最近在各個(gè)影院上映的《中國機(jī)長》（The Captain）大熱?！吨袊鴻C(jī)長》是由劉偉強(qiáng)執(zhí)導(dǎo)，于勇敢編劇，李錦文監(jiān)制，張涵予、歐豪、杜江、袁泉、張?zhí)鞇?、李沁領(lǐng)銜主演，張雅玫、楊祺如、高戈聯(lián)合主演的劇情片。 這片電影由2018年5月14日四川航空3U8633航班機(jī)組成功處置特情真實(shí)事件改編，該片講述了“中國民航英雄機(jī)組”成員與119名乘客遭遇極端險(xiǎn)情，在萬米高空直面強(qiáng)風(fēng)、低溫、座艙釋壓的多重考驗(yàn)。 

     電影中的各種場面特效情節(jié)是一部電影的標(biāo)配，可大家知道飛機(jī)與特殊鋼的關(guān)系嗎？上海墨鉅將為大家解釋各種特殊鋼材在飛機(jī)上的作用。

     所謂大型飛機(jī)，是指起飛總重量在100噸以上的運(yùn)輸飛機(jī)，包括軍用和民用大型運(yùn)輸飛機(jī)，包括150多架干線客機(jī)。它是民用航空中使用最廣泛的主要飛機(jī)。

2007年3月，國家正式成立國產(chǎn)大型飛機(jī)項(xiàng)目，總投資約2000億元。中國大型飛機(jī)的許多部件也將受邀參與國內(nèi)外的競標(biāo)，國內(nèi)部件將作為國家戰(zhàn)略的一部分得到優(yōu)先考慮。這將帶動(dòng)我國一些相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，包括新材料行業(yè)，不銹鋼被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)上，與傳統(tǒng)不銹鋼有許多不同之處，它必須具有高強(qiáng)度、抗疲勞等特殊性能。介紹了高強(qiáng)度不銹鋼在大型飛機(jī)上的應(yīng)用與發(fā)展。

高強(qiáng)度不銹鋼

航空科學(xué)技術(shù)的發(fā)展一次又一次地證明，飛機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高在很大程度上取決于材料性能的提高。雖然鋼材在飛機(jī)制造中的比例在下降，但由于鋼材的高強(qiáng)度、高韌性、高應(yīng)力腐蝕開裂和良好的抗沖擊性，飛機(jī)起落架、梁、高應(yīng)力接頭、高應(yīng)力緊固件等關(guān)鍵軸承結(jié)構(gòu)構(gòu)件仍在使用高強(qiáng)鋼材。飛機(jī)長壽命、高可靠性的方向發(fā)展,越來越多的要求材料耐腐蝕、高強(qiáng)度不銹鋼一些重要組件已成為發(fā)展的主要趨勢,這使得高強(qiáng)度不銹鋼空氣產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高性能、長壽命和高可靠性的重要物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。

通常抗拉強(qiáng)度高于800MPa，屈服強(qiáng)度高于500MPa的不銹鋼稱為高強(qiáng)度不銹鋼，屈服強(qiáng)度高于1380MPa的不銹鋼稱為超高強(qiáng)度不銹鋼。自1958年以來,鋼鐵研究所等研究機(jī)構(gòu)和其他特殊鋼廠研究了沉淀硬化不銹鋼、馬氏體時(shí)效不銹鋼的研究開始于80年代和1960年代開始研究鐵素體不銹鋼的局限性,和超級(jí)馬氏體時(shí)效不銹鋼領(lǐng)域的研究近年來,并開發(fā)了一系列鋼材牌號(hào)，基本滿足了我國國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)的需要。

沉淀硬化不銹鋼

1.1半奧氏體析出硬化不銹鋼

這種鋼的特點(diǎn)是可以在奧氏體狀態(tài)下加工、冷變形和焊接，然后通過調(diào)整和時(shí)效處理來控制馬氏體的轉(zhuǎn)變和析出硬化，從而獲得不同的強(qiáng)度和韌性匹配。良好的耐腐蝕性，特別是抗應(yīng)力腐蝕。因此，特別適用于制造不同要求的耐腐蝕軸承結(jié)構(gòu)。在540℃，特別是在480℃以下，具有良好的熱性能。其主要缺點(diǎn)是鋼的化學(xué)成分范圍非常嚴(yán)格，熱處理工藝復(fù)雜，熱處理溫度控制非常精確(±5℃)。鋼具有較強(qiáng)的加工硬化傾向，深變形冷加工往往需要多次中間退火。

這類鋼的典型例子有:0Cr17Ni7Al (17-7ph)、0Cr15Ni7Mo2Al (ph15-7mo)、0Cr12Mn5Ni4Mo3Al等。該類鋼主要用于航空工業(yè)400℃以下的腐蝕承載結(jié)構(gòu)，如各種管道、管道接頭、彈簧、緊固件等。產(chǎn)品有板、管、帶、絲、棒、鑄、鍛等。

1.2馬氏體析出硬化不銹鋼

鋼的強(qiáng)度是通過馬氏體相變和沉淀硬化處理來實(shí)現(xiàn)的，具有強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于低碳、高鉻、高鉬和/或高銅，其耐腐蝕性一般不低于18cr-8ni奧氏體不銹鋼。易切割，易焊接，焊接一般不需要局部退火，熱處理工藝相對(duì)簡單。主要缺點(diǎn)是即使在退火過程中，組織仍是低碳馬氏體，難以進(jìn)行深變形冷加工。該類鋼的代表鋼為0Cr17Ni4Cu4Nb (17-4ph)和0Cr13Ni8Mo2Al (ph13-8mo)，用于制造400℃下工作的高強(qiáng)度耐腐蝕軸承部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)軸承零件、緊固件等。后者廣泛應(yīng)用于航空耐腐蝕中溫結(jié)構(gòu)。

1.3奧氏體析出硬化不銹鋼

這種鋼實(shí)際上屬于鐵鎳基高溫合金，在600 ~ 700℃范圍內(nèi)，高強(qiáng)度不銹鋼的高溫強(qiáng)度最高，650℃的屈服強(qiáng)度與室溫相似。超低溫韌性很好，基本沒有低溫脆性;大截面零件的力學(xué)性能是均勻的。具有良好的冷變形和耐腐蝕性。主要缺點(diǎn)是室溫和中溫強(qiáng)度低，焊接性差。代表0Crl5Ni25Ti2Mo1VA1鋼，用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪、葉片、機(jī)身、緊固件、高強(qiáng)度彈簧等。

2. 時(shí)效不銹鋼

2.1馬氏體時(shí)效不銹鋼

馬氏體時(shí)效不銹鋼是60年代中期發(fā)展起來的一種新型高強(qiáng)度不銹鋼。這種鋼不僅具有高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度，而且克服了馬氏體析出硬化不銹鋼低溫韌性差和在350 ~ 400℃長期使用脆性傾向大的缺點(diǎn)。固溶態(tài)為超低碳馬氏體結(jié)構(gòu)，加工硬化指數(shù)低，易冷處理。固溶態(tài)焊接性能好;熱處理簡單，工件尺寸穩(wěn)定;與其它高強(qiáng)度不銹鋼相比，在相同強(qiáng)度下，其塑性和韌性均較好。由于碳含量低，在鉻含量相同的情況下，馬氏體析出硬化不銹鋼的耐蝕性優(yōu)于馬氏體析出硬化不銹鋼。其主要缺點(diǎn)是由于含碳量低，耐磨性差。表面處理需要提高耐磨性和疲勞強(qiáng)度。馬氏體時(shí)效不銹鋼的研究已成為高強(qiáng)度不銹鋼研究的重點(diǎn)之一。

(1) 00Cr16Ni5Al (700 ~ 1100MPa)，鋼中含有一定的鐵氧體，對(duì)鍛造有一定的要求;具有良好的強(qiáng)度和韌性，良好的拉深和彎曲性能，相當(dāng)于Crl8Ni8不銹鋼;焊接性能好，焊接前無預(yù)熱，焊接后無熱處理，焊接效率達(dá)90%以上。

(2) 00Crl5Ni6Nb (1000 ~ 1200MPa)，該鋼具有良好的塑性、韌性和耐腐蝕性，拉深性能好，切削性能優(yōu)異，可在軟化、固溶、時(shí)效、不粘刀狀態(tài)下切割。特別是焊接性能優(yōu)異，可與相同成分的賤金屬絲焊接，焊接效率高，接頭強(qiáng)度與賤金屬基本相同。在航空工業(yè)中可替代大量1cr8ni9不銹鋼，且強(qiáng)度高。

(3) 00Cr11Nil0Mo2Al (1200~1300MPa)、00cr11ni10mo2ti0.6al (1300~1500MPa)、00Cr11Ni10Mo2Ti(1600~1700MPa)等。Mo、A1、Ti是該系列鋼的主要增韌強(qiáng)化元素。該類鋼在固溶態(tài)下具有良好的冷態(tài)加工性能，可用于較為復(fù)雜的沖壓加工。具有良好的耐腐蝕性，高沖擊韌性和斷裂韌性，可用于各種形式的不銹鋼焊接。可用于制造彈簧、緊固件、軸承結(jié)構(gòu)及其它航空工業(yè)部件。

(4) 00Cr12Co12Ni4Mo4Ti (1200 ~ 1600MPa)， Co與Mo的復(fù)合強(qiáng)化使強(qiáng)化效果更加明顯，因?yàn)镃o可以降低Mo在基體中的溶解度，提高鋼的彈性模量。耐腐蝕性最好的是420℃時(shí)效處理;良好的熱加工性能，固溶態(tài)易冷加工;焊接前無需預(yù)熱。焊接后，如果需要較高的強(qiáng)度和韌性，可以進(jìn)行固溶和時(shí)效處理。該鋼具有良好的強(qiáng)度和韌性，高疲勞強(qiáng)度和彈性模量，用于制造需要高耐腐蝕性和彈性衰減的部件。

(5) 00Cr12Ni8Cu2AlNb (1500 ~ 1700MPa)，該鋼強(qiáng)度高，但具有足夠的韌性，良好的應(yīng)力和耐腐蝕性;最高使用溫度450℃，瞬時(shí)使用溫度800℃;在特定熱處理?xiàng)l件下，疲勞性能接近Custom455。鋼的冷加工硬化傾向小，一般不需要中間軟化處理。焊接方便，工藝簡單，大斷面焊接強(qiáng)度系數(shù)可達(dá)85%。主要用于制造耐腐蝕軸承零件、高性能軸、齒輪、彈簧等。

(6) 00cr12ni11mo1ti1.65 (Cust0m465, 1300 ~ 1800MPa)，該鋼為木工專利鋼，其強(qiáng)度在時(shí)效峰值(H900)下可達(dá)1820MPa，仍具有優(yōu)異的缺口強(qiáng)度和斷裂韌性。在長期的熱暴露條件下，仍具有與isi304鋼相似的高強(qiáng)度和耐腐蝕性。熱處理引起的尺寸變化較小，可以在固溶狀態(tài)和不同的加工狀態(tài)下進(jìn)行冷加工。

(7) 00cr11ni8co8.5mo5ai1 (Custom475, 1600~2100MPa)，也是木工專利鋼，可達(dá)到最高強(qiáng)度等級(jí)。峰值時(shí)效強(qiáng)度(524℃時(shí)效)可達(dá)2030MPa。時(shí)效前未進(jìn)行應(yīng)變強(qiáng)化，時(shí)效后可達(dá)到1960MPa，而退火的屈服強(qiáng)度僅為1000MPa左右。加工硬化率低，冷加工可順利進(jìn)行，切削特性與其它高鎳馬氏體時(shí)效鋼相似。良好的耐大氣腐蝕性能。

除了鋼種,還開發(fā)了一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的元素(13.0% ~ 16.5%),鉻、鎳(4.0% ~ 7.5%),公司(9.5% ~ 15.0%),莫(5.0% ~ 7.5%),和適量的Ti的超低碳Cr - Ni - Co - Mo - Ti高清潔度,精密組織馬氏體時(shí)效不銹鋼、超過1900 mpa的抗拉強(qiáng)度,延伸率在10%以上,具有良好的韌性,是制造耐腐蝕軸承部件的好材料。

2.2鐵素體時(shí)效不銹鋼

析出硬化不銹鋼和馬氏體時(shí)效不銹鋼雖然強(qiáng)度很高，韌性強(qiáng)，配合性好，但由于鉻含量低，鎳含量也有限，所以很難在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中使用。00老化cr26ni6mo4cu1ti鐵素體不銹鋼已經(jīng)開發(fā)出來,大約1100 mpa的抗拉強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度880 mpa),鋼鐵包含足夠高鉻、鉬、銅和鎳,使鋼海洋氣候耐腐蝕能力大大增加,耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕優(yōu)于AISI316大大和屈服強(qiáng)度是AISI3l6 2 ~ 3次,成為海水中應(yīng)用最廣泛的高強(qiáng)度不銹鋼之一。

高強(qiáng)度不銹鋼在飛機(jī)上的應(yīng)用：上面提到的一些不銹鋼類型已經(jīng)在飛機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，一些不銹鋼的應(yīng)用正在逐步擴(kuò)大。這里是一個(gè)簡短的介紹。

1. 應(yīng)用于飛機(jī)起降裝置

用于制造飛機(jī)起落架的結(jié)構(gòu)材料有30CrMnSiNi2A、4340、300M、Aermet100等。用于飛機(jī)起落架的海洋性氣候,使用更多的沉淀硬化不銹鋼緊固件制造、ph值等用于以F - 15飛機(jī)起落架,修改后的今天ph值對(duì)B - 767飛機(jī)起落架,PH13-8莫由于應(yīng)力腐蝕電阻比鋼具有良好的沉淀硬化不銹鋼水平預(yù)計(jì)將取代ph值,15-17-4 5酸堿和17-7 PH15-7 mo鋼級(jí)等。

20世紀(jì)80年代以來，美國對(duì)HSL180、Custom465鋼等馬氏體時(shí)效和沉淀硬化不銹鋼的強(qiáng)度和韌性進(jìn)行了深入研究。HSL180強(qiáng)度超過1600MPa，其中HSL180經(jīng)淬火和低溫處理后的耐腐蝕性與15-5ph相近，經(jīng)回火處理后的二次硬化強(qiáng)度在1800MPa以上。美國卡朋特公司開發(fā)的Custom465 (00crl2nil1molti0.6)具有比其他高強(qiáng)度不銹鋼(如NCustom455或phi3-8mo)在H1000過時(shí)效狀態(tài)下更高的強(qiáng)度、韌性和抗應(yīng)力腐蝕能力，但大尺寸型鋼的力學(xué)性能尚未見報(bào)道。目前正在研究接近2000MPa的高強(qiáng)度不銹鋼。

2. 航空軸承應(yīng)用

德國FAG公司研制了含氮馬氏體不銹鋼Cronidur30 (0.31% c-0.38% n-15% cr-l %Mo)。它是一種比SUS440更耐腐蝕的材料，是高壓氮?dú)鈿夥障码娫厝跴ESR工藝生產(chǎn)的高氮全硬化高溫不銹鋼。但由于完全硬化，不適合高DN值(D:軸承內(nèi)徑/mm, N:軸向轉(zhuǎn)數(shù)/arin)。而相同的Cronidur30經(jīng)高頻淬火后，dn400萬值可以同時(shí)滿足殘余壓縮應(yīng)力和斷裂韌性值。但是，低于15O℃的回火溫度無法承受發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后熱沖擊引起的軸承溫度升高。

3、在飛機(jī)軸承結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

飛機(jī)軸承結(jié)構(gòu)中的高強(qiáng)度不銹鋼主要有15-5ph、17-4ph、ph13-8mo等，用于軍用飛機(jī)上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的30CrMnSiA高強(qiáng)度合金鋼。它的部件包括艙口蓋鎖扣、高強(qiáng)度螺栓、彈簧等零件。民用飛機(jī)將在機(jī)翼梁上使用這種高強(qiáng)度不銹鋼，如波音737-600機(jī)翼梁用15-5ph鋼;a340-300翼梁由ph13-8mo鋼制成。

Ph13-8mo用于需要高強(qiáng)度和高韌性的領(lǐng)域，特別是橫向性能，如機(jī)身框架。為了提高產(chǎn)品的韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能，最近進(jìn)行了大量的試驗(yàn)。Custom465是由木工公司在Custom450和Custom455的基礎(chǔ)上開發(fā)的，用于制造飛機(jī)襟翼導(dǎo)軌、槽導(dǎo)軌、傳動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)支架等。該鋼目前包括在mmpds-02、AMS5936和ASTMA564技術(shù)規(guī)范中。飛機(jī)結(jié)構(gòu)采用HSL180高強(qiáng)度不銹鋼(0.21 c-12.5 cr-1.0 ni-15.5 co-2.0 Mo)。該鋼的強(qiáng)度為1800MPa，與4340等其他低合金鋼相當(dāng)，與SUS630等其它沉淀硬化不銹鋼具有相同的耐腐蝕性和韌性。

4. 在飛機(jī)零件上的應(yīng)用

對(duì)于一些加工變形量大的零件，如飛機(jī)襟翼糾偏罩，傳統(tǒng)上一般使用1Crl8Ni9Ti不銹鋼，但合金強(qiáng)度過低，在使用中，鉚釘孔往往出現(xiàn)不好的現(xiàn)象。鑒于上述情況,在新模型的設(shè)計(jì),機(jī)艙鎖鉤,牙墊、發(fā)動(dòng)機(jī)繁榮螺栓,液壓系統(tǒng)管肘關(guān)節(jié)(鍛造)flasherless管接頭,皮瓣整流器封面和零部件在中國使用的其他部分的研究和開發(fā)semi-austenitic沉淀硬化型不銹鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不銹鋼材料。另外，對(duì)于一些高強(qiáng)螺栓，一般都是由高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼加工而成，表面鍍鉻保護(hù)。然而，在新型號(hào)的設(shè)計(jì)中，這些部件是用0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不銹鋼制造的。

大型飛機(jī)用高強(qiáng)度不銹鋼

我國的高強(qiáng)度不銹鋼在鋼材類型、強(qiáng)度水平、生產(chǎn)工藝、品種規(guī)格等方面都取得了長足的進(jìn)步，發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊;但要使我國高強(qiáng)度不銹鋼系列在大型飛機(jī)上得到良好的應(yīng)用，還存在一些問題需要解決。

1. 我國高強(qiáng)度不銹鋼發(fā)展中存在的問題

1.1不銹鋼基本理論與生產(chǎn)工藝研究

鋼的強(qiáng)度性能有其客觀的強(qiáng)度極限，不能無限地提高。例如，鋼的抗延遲損傷能力受到1500MPa強(qiáng)度的限制。當(dāng)強(qiáng)度超過此值時(shí)，由于夾雜物和鋼中的晶界缺陷，會(huì)使性能惡化。因此，將合金化特別是微合金化與高純度、高均勻度精煉、鑄造技術(shù)、超細(xì)結(jié)構(gòu)控制技術(shù)和高精度軋制技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)具有良好強(qiáng)度和韌性、耐腐蝕性和工藝性的新材料是未來高強(qiáng)度不銹鋼的主要發(fā)展方向。耐惡劣介質(zhì)腐蝕的高強(qiáng)度不銹鋼、高韌性超高強(qiáng)度不銹鋼、高耐磨性和抗疲勞性馬氏體時(shí)效不銹鋼、超低溫、無磁性超高強(qiáng)度不銹鋼、鐵氧體時(shí)效不銹鋼等新材料是未來研究和開發(fā)的重點(diǎn)。對(duì)其增韌、耐腐蝕、耐磨性機(jī)理的研究將為新材料的研究和開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

1.2不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)、組織管理

雖然我國是一個(gè)大型鋼鐵生產(chǎn)國，也是一個(gè)大型不銹鋼生產(chǎn)國，但受生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量管理水平等因素的制約，我國的高級(jí)特殊鋼產(chǎn)量，特別是質(zhì)量還不能完全滿足國內(nèi)市場的需求;作為一種特殊的高強(qiáng)度不銹鋼，其性能不穩(wěn)定，品種和規(guī)格不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的需要;能生產(chǎn)具有廣闊應(yīng)用前景的超級(jí)不銹鋼的廠家不多。生產(chǎn)的高強(qiáng)度不銹鋼的實(shí)際質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家進(jìn)口產(chǎn)品的質(zhì)量仍有很大差別。

2. 促進(jìn)我國高強(qiáng)度不銹鋼發(fā)展的措施

2.1加強(qiáng)生產(chǎn)、教育、科研相結(jié)合，提高高強(qiáng)度不銹鋼制品的物理質(zhì)量

國外不銹鋼產(chǎn)品和國內(nèi)相應(yīng)產(chǎn)品比較,不僅清潔,組織均勻、性能穩(wěn)定等方面相對(duì)較好,即使在均勻度、平滑度等外觀和外觀質(zhì)量也有一定的優(yōu)勢。這說明國內(nèi)高強(qiáng)度不銹鋼產(chǎn)品在精礦、冶煉、冷加工、熱處理等方面有待改進(jìn)。這就需要結(jié)合生產(chǎn)三個(gè)方面的力量,教育和研究,積極合作,精益求精,中國的整體生產(chǎn)和制造技術(shù)高強(qiáng)度不銹鋼將全面改善和提高,盡快使國內(nèi)不銹鋼產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平。

2.2加快品種工程和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

鋼材標(biāo)準(zhǔn)化可以促進(jìn)鋼材質(zhì)量和供應(yīng)量的穩(wěn)定。我國自20世紀(jì)50年代以來，仿造和自主開發(fā)的不銹鋼約有100多種，其中有些已被列入標(biāo)準(zhǔn)，包括18種高強(qiáng)度不銹鋼。但仍有大量的非標(biāo)準(zhǔn)鋼材在當(dāng)?shù)厥褂?，同樣在一些?biāo)準(zhǔn)鋼材生產(chǎn)中也非常小。這就需要大量的品種引進(jìn)和標(biāo)準(zhǔn)化工作。

2.3高強(qiáng)度不銹鋼的可靠性研究

與其他應(yīng)用不同的是，大型飛機(jī)使用的鋼材不僅需要一定的強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性，還需要對(duì)材料的安全性和可靠性進(jìn)行深入研究，以保證飛行安全，降低維修成本。

在這方面，歐美國家對(duì)相關(guān)的飛機(jī)鋼材材料進(jìn)行了大量的爐體和批量性能測試和統(tǒng)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上制定了材料的適航標(biāo)準(zhǔn);在正常性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)關(guān)鍵零部件(主要是特殊鋼和鋁合金)材料進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)和s-n曲線試驗(yàn)，為材料和整機(jī)的技術(shù)鑒定創(chuàng)造了條件。在這方面，我國需要長期、大量的詳細(xì)數(shù)據(jù)積累，為大型飛機(jī)的選型提供切實(shí)可行的數(shù)據(jù)依據(jù)。