最近在各個影院上映的《中國機長》（The Captain）大熱,。《中國機長》是由劉偉強執(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航班機組成功處置特情真實事件改編,，該片講述了“中國民航英雄機組”成員與119名乘客遭遇極端險情，在萬米高空直面強風(fēng),、低溫,、座艙釋壓的多重考驗。 

     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上的作用。

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

2007年3月，國家正式成立國產(chǎn)大型飛機項目，總投資約2000億元,。中國大型飛機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)用于飛機上，與傳統(tǒng)不銹鋼有許多不同之處,，它必須具有高強度,、抗疲勞等特殊性能。介紹了高強度不銹鋼在大型飛機上的應(yīng)用與發(fā)展,。

高強度不銹鋼

航空科學(xué)技術(shù)的發(fā)展一次又一次地證明,，飛機和飛機發(fā)動機性能的提高在很大程度上取決于材料性能的提高。雖然鋼材在飛機制造中的比例在下降,，但由于鋼材的高強度,、高韌性、高應(yīng)力腐蝕開裂和良好的抗沖擊性,，飛機起落架,、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)件仍在使用高強鋼材,。飛機長壽命、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,這使得高強度不銹鋼空氣產(chǎn)品實現(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?？估瓘姸雀哂?00MPa,，屈服強度高于500MPa的不銹鋼稱為高強度不銹鋼，屈服強度高于1380MPa的不銹鋼稱為超高強度不銹鋼,。自1958年以來,鋼鐵研究所等研究機構(gòu)和其他特殊鋼廠研究了沉淀硬化不銹鋼,、馬氏體時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,和超級馬氏體時效不銹鋼領(lǐng)域的研究近年來,并開發(fā)了一系列鋼材牌號，基本滿足了我國國防建設(shè)和國民經(jīng)濟的需要,。

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

鋼的強度是通過馬氏體相變和沉淀硬化處理來實現(xiàn)的,，具有強度高的優(yōu)點。同時,，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，熱處理工藝相對簡單,。主要缺點是即使在退火過程中,，組織仍是低碳馬氏體，難以進行深變形冷加工,。該類鋼的代表鋼為0Cr17Ni4Cu4Nb (17-4ph)和0Cr13Ni8Mo2Al (ph13-8mo),，用于制造400℃下工作的高強度耐腐蝕軸承部件,，如發(fā)動機軸承零件、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

這種鋼實際上屬于鐵鎳基高溫合金，在600 ~ 700℃范圍內(nèi),，高強度不銹鋼的高溫強度最高,，650℃的屈服強度與室溫相似。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。主要缺點是室溫和中溫強度低,，焊接性差,。代表0Crl5Ni25Ti2Mo1VA1鋼，用于制造噴氣發(fā)動機渦輪,、葉片,、機身、緊固件,、高強度彈簧等,。

2. 時效不銹鋼

2.1馬氏體時效不銹鋼

馬氏體時效不銹鋼是60年代中期發(fā)展起來的一種新型高強度不銹鋼。這種鋼不僅具有高強度和超高強度,，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,。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;與其它高強度不銹鋼相比,，在相同強度下,，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度。馬氏體時效不銹鋼的研究已成為高強度不銹鋼研究的重點之一,。

(1) 00Cr16Ni5Al (700 ~ 1100MPa),，鋼中含有一定的鐵氧體，對鍛造有一定的要求;具有良好的強度和韌性,，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,?？捎糜谥圃鞆椈伞⒕o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)合強化使強化效果更加明顯,，因為Co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，如果需要較高的強度和韌性,，可以進行固溶和時效處理,。該鋼具有良好的強度和韌性，高疲勞強度和彈性模量,，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℃，瞬時使用溫度800℃;在特定熱處理條件下,，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,，其強度在時效峰值(H900)下可達(dá)1820MPa,，仍具有優(yōu)異的缺口強度和斷裂韌性。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)下進行冷加工,。

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

除了鋼種,還開發(fā)了一個具有自主知識產(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,精密組織馬氏體時效不銹鋼,、超過1900 mpa的抗拉強度,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鐵素體時效不銹鋼

析出硬化不銹鋼和馬氏體時效不銹鋼雖然強度很高，韌性強,，配合性好,，但由于鉻含量低，鎳含量也有限,，所以很難在強腐蝕性介質(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的抗拉強度(屈服強度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,耐點蝕和縫隙腐蝕優(yōu)于AISI316大大和屈服強度是AISI3l6 2 ~ 3次,成為海水中應(yīng)用最廣泛的高強度不銹鋼之一,。

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

1. 應(yīng)用于飛機起降裝置

用于制造飛機起落架的結(jié)構(gòu)材料有30CrMnSiNi2A、4340,、300M,、Aermet100等。用于飛機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飛機起落架,修改后的今天ph值對B - 767飛機起落架,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)計將取代ph值,15-17-4 5酸堿和17-7 PH15-7 mo鋼級等,。

20世紀(jì)80年代以來，美國對HSL180,、Custom465鋼等馬氏體時效和沉淀硬化不銹鋼的強度和韌性進行了深入研究,。HSL180強度超過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)具有比其他高強度不銹鋼(如NCustom455或phi3-8mo)在H1000過時效狀態(tài)下更高的強度、韌性和抗應(yīng)力腐蝕能力,，但大尺寸型鋼的力學(xué)性能尚未見報道,。目前正在研究接近2000MPa的高強度不銹鋼。

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,，是高壓氮氣氣氛下電渣重熔PESR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)動機停機后熱沖擊引起的軸承溫度升高,。

3,、在飛機軸承結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

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

Ph13-8mo用于需要高強度和高韌性的領(lǐng)域,，特別是橫向性能，如機身框架,。為了提高產(chǎn)品的韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能,，最近進行了大量的試驗。Custom465是由木工公司在Custom450和Custom455的基礎(chǔ)上開發(fā)的,，用于制造飛機襟翼導(dǎo)軌,、槽導(dǎo)軌、傳動裝置,、發(fā)動機支架等,。該鋼目前包括在mmpds-02、AMS5936和ASTMA564技術(shù)規(guī)范中,。飛機結(jié)構(gòu)采用HSL180高強度不銹鋼(0.21 c-12.5 cr-1.0 ni-15.5 co-2.0 Mo),。該鋼的強度為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. 在飛機零件上的應(yīng)用

對于一些加工變形量大的零件，如飛機襟翼糾偏罩,，傳統(tǒng)上一般使用1Crl8Ni9Ti不銹鋼,，但合金強度過低，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,機艙鎖鉤,牙墊、發(fā)動機繁榮螺栓,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,，對于一些高強螺栓，一般都是由高強結(jié)構(gòu)鋼加工而成，表面鍍鉻保護,。然而,，在新型號的設(shè)計中，這些部件是用0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不銹鋼制造的,。

大型飛機用高強度不銹鋼

我國的高強度不銹鋼在鋼材類型,、強度水平、生產(chǎn)工藝,、品種規(guī)格等方面都取得了長足的進步,，發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊;但要使我國高強度不銹鋼系列在大型飛機上得到良好的應(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

鋼的強度性能有其客觀的強度極限,，不能無限地提高。例如,，鋼的抗延遲損傷能力受到1500MPa強度的限制,。當(dāng)強度超過此值時，由于夾雜物和鋼中的晶界缺陷,，會使性能惡化,。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)具有良好強度和韌性,、耐腐蝕性和工藝性的新材料是未來高強度不銹鋼的主要發(fā)展方向。耐惡劣介質(zhì)腐蝕的高強度不銹鋼,、高韌性超高強度不銹鋼,、高耐磨性和抗疲勞性馬氏體時效不銹鋼、超低溫,、無磁性超高強度不銹鋼,、鐵氧體時效不銹鋼等新材料是未來研究和開發(fā)的重點。對其增韌,、耐腐蝕,、耐磨性機理的研究將為新材料的研究和開發(fā)奠定堅實的理論基礎(chǔ)。

1.2不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)研發(fā),、組織管理

雖然我國是一個大型鋼鐵生產(chǎn)國,，也是一個大型不銹鋼生產(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)用前景的超級不銹鋼的廠家不多,。生產(chǎn)的高強度不銹鋼的實際質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家進口產(chǎn)品的質(zhì)量仍有很大差別,。

2. 促進我國高強度不銹鋼發(fā)展的措施

2.1加強生產(chǎn)、教育,、科研相結(jié)合,，提高高強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,。這就需要結(jié)合生產(chǎn)三個方面的力量,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)國家的先進水平,。

2.2加快品種工程和標(biāo)準(zhǔn)化進程

鋼材標(biāo)準(zhǔn)化可以促進鋼材質(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和標(biāo)準(zhǔn)化工作,。

2.3高強度不銹鋼的可靠性研究

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

在這方面,，歐美國家對相關(guān)的飛機鋼材材料進行了大量的爐體和批量性能測試和統(tǒng)計，并在此基礎(chǔ)上制定了材料的適航標(biāo)準(zhǔn);在正常性能試驗的基礎(chǔ)上,，對關(guān)鍵零部件(主要是特殊鋼和鋁合金)材料進行了疲勞試驗和s-n曲線試驗,，為材料和整機的技術(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，為大型飛機的選型提供切實可行的數(shù)據(jù)依據(jù),。