11月12日，第十五屆中國國際航空航天博覽會(huì)在廣東珠海盛大啟幕。為期6天的活動(dòng)中，共有來自47個(gè)國家和地區(qū)的1022家企業(yè)參展參會(huì)。值得一提的是，本屆航展的一大亮點(diǎn)在于新材料領(lǐng)域的突出展示。在新材料及應(yīng)用展區(qū)，隱身材料、鈦合金材料、碳纖維復(fù)合材料等一系列創(chuàng)新材料成為焦點(diǎn)，為觀眾帶來了全新的科技體驗(yàn)。

據(jù)悉，在役的航空航天結(jié)構(gòu)材料中，金屬結(jié)構(gòu)材料仍為主導(dǎo)，金屬結(jié)構(gòu)材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛且重要，其中鈦合金和高溫合金是主要的金屬結(jié)構(gòu)材料。包括高溫合金、超強(qiáng)鋼、鈦合金等在內(nèi)的金屬材料以及金屬3D增材制造技術(shù)的研發(fā)，不僅提升了航空航天裝備的性能，還推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

高溫合金

我國變形高溫合金從引進(jìn)吸收逐步形成體系化和規(guī)�；�，目前已基本實(shí)現(xiàn)材料的自主可控，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)盤鍛件用變形高溫合金的發(fā)展趨勢(shì)：650 ℃以下使用的GH4169合金冶金質(zhì)量和用量持續(xù)提升，成為“一材多用”的典范，支撐了三代航空發(fā)動(dòng)機(jī)等裝備的批產(chǎn)應(yīng)用；承溫700～750 ℃的GH4169D、GH4065A、GH4096 等新一代合金研制成功并實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用，支撐了四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及商用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制；GH4720Li、GH7438 等合金在多種中小型發(fā)動(dòng)機(jī)中得到批量應(yīng)用；艦用燃汽輪機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制與應(yīng)用帶動(dòng)了GH4698、GH4742、GH4202 等牌號(hào)的發(fā)展；為了滿足更高代次發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用需求，近期正在研制承溫能力800 ℃以上的GH4151、GH4975 等合金，形成服役溫度在600～900 ℃之間較完整的時(shí)效強(qiáng)化型變形高溫合金體系。

粉末高溫合金在軍、民用先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤中得到了廣泛應(yīng)用。綜合來看，鎳基粉末高溫合金的發(fā)展趨勢(shì)具有“三高一低”的特點(diǎn)：高強(qiáng)度、高工作溫度、高組織穩(wěn)定性和低疲勞裂紋擴(kuò)展速率。歐美國家率先研制成功*代650 ℃高強(qiáng)型粉末高溫合金，如René95 等；第二代750 ℃損傷容限型粉末高溫合金，如René88DT 等，以及第三代高強(qiáng)損傷容限型粉末高溫合金，如ME3等。

第四代粉末高溫合金是在第三代的基礎(chǔ)上，通過成分調(diào)整和工藝優(yōu)化來獲得更高的工作溫度，使其具有高強(qiáng)度、高損傷容限和高工作溫度的特點(diǎn)，如ME501 等。我國目前已研制出以FGH4095為代表的*代、FGH4096 為代表的第二代粉末高溫合金，第三代及第四代仍在研制探索中。

近年來，我國高溫合金體系以需求牽引為主、技術(shù)推動(dòng)為輔，在研制與應(yīng)用領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展。然而，高溫合金涉及學(xué)科眾多，部件制造要求高，容錯(cuò)空間小，其成熟應(yīng)用是建立在對(duì)研發(fā)和制造體系全面深入理解和長期積累的基礎(chǔ)之上，因此未來需持續(xù)加強(qiáng)。

超高強(qiáng)度鋼

超高強(qiáng)度鋼是指屈服強(qiáng)度超過1380 MPa 的高比強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，在航空航天、國防軍工等領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色，航天航空領(lǐng)域的主要應(yīng)用場(chǎng)景有飛機(jī)起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)軸、齒輪軸承、框、梁、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等。飛機(jī)起落架典型材料主要有300M 和Aermet 100 鋼，兩者均具有1930 MPa 以上的超高強(qiáng)度。300M 為低合金超高強(qiáng)度鋼，廣泛應(yīng)用于客機(jī)、大型軍用運(yùn)輸機(jī)和殲擊機(jī)起落架；AerMet 100 鋼為已成熟應(yīng)用的強(qiáng)韌性匹配*佳的超高強(qiáng)度鋼，因其兼具優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞抗力，已應(yīng)用于F22、F18E/F 等軍機(jī)起落架。

此外，F(xiàn)e-Ni 基馬氏體時(shí)效鋼，因在時(shí)效過程中析出納米級(jí)金屬間化合物而擁有優(yōu)越的強(qiáng)韌性能，其典型鋼種為18Ni 型C250 和C300 鋼，多應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)主軸和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等部件[46]。裝備性能提升和高承載、低成本、減重設(shè)計(jì)的要求，將飛機(jī)起落架和主軸材料推向2200 MPa 以上強(qiáng)度水平，GE和Leep 發(fā)動(dòng)機(jī)主軸采用2100～2300 MPa 的GE1014和ML340 鋼，國內(nèi)開發(fā)出強(qiáng)度級(jí)別達(dá)到2400 MPa的GC-24 鋼。航空軸承齒輪鋼代表高強(qiáng)度滲碳不銹鋼CSS-42L，*高使用溫度達(dá)430 ℃。

在研的超強(qiáng)耐熱滲碳鋼CH2000 屬第四代航空軸承齒輪鋼，滲碳及熱處理后表層硬度達(dá)65～68HRC，心部抗拉強(qiáng)度在2000 MPa 以上，使用溫度可達(dá)450 ℃，適用于新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)和直升機(jī)高功率密度傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪、軸承和傳動(dòng)軸等傳動(dòng)構(gòu)件。

超高強(qiáng)度鋼的抗應(yīng)力腐蝕性能也是各國研究關(guān)注的重點(diǎn)。美國Ques Tek 公司通過材料基因工程研發(fā)出新型二次硬化超高強(qiáng)度不銹鋼FerriumS53，該鋼兼具良好的斷裂韌度，已成功應(yīng)用于美國空軍A-10 攻擊機(jī)的起落架部件。我國自主研發(fā)的10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE 超高強(qiáng)度不銹鋼，已成功應(yīng)用在直升機(jī)起落架結(jié)構(gòu)件，該鋼的強(qiáng)度、韌性均優(yōu)于FerriumS53 鋼，為現(xiàn)今強(qiáng)度級(jí)別*高的超高強(qiáng)度不銹鋼，在航空航天裝備制造領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

低密度高強(qiáng)度鋼是近年來提出的新概念，其成分設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是高Al 含量，同時(shí)添加奧氏體化元素，使其具有良好的塑性，例如*常見的Fe-Mn-Al-C四元體系。為了達(dá)到飛行器減重增程的目標(biāo)并兼顧經(jīng)濟(jì)性，我國研發(fā)了DT510 低密度鋼，在降低材料密度的同時(shí)具有良好的強(qiáng)韌性，與傳統(tǒng)超高強(qiáng)度鋼30CrMnSiNi2A 相比，DT510 密度降低13.4%，屈服強(qiáng)度提高19.3%。

鈦合金

鈦合金是二十一世紀(jì)*有價(jià)值的戰(zhàn)略金屬材料，是航空、航天領(lǐng)域發(fā)展必不可少的“脊柱”之一。鈦合金切削過程中刀具磨損嚴(yán)重、加工表面質(zhì)量差、加工效率低等問題已經(jīng)成為制約其發(fā)展的瓶頸。研究鈦合金切削過程中刀具磨損及加工表面質(zhì)量的形成機(jī)理、優(yōu)化合理的鈦合金切削參數(shù)對(duì)航空、航天等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的意義。

20世紀(jì)中葉，國內(nèi)外軍用飛機(jī)開始進(jìn)入超聲速時(shí)代，航空發(fā)動(dòng)機(jī)隨之轉(zhuǎn)化為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，鋼、鋁結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求而逐漸被淘汰。與此同時(shí)，鈦合金以其優(yōu)良的性能快速的進(jìn)入了航空航天領(lǐng)域且成為該領(lǐng)域主要的結(jié)構(gòu)材料之一�？梢郧宄�的看到，在現(xiàn)役飛機(jī)的機(jī)體上，鈦合金所占的比重在迅速增大。

在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，鈦合金所占的比重通常保持在20%以上且呈遞增的趨勢(shì)。但鈦合金固有的難加工屬性造成的刀具磨損嚴(yán)重、加工表面質(zhì)量差、加工成本高等特點(diǎn)已經(jīng)成為制約其發(fā)展的瓶頸。

此外，作為航空、軍工等領(lǐng)域的上游供應(yīng)行業(yè)，增材制造技術(shù)越來越得到航空應(yīng)用的認(rèn)可，同時(shí)，這次多家增材制造企業(yè)在珠海航展亮相，包括增材制造材料、設(shè)備以及加工服務(wù)企業(yè)。

增材制造等新工藝在軍工材料領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展。隨著增材制造行業(yè)的成本控制、規(guī)模化生產(chǎn)、產(chǎn)品品控、技術(shù)水平等要求的日臻成熟，其在軍工應(yīng)用上的拓展也進(jìn)入到了快速發(fā)展階段。

我國金屬結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)正處在上升期，迫切需要品種創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步。

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