飞机用材料.ppt
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1、飛機用材料,佳工机电网 www.newM,鋼(Steels),以含碳量2%為分界,在0.05%0.2%的鐵系合金稱鋼材。而2%4.5%的含碳量稱為鑄鐵。 鋼即是鐵碳合金,除了含有碳元素外,亦可進一步包含微量其它合金元素。較常見鋼鐵分類係根據碳濃度的高低分別區分為 低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼 低合金鋼(alloy steel):合金元素總量少於5% 高合金鋼:合金元素總量超過於5% 工具鋼,佳工机电网 www.newM,鋼鐵材料規格,國際上較常見的是美國日本德國規格標準 SAE(美國汽車工程協會) AISI(美國鋼鐵協會) JIS(日本工業標準) DIN(德國工業標準),佳工机电网 www.newM
2、,SAE規範,以四或五位阿拉伯數字代表一鋼種。 第一位數字代表鋼的種類 1代表三種鋼10普通碳鋼、 11易切鋼、 13錳鋼 2字頭表鎳鋼、 3表鎳洛鋼、 4鉬鋼、 5洛鋼、 6洛釩鋼、 7鎢鋼、 8鎳洛鉬鋼、 9矽錳鋼 第二位數字表合金鋼中含特種元素之平均% 。 第三四或五位數字表鋼料中含碳量之% 。 有時在標號尾部另加一英文字母以表示成分或特性。,佳工机电网 www.newM,低碳鋼,所有鋼種中,最大產量係落在低碳這一類的範圍內。其含碳量通常少於0.25%,因此對於形成麻田散鐵的熱處理是無反應的,其鋼材的強化主要是靠冷加工來完成。其顯微結構包括肥粒鐵和波來鐵。 碳鋼的另一群是高強度低合金鋼(
3、HSLA)。它們包含其它合金元素諸如銅、釩、鈦、鈮、鈷和硼等元素,添加濃度有通常小於5,甚至更低。強化機構是藉高溫熱加工時產生析出物,因此具有析出硬化及晶粒細化等功效,故其強化比低碳平碳鋼強度高。,佳工机电网 www.newM,中碳鋼,中碳鋼其碳濃度約介於0.25至0.55%之間。這些鋼材可藉著沃斯田鐵化,淬火然後回火等熱處理改善機械其性質。它們最常以回火狀態使用,其顯微結構是回火麻田散鐵。代表性的鋼材為添加鉻、鎳、鉬等元素的合金鋼。鉻、鎳和鉬的添加可改善這些合金熱處理的能力,使其可獲得強度及延展性極佳的組合。這些熱處理合金鋼比低碳鋼強度高,但會犧牲延展性和韌性。 此類鋼材應用包括鐵路車輪、軌
4、道、齒輪、曲柄軸和其它切削零件以及要求高強度、耐磨耗和高韌性的結構零件上。,佳工机电网 www.newM,高碳鐵,高碳鋼通常具有碳含量介於0.6wt至1.4wt%之間的鋼材,是碳鋼中最硬最強,而延展性最低者,其中工具鋼為代表。它們幾乎總是以硬化和回火狀況使用,如此特別是在耐磨耗的工件上使用,通常含有鉻、釩、鎢和鉬合金。這些合金元素易與碳結合形成很硬和耐磨耗碳化物之化合物(如Cr23C6,V4C3 ,Mo2C和WC等)。,佳工机电网 www.newM,不銹鋼(Stainless Steels),不銹鋼具有良好的抗蝕性(生銹),尤其是在大氣中。主要添加的合金元素是鉻,其濃度至少需11%鉻以上,此外
5、藉著添加鎳、鉬或銅可強化抗蝕性。 不銹鋼依據顯微結構主要可分成三類,包括麻田散鐵型、肥粒鐵和沃斯田鐵型。麻田散鐵型不銹鋼能藉熱處理使其內部產生麻田散鐵,因此具較高的機械強度。沃斯田鐵型和肥粒鐵型不銹鋼只能藉著冷加工來硬化和強化材質,因為它們是無法熱處理的。沃斯田鐵型不銹鐵因為高鉻含量和鎳的添加,其耐蝕性最好,而其產量也是最大的。,佳工机电网 www.newM,鑄鐵(Cast Iron),通常鑄鐵是鐵合金的加上高達3.0至4.5%之碳而稱之。其與碳鋼一般,均可再添加其他合金元素,已進一步強化鑄鐵的各項機械性能。對大部份鑄鐵而言,碳係以石墨形式存在。最常見鑄鐵包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵、白鑄鐵和展性鑄鐵
6、等。,佳工机电网 www.newM,灰鑄鐵(Gray Cast Iron),灰鑄鐵中碳與矽含量分別介於2.5wt和4.0wt%之間以及1.0wt和3.0wt%之間。對大部份灰鑄鐵而言,石墨是以片狀形式存在於基地內,典型灰鑄鐵顯微組織片狀石墨,其破裂表面出現灰色狀,因而稱之為灰鑄鐵,其在工業上的用量極大。,佳工机电网 www.newM,延性(或球墨)鑄鐵,在鑄造之前加入少量鎂和鈰,或鎂或鈰到灰鑄鐵中會產生不一樣顯微結構及機械性質。石墨仍然形成,但是以球狀顆粒代替原先的片狀。此結果的合金稱球墨或延性鑄鐵。此種鑄件比灰鑄鐵更強並且更有延性。此類材料典型應用包括閥、泵體、曲柄虹、齒輪,以及其它自動如切
7、削零件。,佳工机电网 www.newM,白鑄鐵和展性鑄鐵,對低矽(含量少於1.0wt%矽)和快冷卻速率的鑄鐵而言,大部份碳是以雪明碳鐵代替石墨方式存在,此類合金的破壞表面呈白色外觀,因此被稱為白鑄鐵(White cast iron)。 係以聚集或薔薇形式存在而被肥粒鐵或波來鐵基地包圍,形成肥粒鐵展性鑄鐵。代表性應用包括聯結桿傳動齒輪、閥零件、輪船及其它重機使用上。,佳工机电网 www.newM,鋁及鋁合金(Aluminum Alloy),鋁的製法 西元1886年美國化學家Hall及法國化學家Heroult宣布以氧化鋁(Al2O3)置於冰晶石(Na3AlF6)溶液中,於大約950 進行電解。 氧
8、化鋁(Al2O3)製法 利用鋁礬土礦浸於氫氧化鈉(NaOH) 鋁及鋁合金是目前應用最廣泛之飛機製造材料。,佳工机电网 www.newM,鋁及鋁合金優點,重量輕,差不多是同體積銅或鋼的1/3重量。 防腐蝕能力強。 可反射輻射能可見光、輻射熱、電磁波。 導電及導熱能力強,且又是非鐵磁性。 容易接合(焊接、鉚接或膠合) 外觀及表面易處理 機械性質良好,經加工處理後強度高、 延展性高 存量多,佳工机电网 www.newM,鋁及鋁合金缺點,當溫度升高超過200,強度大幅減弱 當溫度下降時傾向脆性材料,佳工机电网 www.newM,鍛鋁(Wrought Aluminum)(1),以機械方式成形 輥製、 抽
9、拉、 擠製 通常以四位數字標明 第一位數字: 合金成分 1000系列:材料含99%以上之純鋁 2000系列:銅(Copper)為主要之成分 易熱處理以提高強度, 但提高了腐蝕性,退火,淬火,回火,有些加鎳可提供高溫用途, 康科特(Concorde)為商用化合金材料,佳工机电网 www.newM,鍛鋁(Wrought Aluminum) (2),3000系列:錳(Manganese)為主要之成分 增加硬度 4000系列:矽(Silicon)為主要之成分 為焊條之理想材料 5000系列:鎂(Magnesium)為主要之成分 提高強度及抗腐蝕 6000系列:鎂與矽為主要之成分 以矽化鎂存在,可熱處理
10、提高強度及易加工,佳工机电网 www.newM,鍛鋁(Wrought Aluminum) (3),7000系列:鋅(Zinc)為主要之成分 經熱處理提高強度,為所有鋁合金中強度最高,有些 第二位表示原產品以後修正其成分之次數 第三及四位表示產品開發次序 1130:純度99+0.3=99.3% 2117,佳工机电网 www.newM,熱處理鋁合金如施以適當熱處理其內部結構發生一種相變化,產生細緻析出物,藉此種析出物,強化材料。這種現象叫析出硬化或時效硬化。 非熱處理合金則無析出硬化現象(但也會有析出物),故其強化作用通常借助一般的方法,如固溶體強化,加強化細晶強化。,佳工机电网 www.newM
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