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行業(yè)動(dòng)態(tài)

硬度技術(shù)在航空工程中的應用及發(fā)展

更新時(shí)間:2019-05-07???點(diǎn)擊次數:107次

一、 在航空工程中的應用及發(fā)展
(1)硬度計量的應用服務(wù)領(lǐng)域
航空工程領(lǐng)域中,硬度計量具有重要地位。下面列出硬度計量的幾個(gè)典型應用。
燒傷是飛機結構損傷的主要形式之一,對火燒飛機結構件的檢測最常用的方法是硬度測定法。通常根據燒傷構件的實(shí)際情況,使用布氏、里氏、洛氏等硬度試驗代替強度性能測試以確定熱損傷部位和熱損傷范圍。另外,作為飛機的蒙皮材料,為保障航空飛行器的高效、安全。需測定相關(guān)合金材料的維氏硬度、疲勞壽命等隨熱暴露時(shí)間的變化,以研究熱暴露對合金組織演變及疲勞性能的影響。
在航空發(fā)動(dòng)機的校準中,發(fā)動(dòng)機部件的聲波疲勞檢測是一項重要內容,而材料的聲波疲勞過(guò)程與材料的顯微硬度變化呈現有一定的規律。通過(guò)對顯微硬度壓痕的彈塑性分析,能夠獲得發(fā)動(dòng)機部件的材料特征,如彈性、滯彈性、塑性、韌性和斷裂性能等。另外,航空發(fā)動(dòng)機固體潤滑材料潤滑值得直接測量十分困難,通常借助維氏硬度這一間接測量手段來(lái)確定材料中固體氧化物的潤滑成分,從而獲得材料的潤滑值。對于特種耐低溫航空橡膠材料,需進(jìn)行邵氏硬度、脆性溫度、壓縮耐寒系數、拉伸強度等試驗,以解決橡膠材料的耐寒性與耐油性的平衡問(wèn)題。
隨著(zhù)現代材料表面工程氣相沉積、濺射、離子注入、高能束表面改性、熱噴涂等材料的發(fā)展,試樣本身或表面改性層厚度越來(lái)越小,涂層及脆硬件硬度的測試需求越來(lái)越廣,例如,航空航天領(lǐng)域中飛機葉片等部件表面噴涂后的鍍膜件、飛機座艙內安全帶扣表面的鍍膜材料,電子控制產(chǎn)品部件中的離子注入層、金屬減震件的鍍膜層,開(kāi)關(guān)部件中導電材料的鍍膜件等的硬度參數都只能通過(guò)超顯微的硬度測量才可獲得。
在航空、航天等微電子系統領(lǐng)域,傳感器等微構件的彈性系數影響甚至決定其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)特征,這在某種程度上就需要更加精確地測試和評定微構件的力學(xué)特征的方法,通常采用的方法如雙軸彎折法、單軸拉伸法、諧振法等很難得到材料特性的準確值,而使用納米硬度試驗可以方便地對微懸臂梁進(jìn)行彎曲形變研究并確定其彈性模量。
(2)硬度計量技術(shù)領(lǐng)域中普遍關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)
①馬氏硬度、超顯微硬度和納米硬度的校準技術(shù)
超薄、超輕、超硬等材料是武器裝備研制生產(chǎn)不斷追求的目標,涂層、鍍膜、漆膜等材料是世界武器裝備必不可少的應用材料,因而各國都在此領(lǐng)域持續開(kāi)展著(zhù)相關(guān)研究工作,美國在設計和有效使用上居全面領(lǐng)先地位,日本在高溫復合材料,法國在陶瓷復合材料,英國和日本在碳纖維技術(shù)及應用中代表著(zhù)國際領(lǐng)先水平。到2010年塑料及其復合材料已占用軍用結構材料的75%,軍用材料已陸續經(jīng)歷并全面實(shí)現了輕質(zhì)鋁合金、塑料及其復合材料的成熟與先進(jìn)時(shí)代,并且在未來(lái)發(fā)展的規劃中,世界各國依然將更新一袋的符合材料的研制技術(shù)作為發(fā)展的研究方向。
隨著(zhù)各種新材料的不斷出現和研制需要,硬度作為了解和評價(jià)材料特性的關(guān)鍵參數和重要手段始終在材料領(lǐng)域扮演著(zhù)重要角色并同步發(fā)展著(zhù)相關(guān)技術(shù),馬氏硬度、超顯微硬度和納米硬度分別是有效評價(jià)黑色金屬和有色金屬,超薄、超輕等脆硬性材料,以及鍍層、漆膜、涂層等材料的硬度特征與韌性、斷裂性能等材料特性的重要手段,也是材料改良和新材料研制的重要依據,所以各國都在快速發(fā)展著(zhù)這幾項新興硬度試驗手段,并作為前沿技術(shù)開(kāi)展著(zhù)相關(guān)校準技術(shù)研究工作,美國、德國、意大利和日本在此領(lǐng)域居世界領(lǐng)先地位。
②壓頭微形貌幾何參數校準技術(shù)
壓頭是所有硬度試驗必不可少的關(guān)鍵環(huán)節,直接影響測量結果的準確性,因而如何保證壓頭幾何參數的精準再精準,將其對硬度測量結果的影響降低到最小,或是準確找到它們之間的對應關(guān)系是各國致力研究的方向。美國NIST在此領(lǐng)域研究較為深入,并致力于建立壓頭基準的概念,各國也都在開(kāi)展著(zhù)相關(guān)研究及比對工作。
③現場(chǎng)及高、低溫條件下的硬度校準技術(shù)
隨著(zhù)硬度計量多元化發(fā)展,各國都在根據自身需求,努力發(fā)展著(zhù)現場(chǎng)在線(xiàn)實(shí)用計量校準技術(shù),從而獲得更為有價(jià)值、有意義的評價(jià)參數和數據,如針對塑料、橡膠等非金屬材料出現了邵氏硬度,針對復合材料出現了巴氏硬度,針對鋁合金材料出現了韋氏硬度,針對大型和小型復雜形貌對象出現了超聲波硬度,針對高低溫特性需求出現了高低溫硬度等多種現場(chǎng)校準方式,并伴隨著(zhù)新的生產(chǎn)工藝的不斷涌現而不斷的出現新的硬度評價(jià)與測量手段。
為適應我國航空工程型號的研究發(fā)展需求,當前在航空計量硬度專(zhuān)業(yè)的發(fā)展建設主要集中于一下幾個(gè)方面:
①持續提升既有硬度計量標準的綜合技術(shù)能力,健全完善硬度計量體系;
②提升壓頭微形貌幾何參數綜合校準技術(shù)能力,開(kāi)展其與硬度特性的相關(guān)科研工作;
③建立滿(mǎn)足國際洛氏硬度新定義的硬度最高標準,開(kāi)展新一代洛氏硬度量傳工作;
④建立微觀(guān)領(lǐng)域超顯微硬度和納米壓痕硬度的計量標準和傳遞標準硬度塊,開(kāi)展相關(guān)量值傳遞和溯源工作;
⑤建立儀器化壓痕硬度和馬氏硬度等計量標準裝置,開(kāi)展相關(guān)量值傳遞和溯源工作;
⑥建立特殊環(huán)境下的硬度計量標準裝置,開(kāi)展相關(guān)量值傳遞和溯源工作。
⑦關(guān)于硬度測量不確定度的研究,研究性的硬度試驗方法等;
⑧開(kāi)展國內外量值比對、能力驗證、測量審核等工作,培養技術(shù)人才隊伍,不斷提升并保持航空工業(yè)硬度量值傳遞能力。

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