飞机材料—航空材料力学基础-4课件.ppt

1、飞机材料 航空材料力学基础n课件制作人谢伟杰n2013.010飞机结构修理基础系列之二飞机结构修理基础系列之二8、硬度8.1 硬度：指材料抵抗其它压入物压入其表面的能力。18.2 测量硬度的几种方法n布氏硬度：（HB）用一定直径的钢球或硬质合金球，在一定试验压力作用下，压入构件表面，用构件表面产生的压痕的直径作为硬度值的度量。2 洛氏硬度（HR）用钻石圆锥头，在一定试验压力作用下，压入构件表面，用构件表面产生的压痕的深度作为硬度值的度量。3布氏硬度与洛氏硬度的区别：压头不同；测量范围不同，HR可以测量硬度值很高的材料；测量的参数不同（直径、深度）；HR测量时产生的压痕很小，对构件产生的损伤较小

2、。4洛氏硬度测量时的注意事项：n表面光洁、平滑；n压轴线与待测表面垂直；n表面的包铝、油漆层等覆盖层必须清除干净。5 另外，还有巴氏硬度，用于测量软铝合金、铜、黄铜等较软的材料的硬度值。巴氏硬度不能用于测量钢件等硬材料。68.3 硬度与强度的关系n强度大、硬度一般高；n但二者不成比例关系。实际维修中，硬度测试和电导率测量一起用于检验材料的热处理状态。7九、韧性断裂力学9.1 ：指材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力。：指材料抵抗裂纹扩展的能力。89.2 三种断裂类型n型 张开型n型 滑开型n型 撕开型9 其中以型 张开型最为普遍，因此以型为例，进行讨论。10Fig 8 张开型断裂9.3 应力强

3、度因子KIn应力强度因子是反映裂纹端部区域应力场强度的系数。119.4 断裂韧度KICn当裂纹发生失稳扩散时的应力强度因子值叫材料的断裂韧度n断裂韧度KIC的意义：断裂韧度KIC是表征材料抗断裂性能的常。当应力强度因子KI达到材料断裂韧度KIC时裂纹就会发生失稳扩散而断裂。129.5 脆性断裂的判据n KIKIC；裂纹不会发生失稳扩散，不会发生脆性断裂；n KIKIC；裂纹发生失稳扩散，导致材料发生脆性断裂。139.6 断裂韧性与疲劳强度的关系 断裂韧性大的材料裂纹不容易扩展，不容易产生疲劳断裂，因而材料疲劳强度高。1410 应力腐蚀10.1 材料在腐蚀介质和静载荷的联合作用下，产生的失效现象

4、叫作应力腐蚀破坏。应力腐蚀简写为SCC（Stress Corrosion Crack）1510.2 应力腐蚀的特征na 拉应力是产生SCC的必要条件；nb 合金比较容易产生SCC，纯金属一般不会产生；nc 仅在一定的合金与介质中才会产生SCC；例如：铝合金在Cl-介质中，不锈钢在Cl-介质中16NOTE：Cl-介质很容易使一些合金产生SCC。nSCC的产生也有裂纹产生、裂纹扩展和脆性断裂阶段。17n10.3 力学指标 应力腐蚀的断裂韧性：KISCC1810.4 防止应力腐蚀破坏的措施na 合理选材；例如7075T7铝合金比7075T6铝合金强度小10%左右，但是抗应力腐蚀能力明显提高，因此飞机

5、结构中一些比较容易产生应力腐蚀的区域（飞机龙骨梁就采用7075T7铝合金，而不是采用强度较高的7075T6铝合金。19b 减少残余拉应力；n可以通过喷丸、退火热处理等减少残余拉应力。c 改善环境，减少环境中容易导致应力腐蚀的介质，如Cl-；d 电化学保护。2011 腐蚀疲劳11.1 材料在腐蚀介质和交变载荷的联合作用下，产生的失效现象叫作腐蚀疲劳破坏。11.2 力学指标：腐蚀疲劳强度 腐蚀疲劳强度 疲劳强度2111.3 防止腐蚀疲劳的措施na 合理选材，选取不容易产生腐蚀疲劳的材料；n b喷丸、氮化；n c 阴极镀层，如镀锌、镉；n d 漆层、包铝。2212 蠕变12.1 材料在恒定载荷作用下

6、，随时间的延长，缓慢地发生塑性变形的现象叫蠕变。2312.2 蠕变的特征n蠕变的应变（塑性变形）与时间有关；n一般的塑性变形与应力水平有关，而与时间无关。n在高温长期服役的构件容易产生蠕变。2412.3 力学指标 n 蠕变极限n 持久强度 2512.4 蠕变的发展过程 26应变时间taObcd阶段阶段阶段应力=常数温度=常数Fig 9 金属材料的蠕变发展过程蠕变可以分为以下三个过程：n阶段：（ab）减速蠕变阶段，随时间延长，蠕变速率下降；n阶段：（bc）恒速蠕变阶段，随时间延长，蠕变速率基本不变；n阶段：（cd）加速蠕变阶段，随时间延长，蠕变速率上升，最后断裂。2712.5 影响蠕变的因素n温

7、度，高温下比较容易蠕变；n应力水平；n材料的本质，如材料的合金化、晶体结构、晶粒度等。2813 氢脆n13.1 材料在氢和应力的联合作用下，产生脆性断裂的现象叫氢脆。2913.2 氢的来源n冶炼过程中，杂质分解出来的氢溶入材料中；n焊接过程中，焊条的有机物或水分分解产生的氢；n电镀过程时，电极反应产生的氢；n酸洗过程产生的氢；n腐蚀的阴极过程（析氢过程）产生的氢。3013.3 强度高的材料，通常氢脆敏感性强。n对于高强度钢，特别是超高强度钢（大于220KSI），要注意氢脆问题。n焊接、电镀、酸洗，使用酸性褪漆剂褪漆时，可能使材料氢脆敏感性增加，因此上述过程进行后可能需要除氢。3114 镉脆14

8、.1 由于镉原子渗入材料内部，使材料在较低的应力水平下断裂的现象叫镉脆。n镉脆一般在高温下容易发生。n高合金钢对镉脆比较敏感。3214.2 镉原子来源n构件本身含镉，如镉镀层；n构件周围的构件含镉。3314.3 镉脆机理n高温下，镉易蒸发成原子态的镉，原子态的镉吸附在某些敏感材料（如高合金钢）上，渗入材料内部，降低材料原子间的结合力，使材料强度大大降低，材料的脆性大大增加，并在较低的应力水平下发生断裂。nNOTE：飞机结构中不该镀镉的不能镀镉，特别是在发动机内部。3415 材料的可塑性与延展性n材料的延展性指：材料可以用锤敲、辊压或压延等工艺加工成型，而不产生裂纹、破损和其它缺陷的能力。n材料

9、的可塑性指：材料可以用拉拔、弯曲、扭曲等工艺加工成型，而不产生裂纹、破损和其它缺陷的能力。35n二者的区别在于反映材料在不同加工工艺下的可加工性。n二者的共同点：都反映了材料在塑性变形中不产生破损的能力；也都反映了材料的可加工性。36n结构维修的第一要点是强度。n强度与那些因素有关系？n结构维修中怎么保证强度？37n强度与那些因素有关系？n面积？38n强度与那些因素有关系？1.横截面面积39n强度与那些因素有关系？n长度？40n强度与那些因素有关系？2.材料性能。41强度与那些因素有关系？3.疲劳载荷4.腐蚀环境5.形状（应力集中）6.42n结构维修中怎么保证结构强度？n其实，结构维修中的重要参数可能都和结构强度有关。43n结构维修中怎么保证结构强度？n补片厚度n补片大小？44n结构维修中怎么保证结构强度？n补片大小？-紧固件个数-连接强度45n结构维修中怎么保证结构强度？n边距、间距、紧固件直径、材料4647待 续 谢谢大家