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飞机零件选材与热处理淬火工艺

发布时间: 2012-12-28 15:55:39
(1)飞机主梁 ①工作状况
  飞机主梁是机翼与机身连接的主要承力零件。机翼上的载荷通过主梁而传至机身,其主要负荷有:飞行时的空气动力(升力、阻力),机动飞行时产生的惯性力,着落时起落架的冲击力等。这些巨大的负荷使主梁承受弯曲和剪切,同时由于机翼震动产生交变应力还能引起主梁的疲劳。
②材料选择:30CrMnSiNi2A
  在30CrMnSiA钢的基础上加入1.6%的镍,由于镍的加入,增加了钢的强度和韧性,也提高了淬透性,可进行热处理淬火工艺。30CrMnSiNi2A是飞机结构中应用最广的钢材,故得名飞机钢。这种钢不含贵重金属,价格较便宜。30CrMnSiNi2A的性能大大优于30CrMnSiA钢,常用作飞机上一些负荷很大和很重要的零件,如起落架的支柱、轮叉、机翼主梁等。
③工艺流程
  模锻一正火十不完全退火一机加工一等温淬火及低温回火一精加工一低温回火一表面处理一装配。
④热处理淬火工艺
  毛坯模锻后晶粒粗大,为了细化晶粒,降低硬度,故采用正火十不完全退火(加热至Ac1以上20-50℃,保温后缓冷)。
  主梁淬火变形是热处理的关键,此零件重量大(约60kg)各部分厚薄相差悬殊,强度要求又高,因此工厂采用热处理淬火工艺为等温淬火及低温回火。
(2)航空发动机齿轮 一般齿部受压小,转速低的齿轮可用20钢(或45钢)制造;工作条件较繁重的齿轮可采用20Cr、12CrNi3A、20CrMnTi(或40Cr)等制造;尺寸大而工作条件又十分繁重的齿轮,则可用12Cr2Ni4A,18Cr2Ni4WA等高级渗碳钢来制造。 ①选用材料:12Cr2Ni4A:12Cr2Ni4A钢合金元素的含量高于5%,这种钢具有很高的强度、韧性,是航空工业上应用较广的一种渗碳钢。
  ②技术要求:齿牙一渗碳层0.7-0.9mm,渗碳淬火后硬度≥60HRC;心部一31-41HRC;变形一齿间对基准面的跳动量不大于0.06mm。
  ③工艺流程:模锻一正火十高温回火一机加工一渗碳、淬火及低温回火一精加工一表面处理-检验装配。
  ④热处理淬火工艺
12Cr2Ni4A淬透性极好,以至在空气中也能获得马氏体组织,使钢具有很高的强性与韧性。为了更好地改善切削加工性,均匀组织,消除内应力,航修工厂对12Cr2Ni4A钢的预备热处理淬火工艺采用正火(860℃空冷)+高温回火( 600℃)进行软化,使硬度=207-321HBS。渗碳( 930℃)、淬火(810℃)及低温回火(150℃),保证齿面硬度≥60HRC,心部31-41HRC。 (3)压气机叶片 飞机发动机的叶片分为导向叶片、涡轮叶片和压气机叶片等,根据它们所处的位置,最大工作温度的不同,选材和热处埋淬火工艺不同。 压气机部件中以转子叶片受力最大、最复杂,它承受本身高速转动产生的离心力,因此要求它具有高的比强度。它还承受空气动力所产生的扭力、弯曲力和脉动疲劳应力,此外,还要有高的抗应力疲劳和热疲劳能力,良好的抗氧化性和抗大气腐蚀和应力腐蚀的能力。 ①1Cr11Ni2W2MoV钢制压气机叶片
性能要求:σb≥1079MPa,σ0.02≥883MPa。
热处理淬火工艺:淬火加热至(1000±10)℃,保温45-60min,空冷。回火加热至540-600℃,保温3.6~4.5h。
②TC4钛合金压气机时片
性能要求:室温力学性能为σb≥902MPa,δ≥1 0%,Ψ≥30%,ak≥30J/cm2,持久强度的试验温度为400℃,应力为568MPa时的持续时间≥100h。
热处理淬火工艺:退火(800±10)℃保温时间1-1.5h,(最大截面厚度≤25mm者保温1h,最大截面厚度为26-50mm者保温1.25h),空冷。机加工后进行去应力处理加热到(650±10)℃,保温1h,空冷。
本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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