。但因其是完全硬化型的,不适于高DN值(D:轴承内径/mm,N:轴转数/arin),然而用同样的Cronidur30通过高频淬火,就可以DN400万的值同时满足残余压缩应力以及断裂韧性值。但是回火温度低于15O℃,就不能承受引擎关闭后冲击造成的轴承温度上升。3、在飞机承力结构件上的应用飞机承力结构件中的高强不锈钢主要有15-5PH,17-4PH,PH13-8Mo等,并在军用飞机上应用以替代传统的30CrMnSiA等高强度合金钢。其零件形式有舱盖锁闩、高强度螺栓、弹簧等各类零配件。民用飞机将此类高强度不锈钢用于机翼梁上,如波音737-600型机翼梁用15-5PH钢;A340-300型机翼梁用PH13-8Mo钢。在要求高强度和高韧性,特别对横向性能有特殊要求的部位,如机身框架,使用了PH13-8Mo。最近由于要求提高韧性和耐应力腐蚀性,试用了Custom465等。Custom465是carpenter公司在Custom450和Custom455的基础上发展起来的,用于制造飞机的襟翼导轨、缝翼导轨、传动装置、引擎支架等。该钢目前已纳入MMPDS-02,AMS5936和ASTMA564技术规中。使用HSL180高强度不锈钢(0.21C-12.5Cr-1.0Ni-15.5Co-2.0Mo)制造飞机结构体,该钢兼有与4340等低合金钢相当的1800MPa的强度,与SUS630等沉淀硬化不锈钢同等的耐腐蚀性和韧性。4、在飞机零件上的应用对于一些加工变形量大的零件,如飞机襟翼整流包皮,传统上一般采用1Crl8Ni9Ti不锈钢,但该合金强度太低,在使用中,铆钉孔处经常发生拉坏现象。鉴于上述情况,在新型号的设计中,对座舱锁钩、齿垫、发动机吊杆螺栓、液压系统导管弯管接头(锻件)、无扩口管接头、襟翼整流包皮等部位的零件采用了我国自行研制的半奥氏体沉淀硬化型不锈钢替代传统不锈钢材料。另外,对于一些高强度螺栓,一般都是高强度结构钢加工而成,表面镀铬进行防护。但在新型号设计中,这类零件均已采用0Crl2Mn5Ni4Mo3A1不锈钢进行制造。三、大型飞机用高强度不锈钢展望我国高强度不锈钢在钢种类型、强度级别、生产工艺、品种规格等方面都已经有了长足的进步,发展应用前景广阔;但若将我国已有的系列高强度不锈钢在大飞机上进行良好地应用,还需要解决几方面的问题。1、我国高强度不锈钢发展中存在的问题1.1不锈钢的基础理论和生产工艺研究钢的强度性能有其自身的客观强度极限,不可能得到无限提高。例如,钢的耐延迟破坏性以强度1500MPa为界限,如超过这一值,性能就会恶化,究其原因是钢中夹杂物晶界缺陷引起的。因此,把合金化,特别是微合化和高纯度、高均匀性精炼、铸造技术、超细组织控制技术和高精度轧制技术等结合起来,发展良好强韧性、耐蚀性和工艺性结合的新材料是高强度不锈钢今后发展的主要方向。耐苛刻介质腐蚀高强度不锈钢,高韧性超高强度不锈钢,高耐磨性和高耐疲劳性马氏体时效不锈钢,超低温、无超高强度不锈钢,铁素体时效不锈钢等新材料是今后研究开发的重点。通过对强韧化机理、耐腐蚀机理及耐磨损机理的研究,必将为新材料的研发奠定坚实的理论基础。1.2不锈钢的生产技术研发和组织管理虽然我国是一个钢铁生产大国,也是不锈钢生产大国,但受生产技术和质量管理水平等因素的限制,我国高级特殊钢产量特别是质量尚不能完全满足国内市场的需要;作为特殊钢种的高强度不锈钢,性能还不稳定,品种规格尚不能完全满足国家经济和国防建设的需求;具有发展前途的钢种亟待开发,能够生产具有广阔应用前景的超级不锈钢的厂家不多;已生产的高强度不锈钢实物质量与国外发达国家进口产品的实物质量相比还有很大的差距。2、促进我国高强度不锈钢发展的措施2.1加强产学研结合,提高高强度不锈钢产品的实物质量国外不锈钢产品与国内相应产品比较,不仅在内在洁净度、组织均匀性和性能稳定性等方面较为优良,甚至在平整度、光洁度等外形和外观质量上也有一定的优势。这反映出国产高强度不锈钢产品在精料,冶炼,冷、热加工及热处理等方面均有待提高。这就需要结合产学研三方面的力量,大力协同,精益求精,将我国高强度不锈钢的整体生产制造工艺技术进行全面的改善和提高,尽快使国产不锈钢产品的实物质量达到发达国家先进水平。2.2加快品种工程化和标准化钢的标准化能促进钢材质量稳定化,供货批量化,丰富的钢材标准使得在设计使用时有更多的选择余地。我国自上世纪50年代以来,仿制和自行研制的不锈钢钢种约100多个,其中部分已纳人标准,包括18个高强度不锈钢钢种。但仍有大量未纳标的钢种在局部使用,同样有些标准中的钢种生产量也很少。这就需要在品种引进和标准化方面进行大量的工作。2.3进行高强度不锈钢的可靠性研究与其他方面的应用不同,大型飞机所使用的钢铁材料不仅要求具有一定的强度、韧性配合和耐蚀性,而且需要对材料使用的安全可靠性进行深入研究,以确保飞行安全,降低维修成本等。在这方面,欧美国家对相关的飞机用钢铁材料进行了大量的炉、批次性能试验和统计,在此基础上制订了材料适航标准;对机上关键部位用料(主要是特钢和铝合金)除了检验常规性能外,补充做了大量的疲劳试验和S-N曲线,为材料和整机技术鉴定创造了条件。在这方面我国需要长期、大量、细致的数据积累,才能为大型飞机的选材提供切实可用的数据基础。
(来源:不锈钢)


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