金屬構(gòu)件材料仍然是值班航天工程結(jié)構(gòu)材料的主要組成部分。美國、英國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家在研究、制造、評估和應(yīng)用方面占據(jù)世界領(lǐng)先地位。通過材料計算和性能預(yù)測、數(shù)字模擬和應(yīng)用評估、組織性能和多重耦合環(huán)境壽命評估等關(guān)鍵技術(shù)的成熟應(yīng)用，形成了完善的材料技術(shù)體系，擁有龐大的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

鈦合金是21世紀(jì)最寶貴的戰(zhàn)略金屬材料，也是航空航天領(lǐng)域發(fā)展不可或缺的“脊柱”之一。在鈦合金切削過程中，刀具磨損嚴(yán)重、加工表面質(zhì)量差、加工效率低等問題成為制約其發(fā)展的瓶頸。研究鈦合金切削過程中刀具磨損和加工表面質(zhì)量的形成機制，提高鈦合金的合理切削參數(shù)，對航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

20世紀(jì)中葉，國內(nèi)外軍用飛機正式進入超聲速時代。隨著飛機發(fā)動機轉(zhuǎn)化為噴氣式發(fā)動機，鋼和鋁結(jié)構(gòu)逐漸被淘汰，以滿足時代發(fā)展的需要。同時，鈦合金因其優(yōu)異的性能迅速進入航空航天領(lǐng)域，成為該領(lǐng)域的主要結(jié)構(gòu)材料之一?？梢郧宄乜吹?，鈦合金在服務(wù)飛機機體中的比重正在迅速增加。

鈦合金在先進飛機發(fā)動機機體中的比重一般保持在20%以上，呈上升趨勢。然而，由于鈦合金固有的難加工特性，刀具磨損嚴(yán)重、加工表面質(zhì)量差、生產(chǎn)成本高等優(yōu)點成為制約其發(fā)展的瓶頸。

此外，美國、英國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家在金屬構(gòu)件材料的研究、制造、評估和應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位，形成了完整的材料體系和完善的材料選擇技術(shù)體系，擁有龐大的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。相比之下，中國金屬構(gòu)件材料行業(yè)正處于上升期，迫切需要種類創(chuàng)新和技術(shù)進步。

1、耐熱合金

中國變形高溫合金從引入吸收逐漸形成系統(tǒng)化、規(guī)?；緦崿F(xiàn)了材料的自主可控性。下圖顯示了變形高溫合金在中國飛機發(fā)動機和燃?xì)廨啓C盤鍛件中的發(fā)展方向。650 ℃以下使用的GH4169合金冶金質(zhì)量和用量不斷提高，成為“一材多用”的典范，支撐了三代飛機、發(fā)動機等設(shè)備的批量生產(chǎn)和應(yīng)用；700～750 ℃的GH4169D、GH4065A、GH4096 等待新一代合金開發(fā)，實現(xiàn)工程應(yīng)用，支持四代飛機發(fā)動機和商用渦扇發(fā)動機的開發(fā)；GH4720Li、GH7438 等待合金被批量應(yīng)用于各種中小型發(fā)動機；艦用燃?xì)廨啓C和火箭發(fā)動機的開發(fā)和應(yīng)用促進了GH4698、GH4742、GH4202 等級發(fā)展；為滿足更高的代次發(fā)動機應(yīng)用需求，近期正在開發(fā)8000承溫能力 GH41515℃以上。、GH4975 等待合金，形成服務(wù)溫度為600～900 ℃間時效強化型變形高溫合金系統(tǒng)較為完整。

隨著制造工藝的創(chuàng)新，鑄造高溫合金由等軸晶、定向鑄晶發(fā)展為單晶，通過逐步清除晶界，逐步提高鍛造高溫合金的承溫能力。鑄造高溫合金作為航空發(fā)動機葉片的主要材料，其發(fā)展也使得飛機發(fā)動機推重比不斷提高。下表列出了各代飛機發(fā)動機渦輪葉片選材的發(fā)展歷程。隨著耐熱合金性能要求的不斷提高，合金的成分設(shè)計空間越來越小。基于材料計算、高通量試驗和機器學(xué)習(xí)的合金成分設(shè)計已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢。通過模擬模擬優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)，耐熱合金零件的制備技術(shù)逐漸成為一種常見的技術(shù)。

粉狀耐熱合金已廣泛應(yīng)用于軍隊、民用先進航空發(fā)動機渦輪盤?？偟膩碚f，鎳基粉末耐熱合金的發(fā)展方向具有“三高一低”的特點:高韌性、高工作溫度、高組織可靠性、低疲勞裂紋擴展速度。歐美國家率先開發(fā)第一代650 Ren等高強度粉末耐熱合金é95 等；第二代750 Ren等受損容限型粉末耐熱合金é88DT 等等，以及ME3等第三代高強度損傷容限型粉末耐熱合金。

第四代粉末耐熱合金是在第三代的基礎(chǔ)上，通過成分優(yōu)化和工藝優(yōu)化獲得更多的工作溫度，使其具有ME501等高強度、高損傷容限、高工作溫度等特點。 等等。目前，我國已經(jīng)開發(fā)出第一代FGH4095，F(xiàn)GH40966 第三代和第四代仍在研制和探索第二代粉末耐熱合金。

近年來，我國耐熱合金系統(tǒng)在研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域取得了顯著進展，主要是需求牽引和技術(shù)推廣。但耐熱合金涉及的學(xué)科很多，零部件制造要求高，容錯空間小。其完善應(yīng)用是基于對R&D和制造系統(tǒng)的全面深入理解和長期積累，因此未來需要不斷加強。

2、超高強度鋼

超高強鋼是指屈服強度超過13800 MPa 高強度結(jié)構(gòu)鋼在航天工程、國防軍工等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。飛機起落架、發(fā)動機軸、齒輪軸承、框架、梁、火箭發(fā)動機外殼等。是航空工程領(lǐng)域的主要應(yīng)用領(lǐng)域。典型的飛機起落架材料主要有300M 和Aermet一起 100 鋼鐵，兩者都有1930 MPa 上述超高強度。300M 它是一種低合金超高強度鋼，廣泛應(yīng)用于客機、大型軍用運輸機和殲擊機起落架；AerMet 100 鋼材是最好的超高強度鋼，具有成熟應(yīng)用的強韌性，兼顧優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞抗力，已應(yīng)用于F22。、F18E/F 等待軍機起落架。

此外，F(xiàn)e-Ni 由于納米金屬間化合物在時效過程中沉淀，基奧氏體時效鋼具有優(yōu)異的韌性，其典型鋼種為18Ni。 型C250 和C300 鋼鐵，多用于發(fā)動機主軸、火箭發(fā)動機外殼等部位[46]。提高設(shè)備性能，滿足高承載、低成本、減重設(shè)計的要求，將飛機起落架和主軸材料推向2200 MPa 上述強度水平，GE和Leep 選擇21000發(fā)動機主軸～2300 MPa GE1014和ML340 鋼鐵，國內(nèi)研發(fā)強度等級達(dá)到24000 MPa的GC-24 鋼。高韌性滲碳不銹鋼CSS-42L是航空軸承齒輪鋼的代表，最高使用溫度為430%。 ℃。

超強耐熱滲碳鋼CH2000 屬于第四代航空軸承齒輪鋼，經(jīng)過滲碳和熱處理后表面硬度達(dá)到65?！?8HRC，芯部抗拉強度為2000 MPa 使用溫度可以達(dá)到450。 C，適用于齒輪、軸承、轉(zhuǎn)動軸等傳動部件，適用于新一代飛機發(fā)動機和直升機高功率密度傳動裝置。

超強鋼抗晶間腐蝕性能也是各國研究關(guān)注的焦點。Ques，美國 Tek 通過材料基因工程，企業(yè)開發(fā)了FerriumS53，一種新型二次硬化超高強度不銹鋼。該鋼兼顧良好的斷裂韌性，已成功應(yīng)用于美國空軍A-10。 攻擊裝置的起落架部件。我們國家自主研發(fā)10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE 超高強不銹鋼，已成功應(yīng)用于直升機起落架零件，其強度、韌性均優(yōu)于FerriumS53 鋼材，是當(dāng)今強度水平最高的超高強度不銹鋼，在航天工程設(shè)備制造領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

近年來，低密度高強度鋼是一個新概念，其成分設(shè)計的特點是高Al。 含量，同時添加奧氏體化元素，使其具有良好的塑性，例如最常見的Fe-Mn-Al-C四元系統(tǒng)。我國開發(fā)了DT510，以實現(xiàn)飛機減重增程的目標(biāo)，兼顧經(jīng)濟性。 與傳統(tǒng)超高強度鋼30CrMnSiNi2AA相比，低密度鋼在降低材料密度的同時具有較好的強韌性。 相比，DT510 降低13.4%的密度，提高19.3%的屈服強度。

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原題：“【復(fù)材資訊】助力航空航天，金屬材料有多重要？”

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