A. 钛合金有什么好的在军事上有哪些用处
2005年第9期轻金属?51?钛合金在军事上的应用黄晓艳,刘波2,李雪(1.镇江船艇学院,江苏镇江212003;2.镇江高等专科学校,江苏镇江212003)摘要:钦合金具有重要轻,比强度高,耐海水腐蚀,无磁性等一系列优良特点.被称为"太空"金属,"海洋"金属以及21世纪置有发展前景的第三金属.对国防高技术和武器装备的发展具有举足轻重的作用.本文简要阐述了钦合金在航空航天,舰船等军事方面上的应用现状.'关键词:钦合金;应用;战机;潜艇中圉分类号:823文献标识码:文章编号:1002—1752(2005)09—0051—03—..(1.,212003;2.,212003):,,,,21.—.?:;;:钛合金具有很多优良性能:钛的比重为4.5/.仅为普通结构钢的56%.而钛合金的强度可与高强度钢相媲美;很好的耐热和耐低温性能.能在550℃高温下和零下250℃低温下长期工作而保持性能不变:很好的抗腐蚀能力,把钛合金放在海水中泡上几年.仍能保持光亮.此外,钛的导热系数小,无磁性.某些钛合金还具有超导性能,记忆性能和贮氢性能等功能.因为这些优点,钛金属被称为"太空"金属,"海洋"金属以及21世纪最有发展前景,继钢铁,铝之后的第三金属.目前,钛金属的造价昂贵,使用最多的是航空航天,舰船,兵器等军事工业部门.钛合金在国防高技术和武器装备的发展中占有极为重要的地位.它能降低军用飞机的重量,改善机动性能从而极大地提高其战斗力和生存能力;提高航空发动机的推重比;提高舰船搜索,发现,跟踪和反监护能力以及减轻武器重量,延长使用寿命.正因如此,世界各军事强国在其先进的战机,导弹,核潜艇,兵器等武器装备上都大量使用钛合金,并有逐步增加的趋势.本文就钛合金在军工中应用的几个主要方面作简要阐述1航空航天目前,钛应用最活跃的领域是航空航天.就飞机而言,当飞机在天空作超音速飞行时,飞机表面受到空气强烈的磨擦和压缩,动能转变为热能,机体温度也随着升高.飞机的飞行速度愈快,机体温度就愈高.在这种情况下传统的铝合金和钢已经不能胜任了.钛合金的出现给飞机克服热障带来了曙光.它能胜任飞机以3~4倍音速下的飞行.因而钛合金受到航空航天界的特别关注.钛在航空工业中主要用于制造飞机发动机和机身,具体部位如表1所示.表1钛合金在航空工业中应用部位1.喷气发动机机身压气盘,静叶片,动叶片,机壳,燃烧室外壳,排气机构外壳,中心体,喷气管,机匣等防火壁,蒙皮,大梁,起浇架,翼肋隔框,紧固件,导管,舱门拉杆等表2美英对伊战争中,先进战机所用钛合金的比例2.美国在航空航天用钛方面,其规模和技术都走在世界前列.美国于1954年研制出性能优良的钛合金.在这之后,钛合金在航空上的应用日益广泛.?52?黄晓艳,李雪,刘波:钛合金在军事上的应用2005年第9期用钛最多的当属1959年秘密研制的"全钛飞机"一71"黑鸟"军用飞机,其钛合金使用量占机体重量的93%.该机的飞行速度高达三倍音速,已突破热障.20世纪80年代,美国飞机的用钛量占70%~80%,每年用钛达1.3~1.9万多吨,其中军用飞机占整个飞机用钛量的41%~70%【2_.在2003年美英联军发动的对伊战争中,美英的新式作战装备在这场战争中起了重要的作用.其中就有钛合金的功劳,表2列出了各先进战机中钛合金所占的比例.近年来,美国为了继续保持它的空中优势.正在发展下一代先进战斗机.如投资共达2800亿美元的一22"猛禽"战斗机和一35联合攻击战斗机().在未来的战场上,一22战斗机将与一35联合攻击战斗机联手,形成类似一15与一16的高低搭配.在一22上钛合金的用量跃居首位(42%),结构用钛36,2台发动机用钛5;一35联合攻击机(正在研制),其结构用钛10,单台发动机用钛53.图1是先进战机结构材料变化的对比【4,与19世纪60年代研制的苏一27和一15相比.钛合金的应用在19世纪80年代研制的一22上扩大了许多.一22正是大量使用钛材才保证了它的各项性能优异.这表明,钛合金的比例随飞机性能的提高而增加,钛军事应用的重要性不断增长.袭暖图1国外先进战机用材量的比较10作为美国竞争对手的俄罗斯也一直注重航空航天上钛材的应用.前苏联为了与美国的第三代先进战斗机(称""计划)相对抗,而提出"先进战术战斗机()"计划.其中计划之一的苏一27重型战斗机为了达到高性能要求,在结构布局,材料应用上做精心设计.在几乎未使用先进复合材料的条件下.主承力部件大量采用钛合金(如图1所示).目前,俄罗斯空军正加紧改进,装备和研制战斗机,以提高空军作战能力.钛合金除了在战斗机上应用外.在火炮系统及其他飞行器等方面都占有重要地位.为了最大限度减轻火炮重量,777式155榴弹炮大量使用钛合金,在3多重的火炮中使用了960钛合金材料,占全炮重量的25.63%【5].最近,美国海军于2005年3月初同英国的系统公司签订了一项全速生产777轻型榴弹炮的合同.由于大量使用钛合金,使777全重减到3.75,比美军现役7.2198炮减轻了将近一半,且整体尺寸较198降低25%,可用美陆战队最新服役的一22可倾旋翼飞机和空军的一130运输机空运,用轻型卡车或吉普车即可牵引【6】.由此可见这些航空航天器采用钛合金后,不仅极大地提高其战斗力和生存能力,而且仅就重量减轻这一项来说,节省的能源也是十分可观的.2舰船领域钛合金优良的耐海水腐蚀性能,高的比强度,无磁性等优点,在舰船上的应用也相当广泛.世界上一些国家很早以来就已开始研究钛材在舰船领域的应用.从钛合金在造船业中的使用规模和技术来看,俄罗斯远远领先于世界上其他所有国家.目前,钛合金在舰船上应用的部位有[7--8:耐压壳体,螺旋桨,管道系统,热交换器,发动机零部件,升降装置及发射装置,声纳系统,系泊装置等.钛制耐压壳体主要用在潜艇和深潜器上.水面舰船基本没有采用钛合金.潜艇,尤其是核潜艇,一直是前苏联海军发展的重点.前苏联大量使用钛材制造核潜艇外壳.其研制型号最为众多的是攻击型核潜艇.从20世纪60年代开始,前苏联
B. “黑鸟”侦察机有哪些不凡的本领呢
它是世界上飞得最快、又飞得最高的飞机。
请看“黑鸟”飞机所创造的几项世界纪录:1976年7月27日,在美国西部比尔空军基地,已服役10年的“黑鸟”飞机在进行1000千米闭合航线飞行时,速度达到每小时3367.2千米,超过了苏联米格-25飞机创造的时速2965千米的世界纪录。在同一天,“黑鸟”飞机还创造了飞机高度达25929米的世界纪录。第二天,“黑鸟”飞机在做15~25千米的直线飞行时,速度达到每小时3529.2千米,创造了又一项世界纪录。这个飞行速度是音速的3.32倍,超过了步枪子弹出枪口时的初速。
可不要小看这几项世界纪录,正是由于“黑鸟”侦察机飞得快、飞得高,又能在高空做长时间超音速飞行,使它避过了几百次攻击,从未被击落过。
制造“黑鸟”侦察机的原材料90%以上是轻而结实的钛合金,既耐高压,又耐高温,使它能以超音速在高空飞行。它的表面涂了一层近似黑色的深靛蓝色,散热好,同时使敌方难以发现。在它上面装有可见光照相机、合成孔径雷达和红外遥感器等。
根据侦察任务不同,这种侦察机可更换5种不同类型的头部,每种头部中装有不同的侦察设备。它的侦察设备主要有高空侦察照相机、中空侦察照相机和电子侦察设备。照相机每次拍摄宽度约48千米,每小时可侦察15万平方千米的地区。
“黑鸟”侦察机自1966年1月7日投入使用以来,足迹遍全球,其中包括对我国、越南和中东等地进行过侦察,曾偷拍了我国第一颗氢弹爆炸的照片;还核实过古巴是否有苏军战斗旅和米格-23飞机……
“黑鸟”侦察机虽然创造过几项世界纪录,在技术上是相当先进的,但却被不光彩的使命弄得黯然失色。
C. 黑鸟侦察机二十年前就无人能敌,从来没有被击落过,为什么美国还让它退役
黑鸟侦察机并非无人能敌,若非退役的早,根本无法保证自己的不败金身存在。
同时黑鸟侦察机的安全性不佳,总产量32架,被击落0架,但是坠毁12架,这样的飞机,怕是自己人也不待见吧。
到90年代,各国防空水平见长,黑鸟越来越不能保证能平安完成任务,同时无人侦察机,侦查卫星可以更方便的完成侦查任务,黑鸟不在是很好的选择,退役就是理所当然的了。
D. 航空上常用的金属材料有哪些以及特性写成论文怎么写
金家族之一:铝合金
航空用铝合金密度低、耐腐蚀性能好,且具有较高的比强度、比刚度,容易加工成型,有足够的使用经验,这些优点使其成为飞机结构的理想材料。从诞生以来,铝合金随着飞机设计的要求而不断发展,其性能也日益强大。例如,1954年,英国的3架“彗星”飞机先后坠毁,事故分析表明,坠机的主要原因是材料疲劳以及部分 7075-T6铝合金构件被严重腐蚀。经过探索,研究人员突破了过时效热处理问题,研制出第二代耐腐蚀铝合金,有效提升了飞机的安全水平。
如今,航空铝合金的发展已经进入第六阶段。2005年 4月 27日,世界上最大的宽体客机空客A380在图卢兹机场成功首飞。A380能够取得成功,先进材料的应用立下了汗马功劳。其中,加拿大铝业公司和美国铝业公司就为 A380开发了新型铝合金材料。根据 A380各部件的特点,加拿大铝业公司开发出了7040-T7651、7449、2027-T3511等一系列铝合金。每种合金都具有不同的性能和特点。在A380项目中,用7085锻件制造的应急舱门,零件数量从 147个减至 40个,紧固件由 1400个减至 450个,重量减轻了 20%,成本降低了 20%〜25%,承载能力和疲劳寿命也得到了显著提高。
合金家族之二:钛合金
钛及钛合金材料密度低、比强度高(目前金属材料中最高)、耐腐蚀、耐高温、无磁、组织性能和稳定性好,可以与复合材料结构直接连接,而且两者之间的热膨胀系数相近,不易产生电化学腐蚀,具有优良的综合性能。因此,钛合金在航空领域得到越来越广泛的应用。洛克希德公司的“黑鸟”高空高速战略侦察机 SR-71,飞行速度超过 3马赫,在高速飞行时,机体表面温度将超过常规铝合金蒙皮的极限,如果用钢制造,飞机重量会大大增加,影响飞行速度和升限等性能。因此,SR-71的机身大量采用了钛合金,总重达 30多吨,占飞机结构重量的 93%。随着人们对飞机性能要求的不断提高,民用飞机的钛合金用量也在逐渐增加。早期波音 707上的钛合金部件用量仅占结构总重量的 0.2%,到最新的波音 787,占比高达 15%。
此外,钛合金也是制造航空发动机的主要材料。早期美国 F-4战斗机使用的 J79发动机,钛合金的用量只有50千克,不到总重量的2%。而现在大多数航空发动机的钛用量已经达到发动机总重量的25%〜30%。如波音 747、767的发动机 JT9D,其用钛量为总重量的 25%;空客A320的V2500发动机,其用钛量为总重量的 31%。钛合金的另一大用途是作为螺栓、铆钉等紧固件材料。这些紧固件虽小,但用量却很大,使用钛合金紧固件可以大大减轻重量。据估算,C-5大型运输机有 70%的紧固件为钛合金紧固件,飞机因此而减重 1吨左右。现在钛合金 3D打印技术已用于飞机制造。钛合金3D打印技术由于摆脱了传统的模具制造这一显著延长研发时间的环节,可以制造高精度、高性能、高柔性和快速制造结构十分复杂的金属零件,因而为先进飞机结构的快速研发提供了有力的技术手段。
合金家族之三:超高强度钢
超高强度钢在强度、刚性、韧性以及价格等方面具有很多优势,且拥有在承受极高载荷条件下保持高寿命和高可靠性的特点,在航空领域得到广泛使用。例如,飞机的起落架要承受冲击等复杂载荷,而且载荷巨大,同时还要求起落架舱容积尽可能小,超高强度钢绝对强度大、稳定性好,因此成为起落架的首选材料。
20世纪 60年代,美国成功开发了 300M超高强度钢。300M钢的抗拉强度高,达到 1860MPa以上。它的横向塑性高,断裂韧性好,与同强度低合金超高强度钢相比,300M钢的抗疲劳性能更好,在介质中的裂纹扩展速率低。这些特点使得 300M钢成为大型飞机起落架的主要材料。1992年,美国又开发了 AreMet100。AreMet100与 300M的强度级别相同,但耐腐蚀性能和耐应力腐蚀性能较 300M钢有较大提高,是目前综合性能最好的超高强度钢。F-22、F/A-18E/F就使用了AreMet100作为飞机起落架的主要材料。
E. 制造“黑鸟”侦察机的原材料有什么特点
制造“黑鸟”侦察机的原材料90%以上是轻而结实的钛合金,既耐高压,又耐高温,使它能以超音速在高空飞行。它的表面涂了一层近似黑色的深靛蓝色,散热好,同时使敌方难以发现。在它上面装有可见光照相机、合成孔径雷达和红外遥感器等。
F. SR-71“黑鸟”(BlackBird)战略侦察机的性能如何
洛克希德公司为美国空军研制生产的世界最先进的SR—71“黑鸟”型高空战略侦察机 20世纪50年代,美国加利福尼亚州洛克希德公司的“臭鼬鼠”工厂为美国空军秘密研制出一种性能优越的U-2型高空侦察机。这种飞机可以在25000米的高空飞行6000多千米,曾多次深入中国,古巴等其他国家腹地侦察。1960年5月1日,苏联地空导弹首次在2万米高空击落美国U—2型飞机一架;1962年9月9日,中国空军导弹部队在华东地区上空击落美制国民党空军U—2高空侦察机一架。以后又有几架被击落。由美国洛克希德公司为美国空军研制生产的SR—71型黑鸟高空侦察机,目前仍是世界上性能最先进的侦察机臭鼬鼠工厂1960年又设计出一种用以取代U—2侦察机的新型SR—71黑鸟侦察机,历经4年制造成功。它机体庞大,长30.48米,重12吨,满身涂了一层黑色的涂料。SR—71黑鸟飞行速度秒速达1100多米,为音速的3.32倍,比步枪子弹的初速不要快。它的飞行高度达到25929米,打破了世界纪录。它的机翼非薄,呈三角形,机身90%为钛合金制成,连续飞行时间可达1.5小时。SR—71“黑鸟”装备了最现代化的高空侦察设备。每次拍摄宽度约48千米,每小时可侦察15万平方千米.黑鸟从1966年7月1日投入使用以来,飞遍了世界许多地方还未被击落过。60年代以后,随着侦察卫星的出现,黑鸟便退居到次要地位。1990年初曾被迫停飞。1995年初,黑鸟在停飞5年后,重新又被启用,理由是这种侦察机的性能到目前为止还没有新的机种可以与它相比。
G. “黑鸟”侦察机是用什么材料制成的
该厂又U-2高空侦察机以YF-12A为雏形,秘密研制成SR-71高空战略侦察飞机,由于这种侦察飞机表面涂有黑色涂料,所以人们将它称为“黑鸟”侦察机。制造“黑鸟”侦察机的原材料90%以上是轻而结实的钛合金,既耐高压,又耐高温,使它能以超音速在高空飞行。它的表面涂了一层近似黑色的深靛蓝色,散热好,同时使敌方难以发现。在它上面装有可见光照相机、合成孔径雷达和红外遥感器等。根据侦察任务不同,这种侦察机可更换5种不同类型的头部,每种头部中装有不同的侦察设备。它的侦察设备主要有高空侦察照相机、中空侦察照相机和电子侦察设备。照相机每次拍摄宽度约48千米,每小时可侦察15万平方千米的地区。“黑鸟”侦察机自1966年1月7日投入使用以来,足迹遍全球,其中包括对我国、越南和中东等地进行过侦察,曾偷拍了我国第一颗氢弹爆炸的照片;还核实过古巴是否有苏军战斗旅和米格-23飞机……
H. 钛和钢哪个更硬
纯钛的硬度不如钢,但是有些钛合金的硬度能和高强度钢相当,甚至超过钢。
钢是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金的统称。钛具有金属光泽,有延展性。密度为4.5克/立方厘米。熔点1660±10℃。沸点3287℃。化合价+2、+3和+4。电离能为6.82电子伏特。但比强度位于金属之首。
按化学成分分为碳素钢,碳素钢是指钢中除铁、碳外,还含有少量锰、硅、硫、磷等元素的铁碳合金,按其含碳量的不同,可分为:低碳钢、中碳钢、高碳钢。高碳钢一般在军工业和工业医疗业比较多 ,合金钢为了改善钢的性能,在冶炼碳素钢的基础上,加入一些合金元素而炼成的钢。
(8)黑鸟和钛合金哪个好扩展阅读:
在文艺复兴之前很久,人们已经懂得使用各种低效的方法来生产钢,但是钢的普及化要等到十七世纪,也就是有了更高效的生产法之后。自从在十九世纪发明了贝塞麦炼钢法之后,钢就成了一种可大量生产的廉价材料。
后来炼钢法经过更多的改进,例如碱性氧气炼钢法,使得钢的生产价格更低,但同时品质更好。时至今日,钢已经成为世界上普遍的材质,年生产量达十三亿吨。在各种建筑、基础设施、工具、船只、汽车、机械、电器及武器中,钢都是一种主要的成分。现代钢铁一般用各种标准化团体所制定的不同品质标准来区分。
I. 米格-25战斗机的材料选择
当“大米格”系列最初一种试验机 Ye-150 开始向马赫数 2.5 以上发起冲刺时,一个全新的障碍就已经开始横在了苏联人面前,那就是因高速飞行的机体与空气摩擦而产生高温所带来的“热障”。当 Ye-150 以马赫数 2.05 的速度飞行时,其机体表面温度已经达到摄氏 107°,而当 Ye-150 加大油门向马赫数 2.5 冲刺时,其机体表面温度达到了 200° 以上,而根据计算,如果它飞到马赫数 3,那么它的机体表面温度将达到 300°!高温带来了一系列的麻烦,首先,我们知道,即使是高强度的铝合金,其熔点也只有 400-500°,而在 300° 的高温下,传统的铝合金蒙皮材料将变得比宣纸还要脆弱,如果再加上高速带来的巨大速压,那么此时的机体将只有变形一途。其次,在如此高温的环境下,机载电子设备如何运转?应该使用什么方式冷却?一大堆的问题摆在了格列维奇面前。
用什么材料来造机体?用钛吗?以当时苏联的技术能力,根本无法有效加工并生产符合制造新型歼击机的钛合金材料,那么,怎么办?
格列维奇最终确定的解决方案几乎让所有人瞠目结舌,不用硬铝,不用钛合金,用什么?米格-25 结构材料的80% 使用的是镍基合金钢!
即便在多年后的今天,笔者在最初得知米格-25 最终确认使用镍基合金钢这种材料来进行制造时,第一反应也是睁大眼睛突出舌头,半天无法恢复自如,虽然镍基合金钢的高温性能相当优异,在 400° 乃至以上的温度下也能保持足够的强度,但众所周知,钢的密度为 7.9 吨/m³,几乎是铝合金(2.7 吨/m³)的三倍。钛合金(4.5 吨/m³)的一倍多,采用这种材料的直接结果就是米格-25 重得出奇,其结构重量达到了 7.9 吨,空重达到了 19.6 吨,如此巨大的重量使得米格-25 即便安装了两台加力推力超过 10 吨的发动机的情况下,其起飞推重比也只有 0.6 左右,远远低于米格-21 的 0.8 左右,较低的推重比使得米格-25 在进行大过载机动时能量不足,直接影响了米格-25 的机动性。
付出了如此巨大的代价,真的值得吗?在回答这个问题之前,让我们先看看世界的另一面。
当时世界上的另一个航空超级大国美国在发展自己的三马赫战机时,领先潮流的使用了钛合金来解决热障这一问题,然而,钛合金极高的加工难度使他们付出了沉重的代价,一个又一个沉重的打击席卷而来,先是洛克希德公司自行生产的钛合金发生了大面积不明原因的“氢脆”而使得巨额资金生产的材料全部报废,然后是钛合金奇高的加工难度使得机体的制造举步维艰,最终耗费了巨额资金和工时制造出来的机体强度仍然差强人意,最终使得“黑鸟”成为了专职的侦察机---极低的可用过载使得黑鸟在作为截击机时根本无法做强度稍大一点的机动,甚至连急速爬升这样的截击机必备的能力都没有!黑鸟的教训使得美国人后来在发展高空高速截击机样机时,也不得不回归到钢结构上,而在这个漫长的弯路过程中,付出的资金与时间的代价更是极其的高昂!
这从一个侧面证明了苏联人的务实精神和米高扬设计局的深思熟虑,镍基合金钢的机体结构虽然让米格-25 付出了巨大的重量代价,但却保障了米格-25 拥有足够的机体强度,使得其可以胜任在截击作战中经常遇到的诸如急跃升攻击,高速俯冲等战术动作,而且在做到这一切的同时,其成本还相当的低廉。而付出了高昂代价的美国“黑鸟”,除了获得了最大速度和飞行高度的优势以外,其低劣的机动性能几乎令人无法忍受,与此同时,低劣的机体结构强度更使得黑鸟在服役过程中拥有了高达 30% 的坠毁率,这一切使得黑鸟更像是一架技术验证机而不是实用的作战飞机,即便到了今天,如黑鸟一样使用几乎全部钛合金结构的战机依旧凤毛麟角---与闪耀着科技光芒的偶像派明星黑鸟相比,米格-25 更像是一位从农村走出来的实力派明星,土里土气却依旧具备着不俗的实力。
J. “黑鸟”侦察机有哪些独特之处
“黑鸟”侦察机可以说是世界上飞得最快、又飞得最高的飞机。制造“黑鸟”侦察机的原材料90%以上是轻而结实的钛合金,既耐高压,又耐高温,使它能以超音速在高空飞行。它的表面涂了一层近似黑色的深靛蓝色,散热好,同时使敌方难以发现。在它上面装有可见光照相机、合成孔径雷达和红外遥感器等。
根据侦察任务不同,这种侦察机可更换5种不同类型的头部,每种头部中装有不同的侦察设备。它的侦察设备主要有高空侦察照相机、中空侦察照相机和电子侦察设备。照相机每次拍摄宽度约48千米,每小时可侦察15万平方千米的地区。