航空航天材料及加工成形技术
超塑性成形的原理和应用
超塑性成形的原理和应用1. 超塑性成形的概念超塑性成形是一种可以在极高温度下并且应力条件下进行的金属塑性变形技术。
它的特点是在高温下，金属材料具有极高的塑性，可以在较小的应力下实现大变形。
超塑性成形主要应用于高温合金的成形加工，如航空航天零部件、发动机叶片和复杂形状的零件等。
2. 超塑性成形的原理超塑性成形的原理是通过改变金属材料的晶体结构和形变机制来实现。
在高温下，金属材料的晶体结构会发生变化，从原来的多晶结构转变为细小的晶粒。
这种细小晶粒的结构使得金属材料在高温下具有较高的塑性。
超塑性成形的变形机制主要有固溶变形机制和晶界滑移机制。
固溶变形机制是指在晶体内部出现位错和断裂，通过位错运动和撤消来实现变形。
晶界滑移机制是指晶界变形的滑移和滑动机制，在晶界上形成高密度的位错和滑移。
3. 超塑性成形的应用超塑性成形的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：3.1 航空航天领域在航空航天领域，超塑性成形可以用于制造各种复杂形状的零部件，如发动机叶片、涡轮盘等。
超塑性成形能够在一次成形过程中实现复杂形状的制造，不仅可以减少后续加工工序，还能够提高零件的质量和性能。
3.2 汽车制造领域在汽车制造领域，超塑性成形可以用于制造汽车车身和车身零部件。
通过超塑性成形，可以使得汽车的轻量化设计成为可能，提高汽车的燃油效率和性能。
3.3 铁路交通领域超塑性成形在铁路交通领域的应用主要集中在制造高速列车的车体和车轮等零部件。
通过超塑性成形，可以使得高速列车具有更好的抗风阻能力和稳定性，提高列车的运行速度和安全性。
3.4 石油化工领域在石油化工领域，超塑性成形可以用于制造各种复杂形状的化工设备，如反应器、换热器等。
超塑性成形能够使得化工设备具有更好的耐腐蚀性和耐压性，提高设备的使用寿命和效率。
3.5 其他领域此外，超塑性成形还可以应用于船舶制造、电子设备制造、科学研究等其他领域。
通过超塑性成形，可以制造出更加复杂和精密的零部件，提高产品的质量和性能。
喷丸成形技术在民航领域的应用
一个关键环节。传统的方法多采用模具或液 压成形等工艺，但这些方法对于大型蒙皮成形存在一定的局限性。喷丸成形技术 作为一种非传统加工方法，能够有效地解决大型蒙皮成形的难题。通过喷丸成形 技术，可以精确地控制蒙皮的形状和厚度，提高飞机的气动性能和结构强度。
先进喷丸成形技术主要应用于模具制造、机械加工、航天航空等领域。在模 具制造领域，通过先进喷丸成形技术可提高模具表面的硬度和耐磨性，延长模具 使用寿命；在机械加工领域，该技术可提高加工效率，实现复杂构件的近净成形； 在航天航空领域，先进喷丸成形技术可用于制备高性能轻质合金材料，提高航空 器的性能和安全性。
总之，金属板料激光喷丸成形技术是一种重要的制造技术，具有广泛的应用 前景和重要价值。本次演示介绍了该技术的基本理论、数值模拟方法和应用领域， 希望能够为相关领域的研究和实践提供一些有益的参考和启示。
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一、金属板料激光喷丸成形基本 理论
激光喷丸成形的基本原理是利用高能激光束冲击金属板料，使其产生塑性变 形。激光束的能量密度高，可以在极短时间内作用于金属板料表面，产生高应变 速率，导致材料发生非均匀塑性变形。这种变形是不可逆的，因此可以在金属板 料表面形成各种形状和结构的物体。
在激光喷丸成形过程中，金属板料的变形受到多种因素的影响，如激光功率、 脉冲宽度、脉冲次数、冲击速度等。这些因素会影响到金属板料的变形程度、变 形均匀性、残余应力等。因此，需要对这些因素进行深入研究，以优化工艺参数， 提高成形质量。
二、金属板料激光喷丸成形数值 模拟
金属板料激光喷丸成形的数值模拟是利用计算机软件对激光喷丸过程进行模 拟，以预测材料的变形行为、应力分布、缺陷形成等。常用的数值模拟方法包括 有限元法、有限差分法、离散元法等。
有限元法是一种将连续体离散化为单元体的数值模拟方法。该方法能够准确 地模拟材料的力学行为和非线性变形，因此在激光喷丸成形中得到了广泛应用。 在有限元法中，常用的软件包括ANSYS、SolidWorks等。有限差分法是一种将区 域离散化为网格的方法。该方法在处理激光喷丸成形问题时，具有计算速度快、 内存占用少等优点。
航空材料精密成型技术
航空材料精密成型技术
航空材料精密成型技术是指利用先进的加工设备和工艺技术，对航空材料进行
精密成型加工，以满足航空产品对材料精度、表面质量和性能要求的技术。
航空材料精密成型技术在航空航天领域具有重要意义，能够提高航空产品的质量、性能和可靠性，推动航空工业的发展。
首先，航空材料精密成型技术可以提高航空产品的精度和表面质量。
航空产品
对材料的精度和表面质量要求非常高，而精密成型技术能够实现对材料的高精度加工和表面质量控制，确保航空产品的精度和表面质量达到要求。
通过精密成型技术，可以实现对航空材料的精密切削、成形和表面处理，提高航空产品的精度和表面质量。
其次，航空材料精密成型技术可以改善航空产品的性能。
航空产品对材料的性
能要求非常严格，而精密成型技术可以实现对材料的精密加工和成型，提高材料的力学性能、热学性能和耐腐蚀性能，改善航空产品的整体性能。
通过精密成型技术，可以实现对航空材料的精密成形和组织控制，提高航空产品的性能和可靠性。
最后，航空材料精密成型技术可以推动航空工业的发展。
航空工业是国家重点
支持的战略性新兴产业，而航空材料精密成型技术作为航空工业的关键技术之一，能够提高航空产品的质量、性能和可靠性，推动航空工业的发展。
通过精密成型技术，可以实现对航空材料的精密加工和成型，提高航空产品的竞争力和市场占有率，推动航空工业的发展。
综上所述，航空材料精密成型技术具有重要意义，能够提高航空产品的精度、
表面质量和性能，推动航空工业的发展。
随着航空工业的不断发展和航空产品对材料要求的不断提高，航空材料精密成型技术将会得到更广泛的应用和发展，为航空工业的发展注入新的活力。
航空航天焊接及成形典型技术
航空航天焊接及成形典型技术近年来，随着高性能飞机（新型战机、大型军用运输机、特种军用飞机和武装直升机）、太空飞行器的发展，各国政府和军方不断推出新的研究计划，投入巨额资金，发展了一系列先进的航空航天制造技术，特别是先进焊接与成形技术，其中包括搅拌摩擦焊接技术、超塑成形/扩散连接、瞬时液相扩散连接、激光复合热源连接等。
搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）是英国焊接研究所（TWI）1991年发明的，是世界焊接技术发展史上自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的一项固相连接新技术，1996年就在工业制造领域得到成功应用。
搅拌摩擦焊是利用一种特殊的非耗损的搅拌头，旋转着压入被焊零件的界面，搅拌头与被焊零件的摩擦使被焊材料迅速加热产生热塑性，当搅拌头沿着焊接界面向前移动时，产生热塑性的部分在搅拌头的旋转移动作用下由前向后转移，再在搅拌头顶锻压力作用下扩散连接形成致密的固相连接接头。
与传统的焊接方法相比，搅拌摩擦焊避免了弧焊方法带来的冶金缺陷，也具有压焊方法诸多的优越性，如焊接变形小；可以焊接多种接头型式，特别适用于长直焊缝；无烟尘、飞溅、紫外辐射；容易实现自动化等。
当然搅拌摩擦焊也存在它的局限性，例如，由于焊接时，搅拌头向被焊工件施加足够大的顶锻压力和向前驱动力，要求对被焊零件进行刚性固定；焊接末尾会存在“锁孔”；由于是利用材料热塑性实现的连接成形，要求被焊材料具有一定的热塑性，即不能焊接热塑性很差的材料。
此外，与弧焊或电阻点焊相比较，在机器人等柔性设备的应用上也受到了一定的限制。
鉴于搅拌摩擦焊在焊接过程中不存在材料熔化的特点，能有效地避免熔焊方法带来的冶金缺陷，所以该焊接技术特别适用于焊接容易产生冶金缺陷的高强度铝合金，搅拌摩擦焊几乎可以焊接所有系列的铝合金材料以及颗粒增强铝基复合材料（Metal Matrix Composites，MMC）。
对于用熔焊方法认为不可焊接的2000系列（Al-Cu）和7000系列（Al-Zn）、8000 系列（Al - Li）等高强铝合金，采用搅拌摩擦焊获得了巨大的成功。
先进材料超塑成形技术
先进材料超塑成形技术先进材料超塑成形技术是一种利用特殊的工艺方法和控制技术，将金属材料在高温和高应变率条件下通过塑性变形成型的一种先进制造技术。
超塑成形技术能够制备出复杂几何形状的零件，并且具有优异的力学性能和表面质量。
本文将对超塑成形技术的原理、应用、发展现状和未来发展进行探讨。
超塑成形技术的原理主要是利用材料在高温和高应变率条件下的特殊塑性行为。
在高温下，材料的塑性变形能力会显著增强，可以实现超塑性变形。
高应变率条件下，由于材料的快速变形速率，可以避免材料的回弹和微观缺陷的形成，从而得到理想的成形零件。
超塑成形技术通常需要在高温下进行，因此需要使用专门设计的设备和控制系统来保持合适的温度和应变率。
超塑成形技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广泛的应用前景。
在航空航天领域，超塑成形技术可以制造出轻量化的结构件，提高整体效能并减少燃料消耗。
在汽车制造领域，超塑成形技术可以制造出复杂形状和轻质的车身零件，提高车辆的安全性能和燃油经济性。
在医疗器械领域，超塑成形技术可以制造出精密的植入器械和医疗设备，提高治疗效果和患者的生活质量。
目前，超塑成形技术已经得到了广泛的研究和应用。
一些国家和地区已经建立了专门的研究中心和实验室，对超塑成形技术进行深入研究，并推动其产业化发展。
在实践中，超塑成形技术已经成功应用于一些特定领域的生产工艺中，取得了较好的成果。
然而，超塑成形技术还存在一些挑战和限制。
首先，高温和高应变率条件下材料容易发生晶粒长大和孔洞形成等缺陷，导致材料的力学性能下降。
其次，超塑成形技术的设备和工艺复杂，生产周期长，需要大量的热能和人工操作。
此外，超塑成形技术还需要对材料的力学性能和塑性变形行为进行深入研究，以满足不同应用领域对材料的要求。
未来，超塑成形技术的发展方向主要包括材料的改进、工艺的优化和设备的突破。
首先，需要开发出具有优异力学性能和高温稳定性的超塑性材料。
其次，需要改进超塑成形工艺，提高生产效率和产品质量。
航天特殊材料加工特种加工
航天特殊材料加工特种加工在航空航天领域，碳纤维铝合金特殊材料的加工，以及特种加工技术激光加工的研究格外重要。
蜂窝材料是一种应用广泛的先进结构材料，已成为航天航空领域内的重要研究对象。
本文简要介绍了蜂窝材料的结构和性能特点及其应用，并详细阐述了蜂窝材料加工工艺研究进展。
对比分析了蜂窝材料的不同固持方法、加工方式，并从加工刀具的选择和加工工艺参数的选定两方面分析了蜂窝材料的数控加工工艺。
最后，对于蜂窝材料加工工艺进行总结，并展望了蜂窝材料加工工艺的研究方向。
作为航空航天重要的结构材料，铝锂合金受到西方国家的广泛重视，如今第三代铝锂合金已在大型商用客机制造中获得应用并成为未来机型发展的重要趋势。
但目前，新型铝锂合金主要依靠国外供应商，不仅成本高，而且得不到钣金、热处理等相关关键技术的支持，因此独立开发和研制新型高强、高损伤容限铝锂合金是我国铝锂合金未来发展的重要方向铝锂合金材料是近年来航空航天材料中发展最为迅速的一种先进轻量化结构材料，具有密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高、疲劳性能好、耐腐蚀及焊接性能好等诸多优异的综合性能。
用其代替常规的高强度铝合金可使结构质量减轻 10%~20%，刚度提高 15%~20%，因此，在航空航天领域显示出了广阔的应用前景。
然而，由于其成本比普通铝合金高、室温塑性差、屈强比高、各向异性明显、冷加工容易开裂等，导致其成形难度大，目前只能成形较简单的零件，难以制造复杂的零部件，从而限制了其在结构部件方面的应用。
近年来，国外铝锂合金的研制和成形技术日渐成熟，不仅在军用飞机和航天器上大量应用；而且民用飞机铝锂合金的用量也呈增加态势，如“奋进号”航天飞机的外贮箱、空客 A330/340/380 等系列飞机。
在我国，由于铝锂合金熔铸工艺，板料轧制挤压技术不成熟，新型铝锂合金的开发研制相对落后，目前只在某些型号的航天器中有少量应用。
本文系统总结了铝锂合金近年来的发展状况以及国内外先进成形技术在铝锂合金中的应用现状及其发展趋势，分析了铝锂合金研制和成形技术在我国的应用现状及与国际先进水平的差距，并指出铝锂合金在我国航空航天领域的应用前景。
飞机钣金加工工艺
飞机钣⾦加⼯⼯艺飞机钣⾦加⼯⼯艺钣⾦⼯艺就是把板材、型材、管材等⽑料，利⽤材料的塑性，主要⽤冷压的⽅法成形各种零件，另外还包括下料和校修。
飞机钣⾦制造技术是航空航天制造⼯程的⼀个重要组成部分，是实现飞机结构特性的重要制造技术之⼀。
现代飞机的壳体主要是钣⾦铆接结构，统计资料表明，钣⾦零件约占飞机零件数量的50%，钣⾦⼯艺装备占全机制造⼯艺装备的65%，其制造⼯作量占全机⼯作量的20%。
鉴于飞机的结构特点和独特的⽣产⽅式决定了飞机钣⾦制造技术不同于⼀般机械制造技术。
⼀．飞机钣⾦零件的基础知识1.1 钣⾦零件分类1.1.1按飞机钣⾦零件结构特征分类飞机钣⾦零件有蒙⽪、隔狂、壁板、翼肋、导管等。
1.1.2 按飞机钣⾦零件材料品种分类飞机钣⾦零件基本上可分为型材零件、板材零件和管材零件三⼤类，每类材料零件⼜可进⼀步细分：（1）型材零件：压下陷型材、压弯型材、滚绕弯型材、拉弯型材、复杂形型材；（2）板材零件：平板零件、板弯型材零件、拉深零件、蒙⽪成形零件、整体壁板、落压零件、橡⽪成形零件、旋压零件、热成形零件、爆炸成形零件、超塑性成形零件、超塑性成形和扩散连接零件、局部成形零件。
（3）管材零件：⽆扩⼝弯曲导管、扩⼝弯曲导管、滚波卷边弯曲导管、异形弯曲导管、焊接管。
因为飞机钣⾦零件形状复杂，数量庞⼤，板材零件相对较多，现做飞机钣⾦零件分类图如图1.1所⽰。
图1.1 飞机钣⾦零件分类1.2 钣⾦零件加⼯路线成千上万的钣⾦零件，制造⽅法多种多样，但它们的加⼯路线基本相同，⼀般都要经过如图1.2⼏个环节：图1.2 钣⾦件加⼯路线下料：裁剪（剪床）、铣切（铣床）、锯切和熔切。
成形：弯曲、拉深、旋压等。
热处理：粉末喷涂、表⾯氧化等。
1.3 钣⾦零件变形的基本特点钣⾦零件的种类繁多，形式各异，成形⽅法多种多样，但最基本的变形⽅式不外乎是弯曲、翻边、拉深、局部成形（或膨胀）。
板料成形时，材料的变形区往往是以上⼏种基本变形⽅式的复杂组合。
对sls和slm成形技术的理解
对sls和slm成形技术的理解下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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• 优点:①连接性能好(焊缝具有良好的力学性 能·密封性·耐蚀性和耐高温低温等);②省 工·省料·成本低;③可减轻工件自重;④简化 工艺(以小拼大,制造重型.复杂零部件,简化铸 造.锻造.切削加工工艺.
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• 焊接不足之处
–①焊接构件不可拆卸,不便更换修理 部分零部件.
–目前在F-100和TF-39发动机上的用量已达25% 和33%。
–不断地提高钛合金的工作温度和强度，以代替 较重的镍基高温合金，增加发动机的推重比， 应是新型钛合金研究的重点。
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• 镍基高温合金：
–镍基高温合金是具有耐高温、高强韧、抗氧化、抗腐 蚀、易于成形加工的宝贵材料，故又称之为超合金， 是发动机中关键的材料。
– 压焊 对工件施加压力(加热或不加热)以完成焊接的
方法,如电阻焊等.
2.选择材料成形方法的原则
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• 构成飞机的主要的金属结构材料有铝合金、镁合 金、钛合金、结构钢、高温合金及各类复合材料 等。
• 飞机结构用材将形成“铝合金为主，钢用量明显 减少，钛合金用量显著增加，树脂基复合材料在 主承力结构上全面应用”的新格局。
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• “锻打”发展到“塑性加工成形”， 是一个从“经验”到“规律”的漫 长的认识过程。
• 面向21世纪信息时代，锻造仍将是 制造金属零件的基本方式之一。
– 据统计，全世界生产的钢材约有75％ 要经过塑性加工制成成品。
– 钢铁工业，20世纪增长了28倍；21世 纪，仍将有很大的发展。
选择毛坯的原则
• 适用性原则：在一定的服役年限内和 一定的工作条件下，为满足该零件按 设计要求正常工作所提出的有关性能 要求。
– 外部质量：零件的形状和尺寸，包括零 件的加工精度、表面粗糙度和外观缺陷 状况等
– 内部质量：材料的化学成分和金属组织 及由它们所决定的材料的物理、化学和 力学性能，以及内部缺陷状况等
被用于飞机的高温部件。 –60年代末期：大量使用树脂基复合材料， –以后：又出现了金属基及碳、硼等纤维增强的
各类复合材料。
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• 飞机设计已进入损伤容限设计时代(损伤容限系指结构 在规定的使用周期内,抵抗由缺陷或损伤而导致破坏的能力)，对 产品的高可靠性和耐久性提出了很高的要求。
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• 高温复合材料：
–高温金属基与金属化合物基复合材料具有较原 基体更高的高温强度、抗蠕变性、抗冲击、耐 热疲劳等优良的高温性能。
• 以B、C、SiC纤维增强的Ti3Al、TiAl、Ni3Al等金 属化合物基复合材料
• 以 W 丝 增 强 镍 基 、 铁 基 合 金 以 及 以 SiC 、 TiB2 、 Si3N4及BN颗粒增强的金属基复合材料
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• 金属间化合物：
– TiAl、NiAl及难熔金属硅化合物等金属间化合 物，由于晶体中金属键与共价键共存，使其有 可能同时兼有金属的韧性和陶瓷的高温性能。
–比陶瓷具有两个重要特点：金属间化合物具有 较好的热传导性，因而作为高温结构材料使用， 其冷却效率较高而热应力较小；其次，某些金 属间化合物（如TiAl，NiAl）可以采用常规的 冶金方法进行生产。
–目 前 ， 镍 基 高 温 合 金 在 发 动 机 材 料 中 所 占 比 重 约 为 40%。
–单晶高温合金是迄今在先进发动机中用作涡轮叶片最 重要的材料，承受着最苛刻的工作条件
– 20世纪70年代后，为适应发动机高温高推比的要求， 大大提高了涡轮盘的工作温度和应力，导致开发出某 些高强合金。
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•经济性原则 ：在满足产品使用要求的前提
下，以最少的人力物力投入，生产最多的产 品，或按时完成预期的某项生产任务。
–生产成本
• 材料费：包括原材料及各项辅助材料费 • 燃料及动力费：如焦炭、燃油、电费等 • 生产工人工资：包括基本工资及各项附加工资 • 车间经费：包括设备及厂房等固定资产折旧费、设备维修
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航空材料及加工成形技术 概论
• 航空航天材料的服役环境及其要求 • 毛坯选择及其成形工艺 • 轻合金材料加工成形技术的发展动向
一.航空航天材料的服役环境及 其要求
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• 近乎绝对的可靠性：
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航空发动机
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• 发动机材料的选择、研究、开发及使用应当建立 在充分认识发动机材料使用的基本环境与要求的 基础上
• 使用环境的基本特点是：高温，高载荷，高氧化 腐蚀，而要求高性能重量比、高可靠性与长寿命。
费及维持车间正常运转的各项费用 • 企业管理费：包括企业管理人员、技术人员及其他辅助人
– 服役的环境大大区别于一般机械或地面及水面 的运载工具，航空航天材料最大的特点就是在 空中运行。
–在航空航天飞行中，任何一个零部件的可靠性 都提高到非常重要的地位。
–必然要求构成零部件的材料必须具有近于绝对 的可靠性。
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• 轻量化：
–空中或空间飞行器与一般机械差异的另一个重 要特点是要千方百计减轻重量。
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• 钛合金：
–钛合金的发展是当今航空金属结构材料中最活 跃的研究领域之一，
–其比强度超过钢和铝合金，允许的工作温度高， 有优异的抗腐蚀性能，
–军用战斗机上被广泛采用，其占结构重量的比 例已由F/A-18E/F的15%增加到F-22的41%。
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铸造
铸造Foundry：是一种液态金属成形的方法， 即将金属加热到液态，使其具有流动性， 然后浇入到具有一定形状的型腔的铸型中， 液态金属在重力场或外力场（压力、离心 力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却 并凝固成具有型腔形状的铸件。
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– 优点：
• 可铸出内腔·外形很复杂的毛坯 工艺灵活性大 铸造成本低
– 缺点：
• 铸件的力学性能较低 • 铸件内部易产生缩孔·缩松·气孔等缺陷 • 铸造工序多,难以精确控制
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锻压
锻压：是锻造Forging与冲压Stamping的总称。 对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺 寸、形状，改善性能，用以制造机械零件、工 件或毛坯的成形加工方法。
• 选择材料基本性能要求：可承受的最高温度、高 温比强度与比寿命、高湿抗菌化能力、韧性、导 热性和加工性。
• 当代高推比、低油耗发动机的关键是高温结构材 料。
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发动机用的典型高温材料系列
• 高温钛合金：
–钛合金与合金钢相比具有比重小、强度高、耐 高温、抗腐蚀等优点。
–高的抗氧化能力，即高的热稳定性；
–足够的热强性，即能在更高的温度下具有抗蠕变和断 裂的能力；
–满意的塑性和韧性；
–更高的抗热疲劳性能，即对能引起热应力的热交换的 敏感性要低；
–足够高的低循环疲劳强度；
–良好的抗腐蚀能力，以保持叶片的空气动力性能；
–高的导热性和低的热膨胀系数；
–良好的焊接性能、锻造性能，对于铸件材料还应具有 优良的铸造性能、易于浇铸成形等等。
–高温服役条件要求发展陶瓷及碳基复合材料。
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• 从设计上对制造航空燃气涡轮发动机涡轮叶片用 的材料，提出的要求：
锻造Forging：在加压设备及工（模）具的作用 下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形， 以获得一定的几何形状、尺寸和质量的锻件的 加工方法。工（模）具一般作直线运动。
冲压Stamping：通过装在压力机上的模具对板 料施压，使之产生分离或变形，从而获得一定 形状、尺寸和性能的零件或毛坯
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飞机
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飞机的结构
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• 飞机制造材料的发展
–早期：木材、蒙皮、金属丝、钢索等， –20世纪30年代：金属承力蒙皮 –30~40年代：镁合金，不锈钢 –40~50年代：50年代中期才开始有钛合金，并
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• 树脂基复合材料：
–先进树脂基复合材料具有比强度高、比刚度高， 可设计性强，抗疲劳裂纹、耐腐蚀和结构尺寸 稳定性好，便于复杂结构的大面积整体成形， 易于实现结构承载和隐形功能一体化等突出优 点。
–在新一代军用战斗机、民用客机和军用直升机 上的用量比例已分别达到机身结构重量的24%、 11%和54%。