隨著國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)項(xiàng)目以及神舟系列飛船的研發(fā)，近年來(lái)我國(guó)航天航空工業(yè)發(fā)展迅速，因此對(duì)高品質(zhì)不銹鋼等特殊材料的需求日益旺盛。同時(shí)也給不銹鋼產(chǎn)品在此領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了思考，本文分析了不同類型的不銹鋼在航空航天業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
航空航天領(lǐng)域所使用的不銹鋼類型主要包括馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。
馬氏體不銹鋼以馬氏體為基體，既具有基本的耐蝕性，又能通過熱處理強(qiáng)化，因而具有良好的力學(xué)性能，廣泛用于制造緊固件、結(jié)構(gòu)件、軸承、汽輪機(jī)葉片等。410不銹鋼屬于低碳馬氏體不銹鋼，在淬火、高溫回火后使用，強(qiáng)度在500MPa以上，強(qiáng)度、塑性和韌性配合較好。在飛機(jī)上可用于制造承力緊固件，還可以用于制造汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥等。431不銹鋼是在410不銹鋼的基礎(chǔ)上提高了C和Cr元素含量，并添加了2%的Ni。在淬火、回火后抗拉強(qiáng)度達(dá)到1200MPa以上，最高使用溫度可以達(dá)到400℃，可用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、整流葉片、壓氣機(jī)機(jī)匣、內(nèi)外環(huán)、承力螺栓和吊掛等。在410不銹鋼的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步合金化，發(fā)展了馬氏體熱強(qiáng)不銹鋼。這類鋼強(qiáng)度高，耐熱溫度可達(dá)550℃，主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤和葉片。國(guó)外此種類型的不銹鋼有美國(guó)的419、422，英國(guó)的H46、HGT4，俄羅斯的ЭИ736、ЭИ961等。國(guó)內(nèi)自上世紀(jì)60年代起開始創(chuàng)新研制GX-8熱強(qiáng)不銹鋼是在俄羅斯ЭИ961鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)整W、Mo、V強(qiáng)化元素的含量，并用Nb補(bǔ)充強(qiáng)化。GX-8鋼比ЭИ961鋼具有更高的室溫強(qiáng)度、耐熱性和耐腐蝕性，用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片、靜子葉片和頸軸等部位。
在航天航空工業(yè)中所使用的馬氏體不銹鋼的代表性的鋼號(hào)為1Cr13、2Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18Mo等。其中1Cr13、1Cr17Ni2用以制作具有良好強(qiáng)度和韌性的零件，發(fā)動(dòng)機(jī)周圍排氣通路等零件，火箭燃料貯罐。2Cr13和9Cr18Mo用于制造硬度零件，如桿、銷釘?shù)取?Cr18Mo也用來(lái)制作高溫周期運(yùn)動(dòng)零件盒油壓零件、緊固件等。
奧氏體不銹鋼由于含有較高的鉻（Cr）和鎳（Ni），因此具有優(yōu)良的耐腐蝕性和抗氧化性以及較高的高溫蠕變強(qiáng)度，廣泛的被應(yīng)用于各類導(dǎo)管、墊片以及鉚釘?shù)取?/span>
301、302、303、304、316、321不銹鋼均屬于18Cr-8Ni型奧氏體不銹鋼。301不銹鋼具有良好的抗氧化性和冷成形性，用于飛機(jī)機(jī)體上相對(duì)于鋁合金來(lái)講工作環(huán)境溫度過高的面板、加強(qiáng)片、墊板等零件。由于Cr、Ni合金元素含量最少，301不銹鋼奧氏體穩(wěn)定性差，但冷作硬化能力較強(qiáng)。302不銹鋼與301不銹鋼相比抗拉強(qiáng)度稍低但耐蝕性能較好。303不銹鋼在18Cr-8Ni基礎(chǔ)上添加了硫以改善機(jī)械加工性能，其主要用于高溫螺母、絲桿及三通管等。304不銹鋼降低了
碳含量并適當(dāng)提高了Cr、Ni元素含量，耐蝕性得到進(jìn)一步提高。316不銹鋼在18Cr-8Ni的基礎(chǔ)上添加了2%-3%的Mo，耐蝕性和高溫下的抗拉強(qiáng)度得到了提高，主要用于航空器材的發(fā)動(dòng)機(jī)零件和排氣管等部位。
沉淀硬化不銹鋼是20世紀(jì)40年代發(fā)展起來(lái)的一類超高強(qiáng)度不銹鋼。沉淀硬化不銹鋼是通過添加Mo、Ti、Al、Nb、Cu等元素，在時(shí)效過程中析出金屬間化合物和某些碳化物以提高強(qiáng)度。沉淀硬化不銹鋼既保持了奧氏體不銹鋼的優(yōu)良的焊接性、冷加工成型性和耐蝕性，又比馬氏體不銹鋼具有更高的強(qiáng)度。其在航天航空領(lǐng)域主要被用于制造艙蓋鎖閘、高強(qiáng)度螺栓、彈簧等各類零配件。
在航天航空工業(yè)中所使用的沉淀硬化不銹鋼的代表性的鋼號(hào)為牌號(hào)有17-7PH、PH15-7Mo、17-4PH、PH13-8Mo、15-5PH、AM350、Custom455、Custom465、Custom475等。如“阿波羅”人造衛(wèi)星后遮板使用PH14-8Mo，宇宙飛機(jī)的緊固件使用A-286，XB-70大型飛機(jī)的翼桁使用15－5PH。
17-7PH是控制相變型沉淀硬化不銹鋼，該不銹鋼在固溶處理冷卻至室溫時(shí)，仍保留奧氏體組織，因而易于加工成形，在經(jīng)過適當(dāng)處理最終轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，達(dá)到優(yōu)良的力學(xué)性能水平。17-7PH不銹鋼既有高的強(qiáng)度，又有好的耐蝕性，而且焊接性能良好，可用于350℃以下長(zhǎng)期工作的結(jié)構(gòu)件，國(guó)外廣泛用于航空薄壁結(jié)構(gòu)件、壓氣機(jī)盤以及各類容器、導(dǎo)管、彈簧等。PH15-7Mo是17-7PH的發(fā)展型，是用2%Mo代替了2%Cr，從而獲得了更高的強(qiáng)度。上世紀(jì)70年國(guó)內(nèi)研制了控制相變型沉淀硬化不銹鋼69111，其各項(xiàng)性能與國(guó)外的17-7PH、PH15-7Mo鋼相似，但Cr、Ni元素含量比PH15-7Mo鋼低20%-30%，目前用于制造航空器材液壓系統(tǒng)的三通、四通、彎管嘴等零件以及座艙結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛螺栓等。
17-4PH鋼是馬氏體沉淀硬化不銹鋼，具有較高的強(qiáng)度、耐蝕性、抗氧化性和焊接性能。其強(qiáng)化效果來(lái)自于馬氏體相變和富銅相的沉淀強(qiáng)化。適用于制造工作溫度400℃以下的高強(qiáng)度耐蝕零件，如飛機(jī)、導(dǎo)彈的緊固件、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的前后安裝邊以及發(fā)動(dòng)機(jī)反推裝置中的加強(qiáng)板、支架、接頭等。
PH13-8Mo鋼是20世紀(jì)50年代末國(guó)外研制的超高強(qiáng)度沉淀硬化不銹鋼，具有超高強(qiáng)度、高硬度以及優(yōu)異的耐蝕性和抗應(yīng)力腐蝕能力，允許大尺寸零件熱處理空冷，適宜制造大截面尺寸零件。PH13-8Mo鋼用于F-16飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架、F111起落架接頭以及C-17飛機(jī)裝卸貨用銷子、航空用固定銷、軸類件等部位。
Custom455、Custom465、Custom475是馬氏體時(shí)效不銹鋼，屬于沉淀硬化不銹鋼的一種，其采用了低碳板條馬氏體和時(shí)效強(qiáng)化機(jī)理，是不銹鋼中強(qiáng)度水平最高的。Custom475鋼在H950狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度可達(dá)1979MPa，但此類不銹鋼的屈強(qiáng)比過高，零件一旦過載容易突然斷裂，不利于事故的預(yù)防。目前，馬氏體時(shí)效不銹鋼已應(yīng)用于航空高強(qiáng)度緊固件、螺栓、齒輪、飛機(jī)起落架等部位。
航天航空工業(yè)的發(fā)展， 特別是新型飛機(jī)的發(fā)展需要強(qiáng)度高、韌性好、耐蝕性好的結(jié)構(gòu)材料。雖然不斷出現(xiàn)各類新材料，但不銹鋼材料在彈性模量、沖擊韌性和強(qiáng)度等方面依然具有很大的優(yōu)勢(shì)，在今天和可預(yù)見的未來(lái)，仍將是一種不可替代的關(guān)鍵材料之一。
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