航空发动机金属材料.docx

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航空发动机金属材料

军用手册

航空航天飞行器机构的金属材料和元件

分配表A。

允许公开发行：

有限的发布量。

前言

1.这本军事手册被批准用于国防部和联邦航空管理部门。

2.对可用于完善次手册的有益的建议（推荐，增加，删除）和任何相关数据，请致信：

军事手册—5协调委员会（937-656-9134留言，937-255-4997传真），AFRL/MLSC,2179特福斯-史特，122室，赖特-帕特森,AFB,OH45433-7718,可以通过写清自己的地址并在第一章的结尾写上标准化文件改进建议，如果使用的是本纸质书籍可以致信给我们。

3.这本书包括金属材料强度特性和航空航天飞行器元件的设计信息。

这本手册中所有的信息和数据都和空军，陆军，海军，美国联邦航空管理局相一致，和行业出版保持一致，并且和国防部，联邦航空管理局共同努力，完善数据。

4.此手册的电子版与纸质印刷版保持技术一致；但是在格式上存在微小的差异，例如表格或者图形的位置可能有差异。

根据显示器的尺寸和分辨率设置，可能更多的数据可以不在显示器放大下得到。

这些数据被通过几种方法中的一种转换成电子格式。

例如，数字化或者重新计算的方法被用于绝大多数的像典型的应力应变图和温度影响等的工程图。

例如第一章和第九章用扫描的方法获取图形的数据信息，以及第四章和第七章中绝大多数的S/N曲线合图表。

这些电子数据也被用于生成纸质的数据以保持纸质书和电子书籍的等价。

在所有的情况下，电子数据都和纸质的数据相对比以确保电子数据是技术上等同的。

附录E提供了这本手册所有图形的详细列表，并附有每个图形格式的描述。

项目编号.1560-0187

数控代码解释

对于包含有材料特性的章节，用决策数据系统来辨别文本，表格和说明部分。

此系统由下面的例子来解释。

在第一，第八和第九章中也用到了各种此类的决策系统。

A例：

一般的材料类型（本例：

钢）

基于遗传特性的基材的（本例，中间合金钢）或者对于元件特性的逻辑故障。

所有数据都相关的特种合金。

如果数据是零，则此部分包含遗传特性的诠释。

如果是零，则此部分包含对合金的特殊诠释；如果是整数，此数字是用于区分具体的工况或者状况（热处理）。

用给定数据给出的图表数据的类型（见下面的描述）

B例

铝

2000系列的锻造合金

2024合金

在T3,T351,T3510,T3511,T4,和T42下的特性

以下是具体的属性：

拉伸性能（极限强度和屈服强度）~~~1

压缩屈服和剪切极限强度~~~~~2

轴承性能（极限和屈服强度）~~~3

弹性模量和剪切模量~~~4

失效时的伸长率，总的应变和面积缩减~~~5

应力应变曲线和正切模量的曲线~~~6

蠕变~~~7

疲劳~~~8

疲劳裂纹扩展~~~9

断裂韧性~~~10

第一章

1.0概述

1.1本书的目的，购买和使用

1.1.1绪论

1.1.2本书涉及的范围

1.1.3设计力学性能的应用

1.2符号，缩写和单位系统

1.2.1符号和缩写

1.2.2国际单位系统

1.3常见的公式

1.3.1概述

1.3.2简单的单元应力

1.3.3组合应力

1.3.4挠度（轴向）

1.3.5挠度（弯曲）

1.3.6挠度（扭转）

1.3.7双轴的弹性变形

1.3.8基本列公式

1.4基本原则和定义

1.4.1概述

1.4.2应力

1.4.3应变

1.4.4拉伸性能

1.4.5压缩性能

1.4.6剪切性能

1.4.7轴承性能

1.4.8温度影响

1.4.9疲劳性能

1.4.10冶金不稳定性

1.4.11双轴性能

1.4.12断裂强度

1.4.13疲劳裂纹的扩展行为

1.5失效的类型

1.5.1概述

1.5.2材料的失效

1.5.3失效的不稳定性

1.6柱列

1.6.1概述

1.6.2主要的失效不稳定性

1.6.3局部的失效不稳定性

1.6.4柱列实验结果的修正

1.7薄壁和加筋的薄壁部分

引用

第二章

2.0钢

2.1概述

2.1.1合金指数

2.1.2材料性能

2.1.3环境注意事项

2.2碳钢

2.2.0对碳钢的评述

2.2.1美国钢铁协会标准1025

2.3低合金钢（美国钢铁协会标准牌号和专有牌号）

2.3.0对低合金钢的评述（美国钢铁协会标准牌号和专有牌号）

2.3.1具体的合金

2.4中级合金钢

2.4.0对中级合金钢的评述

2.4.15Cr-Mo-V

2.4.29Ni-4Co-0.20C

2.4.39Ni-4Co-0.30C

2.5高合金钢

2.5.0对高合金钢的评述

2.5.118镍马氏体时效钢

2.5.2AF1410

2.5.3AcrMet100

2.6沉淀和转型硬化钢（不锈钢）

2.6.0对沉淀和转型硬化钢（不锈钢）的评述

2.6.1AM-350

2.6.2AM-355

2.6.3自定义450

2.6.4自定义455

2.6.5PH13-8Mo

2.6.615-5PH

2.6.7PH15-7Mo

2.6.817-4PH

2.6.917-7PH

2.7奥氏体不锈钢

2.7.0对奥氏体不锈钢的评述

2.7.1美国钢铁协会标准301

2.8单元特性

2.8.1梁

2.8.2柱

2.8.3扭转

第三章

3.0铝

3.1概述

3.1.1铝合金的指数

3.1.2材料的特性

3.1.3生产注意事项

3.22000系列锻造合金

3.2.12014合金

3.2.22017合金

3.2.32024合金

3.2.42025合金

3.2.52090合金

3.2.62124合金

3.2.72219合金

3.2.82519合金

3.2.92524合金

3.2.102618合金

3.33000系列锻造合金

3.44000系列锻造合金

3.55000系列锻造合金

3.5.15052合金

3.5.25083合金

3.5.35086合金

3.5.45454合金

3.5.55456合金

3.66000系列锻造合金

3.6.16013合金

3.6.26061合金

3.6.36151合金

3.77000系列锻造合金

3.7.17010合金

3.7.27049/7149合金

3.7.37050合金

3.7.47075合金

3.7.57150合金

3.7.67175合金

3.7.77249合金

3.7.87475合金

3.8200.0系列铸造合金

3.8.1A201.0合金

3.9300.0系列铸造合金

3.9.1354.0合金

3.9.2355.0合金

3.9.3C355.0合金

3.9.4356.0合金

3.9.5A357.0合金

3.9.6A357.0合金

3.9.7D357.0合金

3.9.8359.0合金

3.11单元特性

3.11.1梁

3.11.2柱

3.11.3扭矩

引用

第四章

4.0镁合金

4.1概述

4.1.1合金指数

4.1.2材料特性

4.1.3物理特性

4.1.4环境注意事项

4.1.5合金和回火设计

4.1.6连接方法

4.2锻造镁合金

4.2.1AZ31B

4.2.2AZ61A

4.2.3ZK60K

4.3铸造镁合金

4.3.1AM100A

4.3.2AZ91C/AZ91E

4.3.3AZ92A

4.3.4EZ33A

4.3.5QE22A

4.3.6ZE41A

4.4单元特性

4.4.1梁

4.4.2柱

4.4.3扭矩

引用

第五章

5.0钛

5.1概述

5.1.1钛的指数

5.1.2材料特性

5.1.3生产中的注意事项

5.1.4环境中的注意事项

5.2纯钛

5.2.1纯钛的商业用途

5.3α和近似α钛合金

5.3.1Ti-5Al-2.5Sn

5.3.2Ti-8Al-1Mo-1V

5.3.3Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo

5.4α-β钛合金

5.4.1Ti-6Al-4V

5.4.2Ti-6Al-6V-2Sn

5.5β，近似β合金和亚β合金

5.5.1Ti-13V-11Cr-3Al

5.5.2Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al（Ti-15-3）

5.5.3Ti-10V-2Fe-3Al（Ti-10-2-3）

5.6单元特性

5.6.1梁

引用

第六章

6.0耐热合金

6.1概述

6.1.1材料特性

6.2铁-铬-镍基合金

6.2.0总评

6.2.1A-286

6.2.2N-155

6.3镍基合金

6.3.0总评

6.3.1哈氏合金X

6.3.2铬镍铁合金600

6.3.3铬镍铁合金625

6.3.4铬镍铁合金706

6.3.5铬镍铁合金718

6.3.6铬镍铁合金X-750

6.3.7Rene41

6.3.8Waspaloy

6.4钴基合金

6.4.0总评

6.4.1L-605

6.4.2HS188

引用

第七章

7.0其他合金和杂化材料

7.1概述

7.2铍

7.2.1铍的标准牌号

7.3铜和铜合金

7.3.0概述

7.3.1锰青铜

7.3.2铜铍

7.4多向合金

7.4.0概述

7.4.1MP35N合金

7.4.2MP159合金

7.5铝合金板层压板

7.5.0概述

7.5.12024-T3芳纶纤维增强层合板

引用

第八章

8.0结构的连接

8.1机械固定接头

8.1.1紧固件简介和索引

8.1.2实心铆钉

8.1.3盲紧固件

8.1.4旋锻领/翻转针紧固件

8.1.5螺纹紧固件

8.1.6特种紧固件

8.2冶金接头

8.2.1简介和定义

8.2.2焊接接头

8.2.3铜焊

8.3轴承，滑轮和钢丝绳

引用

第九章

9.0总结

9.1概述

9.1.1简介

9.1.2适用性

9.1.3批准程序

9.1.4文件要求

9.1.5符号和定义

9.1.6向MIL-HDBK-5注册新产品的数据要求

9.1.7用于力学性能数据的提交程序

9.2室温设计特性

9.2.1简介

9.2.2名称和符号

9.2.3计算程序，概述

9.2.4指定人口

9.2.5直接和间接计算的决策

9.2.6确定适当的计算程序

9.2.7正态分布的直接计算

9.2.8威布尔分布的直接计算

9.2.9未知分布的直接计算

9.2.10派生属性的计算

9.2.11确定许用回归分析的设计

9.2.12计算程序的例子

9.2.13弹性模量和泊松比

9.2.14物理特性

9.2.15室温设计特性的介绍

9.3图形化的力学性能数据

9.3.1高温曲线

9.3.2典型的应力应变，压缩切线弹性模量和全域的应力应变曲线

9.3.3双轴应力应变行为

9.3.4疲劳数据分析

9.3.5疲劳裂纹扩展数据

9.3.6蠕变和蠕变断裂数据

9.4接头和结构的属性

9.4.1机械紧固接头

9.4.2熔焊接头

9.5其他属性

9.5.1断裂韧性

9.6统计程序和表格

9.6.1拟合优度测试

9.6.2显着性检验

9.6.3数据回归技术

9.6.4表格

9.6.5威布尔分布的估算程序

引用

附录~~

A.0词汇表

B.0合金指引

C.0规格指引

D.0主题指引

E.0图表指引

A.0词汇表

a-振幅；裂纹或缺陷尺寸；缺陷尺寸测量，英寸

ac-临界裂纹长度的一半

ao-初始裂纹长度的一半

A-截面的面积，平方英寸，交变应力和平均应力的比值，“轴向”的下表，一个基础的机械属性值，（见1.4.1.1或者9.2.2.1），“A”载荷与平均载荷的比值；或者是面积

Ac-“A”应变的比值，应变的幅度与平均应变的比

A1-模型参数

AD-AndersonDarling检验统计量，在正常或weibullness拟合优度检验的计算

AISI–美国钢铁研究所

AMS–航空材料规范（由汽车工程师协会出版）

Ann–退火

AN–空军海军航空标准

ASTM–美国材料与实验协会

b-截面宽度，弯曲的下标

br–轴承的下标

B-双轴曲率（见1.3.2.8方程），B基础的机械属性值（见1.4.1.1或者9.2.2.1部分）

Btu-英制热度单位（s）

BUS–个别或者典型的轴承极限强度

BYS–个别或者典型的轴承屈服强度

c-的固定系数，压缩的下标

cpm–每分钟的转速

C-比热，摄氏，不变

CEM-自耗电极熔化

CRES-抗腐蚀钢材（不锈钢）

C（T）-紧凑拉伸

CYS–个别的或者典型的抗压屈服强度

d-微分的数学表示符号

D或者d-直径或德宾沃森统计;孔或紧固件直径，凹洞

df-自由度

e-伸长的百分比，基于张力实验的延展性度量，计算单元变形或应变;“疲劳或耐力”的下标，从一个孔，中心到板材的边缘的最小距离;工程应变

ee–弹性应变

ep–塑性应变

e/.D–边缘距离（孔的中心到板的边缘）与孔的直径（轴承强度）之比

E–拉伸或者压缩的弹性模量，在应力的比例极限下的应力应变平均比

Ec–压缩的额弹性模量，在应力的比例极限下的应力应变平均比

Es–割线弹性模量，方程9.3.2.5

Et–切线弹性模量

ELI–超低间隙（钛合金级）

ER–等效圆

ESR-电渣重熔

f-内部的（或者计算的）拉伸应力，适用于有缺陷部分的应力，蠕变应力

fb–内部的（或者计算的）主要的弯曲应力

fc–内部的（或者计算的）压缩应力，断裂的最大应力，总有力的极限（筛选弹性断裂数据）

fpl–比例极限

fs–内部（或者计算的）剪切应力

ft–内部（或者计算的）张应力

ft–英尺（单复数）

F–设计应力，华氏，两个样本方差比

FA-设计轴向应力

Fb–设计弯曲应力，弯曲断裂的模量

Fbru-设计的极限承载力

Fbry-设计轴承屈服应力

Fc–设计的柱应力

Fcc-设计破碎或临界应力（局部失效柱应力的上限）

Fcu-设计极限压应力

Fcy-设计压缩屈服应力，应力值取永久变形为0.002时

FH-设计环向应力

Fs–设计剪切应力

Fsp-设计剪切的比例极限

Fst-设计扭转的断裂模量

Fsli-纯剪切的设计极限应力（这个值表示截面的平均剪切应力）

Fsy-设计剪切屈服应力

Ftp-设计拉伸比例极限

Ftu-设计拉伸极限应力

Fty-永久变形为0.002的设计拉伸屈服应力

g–克

G–刚性模量（剪切模量）

Gpa-Gpa

hr–小时

H–环向的下标

HIP-热等静压

i-边坡（由于弯曲）梁的中性面，弧度（1弧度为57.3度）

in–英寸（es）

I–轴向转动惯量

J–扭转常数（IP代表圆形管）焦耳

k–正态分布和指定概率，自由度的容限因子；单位应力的应变

k99，k90-分别为T99和T90的单侧容限因子（见方程9.2.7.2）

kA,B-分别为A基的k和B基的k

ksi-千磅每平方英寸（1000磅）

K-一个恒定的，一般的经验；热导率；应力强度；开尔文；校正系数

Kapp-明显的平面应力断裂韧性和残余强度

Kc-

Kf-

Kic-平面应变断裂韧性

KN-疲劳缺口系数的经验计算

Kt-热应力集中系数

lb-英镑

ln-自然对数（e底）

log-10底的对数

L-长度，“横向”的下标，纵向（纹理方向）

LT-长的横向（纹理方向）

m-“平均数”的下标，米，斜坡

mm-毫米

M-施加的力矩或力矩对，通常是弯曲力矩

Mc-机沉

MIG-金属惰性气体（焊接）

Mg-兆克

Mpa-Mpa

MS-军事标准

M.S-安全边界

M（T）-中间拉伸

n–单个或者多个测量的数目，“通常”的下标，失效的周数，对于标准的应力-应变曲线形状参数（Ramberg-Osgood参数），疲劳循环的数目

N-疲劳寿命，失效的循环数，牛顿，归一化

Nf-疲劳寿命，是小的循环数

Ni-疲劳寿命，启动的循环数

Nt-塑性和弹性应变相等时的过度疲劳寿命

NAS-国家航空航天标准

p-“极性”的下标，“比例极限”的下标

psi-英镑每平方英寸

P-载荷，施加的载荷（总的，不是单位的，载荷），曝光参数，可能性

Pa-载荷的幅值

Pm-平均载荷

Pmax-最大载荷

Pmin-最小载荷

Pli-试验极限荷载，磅每件

Py-试验屈服载荷，磅每件

q-疲劳缺口敏感性

Q-横截面的静力矩

Q&T-淬火和回火

r-半径；根半径；减少率（回归分析）；两对测量的比；在一个样本的测试点的秩

R-载荷（应力）比，或者是残差（观测值减去预测值），应力比，疲劳循环中最小应力和最大应力的比值，减少率

Rb-弯曲的应力比

Rc-压缩的应力比，罗克韦尔硬度-C规模

Re应变比-

Rs-剪切或者扭转的应力比，施加的载荷和允许的剪切载荷的比值

Rt-施加的载荷与允许的拉伸载荷的比值

RA-面积减少值

R.H-相对湿度

RMS-均方根（表面）

RT-室温

s-估计的总体标准偏差；样本标准差；“剪切”的下标

s2-样本方差

S-剪切力，名义工程应力，疲劳，s基的机械属性值

Sa-应力幅值，疲劳

Sc-疲劳极限

Scq-等效应力

Sf-疲劳极限

Sm-平均应力，疲劳

Smax-应力循环中的最高的应力代数值

Smin-应力循环中的最低的应力代数值

Sr-一个循环中最大值和最小值的差值

Sy-均方根误差

SAE-汽车工程协会

SCC-应力腐蚀开裂

SEE-总体标准估计误差的估计值

SR-学生化残差

ST-短横（纹理方向）

STA-固溶处理和时效处理

SUS-个别的或者典型的剪切极限强度

SYS-个别的或者典型的剪切屈服强度

t-厚度，拉伸的下标，曝光时间，经过的时间，指定概率和适当的自由度下的t分布的容限因子

T-横向，施加的扭矩，横向（纹理方向），横向的下标

TF-曝光的温度

T90-基于统计公差下限约束下的力学性能，要求至少百分之90的数据以百分之95的置信度超过T90

T99--基于统计公差下限约束下的力学性能，要求至少百分之99的数据以百分之95的置信度超过T99

TIG-钨极惰性气体（焊接）

TUS-个别的或者典型的拉伸极限强度

TUS（Sli）-拉伸极限强度

TYS-个别的或者典型的屈服强度

u-极限的下标

U-利用系数

V99，V90-基于样本为n规模，百分之95置信度的三参数weibull分布的对应的T99和T90的容限因子

W-中心通过裂解的张力板的宽度，瓦

x-基于n个观察的样本均值

X-个体测量的值，个体测量的平均值

y-梁的变形的弹性曲线（弯曲导致），中性轴到指定层的距离，屈服的下标，到坐标轴的距离

Y-有关组件的几何形状和缺陷尺寸的无量纲系数

z-到坐标轴的距离

Z-截面模量，I/y

A.2符号（见1.2.1,9.2.2,9.3.4.3,9.3.6.2,9.4.1.2,9.5.1.2,和9.6部分）

略

A.3定义（见1.2.1,9.2.2,9.3.6.2,9.4.1.2,9.5.1.2和9.6部分）

A基-一个统计数字，或最低规范（S基）的下限，统计计算的值表明至少百分之99的总的数据值以百分之95的置信度等于或者超过A基的机械设计性能

交变载荷-见载荷幅值

B基-至少百分之90的总的数据值以百分之95的置信度等于或者超过B基的机械设计性能

铸型-铸型由连续的铸锭从单个的熔炉熔化，再倒入一或者多个型腔而不改变其工作参数的过程

铸造-一个或多个部分，先由一个熔炉熔化再倒入一个或多个模具中，而不改变其工作参数

置信度-一个指定的确定性水平，要求至少在一个给定的比例下，所有未来的测量预计可以等于或超过公差下限。

确定性水平是指置信度系数。

对于军事手册5，置信度系数与设计性能有关，这也意味着从长远来看，对未来的许多样品来说，将能实现百分之95的结果超过A和B值

置信区间-一个用于估计总体参数计算的区间，使得“总体参数处于这个区间”的说法将是正确的，一般来说，这样的陈述是在规定的时间比例下的

置信区间估计-值的范围，由样本期望包含总体的方差和均值计算得来

置信水平（系数）-在规定的部分时间下，置信区间期望包括总体的参数

置信限-两个用来定义置信区间的数字值

横幅载荷-所有的峰值载荷相等，所有的谷值载荷也相等的载荷

等寿命图-一族曲线组成的图（一般在笛卡尔坐标系下），每条曲线代表一个疲劳寿命，N与S，Smax有关。

一般来说，等寿命图源于一族S/N曲线，每个曲线代表不同的应力比（A或B）下百分之50的几率存活。

此手册不在给出等寿命图形式下的疲劳数据

蠕变-力作用下的固体随时间的变形

注释1-蠕变实验通常在恒载荷和恒温下作。

对于金属，不论初始加载应变如何定义，都不能包含在内

注释2-这种应变的改变有时指为蠕变应变

蠕变-断裂曲线-在恒载荷和恒温下的材料实验结果，通常画为应变与断裂时间。

图9.3.6.2是典型的蠕变断裂数据。

图示的应变包括载荷下的初始变形和由于蠕变的塑性应变

图A.1典型的蠕变断裂曲线

蠕变断裂强度-在指定的恒定环境下，在给定的时间下蠕变实验中应力引起断裂。

注释：

有时也值应力断裂强度

蠕变断裂实验-蠕变断裂实验是指在渐进的样本变形下测量断裂的时间。

一般来说，变形比蠕变实验中变形的要大很多

蠕变应变-应力引起的随时间变化的应变，不包括初始载荷引起的应变和热膨胀

蠕变强度-在指定环境和给定时间下，蠕变试验中达到指定蠕变的应力

蠕变应力-恒载荷除以试样的原始横截面积

蠕变试验-蠕变试验的目的是测量应力下的变形和变形率，这些应力通常低于会导致实验过程中试件断裂的值

临界应力强度因子-可能的持续裂纹扩展和断裂下的应力强度因子的限值。

这个值由材料决定，而且可能随载荷的类型与使用的情况而不同

循环-在恒幅加载下，载荷的值由最小到最大，然后又到最小载荷（见于9.3.4.3图）。

符号n和N（见疲劳寿命的定义）用来表示循环数

变形柄紧固件-紧固件的柄在正常安装过程中抓地面积处的变形

自由度-度为n个变量自由度数目可以被定义为变量减去它们之间的约束的数目多少。

由于标准偏差计算包含一个固定值（平均值）它有n-1个自由度

自由度-由样本提供的独立数目的比较

试验终止-见Runout

经