Page 92 - 现代航空维修理论及应用研究
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Research on Modern Aviation Maintenance Theory and Application
现代航空维修理论及应用研究
机结构设计强度规范要求，在使用载荷作用下，不超过材料的屈服强度；在设计
载荷作用下不超过材料的抗拉强度。设计载荷除以使用载荷称为安全系数，通用
的安全系数多为 1.5。即要求起落架用钢的屈强比要大于 0.67。超高强度不锈钢
的屈强比为 0.75~0.8，可以满足起落架设计要求。略低的屈服强度有利于通过塑
性变形来降低裂纹扩展速率，提高裂纹临界长度，提高起落架的安全性；但是低
的屈强比容易产生疲劳裂纹，不利于获得高的安全寿命。考虑到舰载机起落架的
失效模式主要为应力腐蚀断裂，因此略低的断裂韧度不应该成为阻碍其应用的理
由，进一步提高屈服强度更有吸引力。综合考虑超高强度不锈钢的综合性能，可
以作为下一代舰载飞机起落架的备选材料。
3. 低成本超高强度钢
低成本已经成为现代飞机设计制造中的一个重要指标，采用低成本、高性能
材料是措施之一。降低起落架用超高强度钢成本的方法主要有 2 种：一种是通过
降低贵合金元素含量来降低成分成本，如降低 Co 等金属含量；另一种是通过非
真空冶炼的方式，降低制造工序成本。
美国在 2013 年基于“材料基因组”技术开发了新型 Co-Ni 二次硬化超高强
度钢——FerriumM54 钢，目标是降低成本，代替 AerMet100 钢。FerriumM54 钢
通过降低 Co 含量，提高 C，Mo 含量，增加 W，Nb 等强化元素，来实现高强度、
低成本。FerriumM54 钢已经纳入 MMPDS 手册，并获得美国汽车工程师学会颁
发的材料规范 AMS 6516。根据 AMS 6516 和 AMS 6532(AerMet100 钢规范）标
准对比，二者的强度和 KIC 相当，FerriumM54 钢的 KISCC 显著提高。然而，实
测值对比显示，二者总体性能相当，FerriumM54 钢的 KIC 略低，KISCC 略高，
并不像规范中规定的那样存在较大的性能差距。目前试制了 φ350mm 的棒材，
美国采用 FerriumM54 钢试制了 T-45 舰载教练机拦阻钩杆和 F-18E/F 舰载机的拦
阻钩头。从现有公布的资料可以认定，FerriumM54 钢是一款具有损伤容限特性、
优良耐蚀性的低成本超高强度合金钢，具有较高的性价比，可以用于飞机起落架
制造，但以目前公布的性能不足以全面代替 AerMet100 钢。随着纯净化冶炼以及
成分精确控制技术的提高，单真空冶炼的超高强度钢冲击性能、疲劳性能以及断
裂韧度接近双真空冶炼的水平，但是成本大幅降低。这类超高强度钢可以用于制
造下沉速度较低或者使用寿命较低的飞机起落架，如民用飞机、大型无人机等。
飞机起落架用钢已经形成了低合金超高强度钢和高合金超高强度钢并用的材
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