1.3.1 结构钢和不锈钢
1.结构钢的分类及应用
结构钢是航空器中的重要结构材料。按其特性和用途大致分为优质碳素钢、渗碳钢和渗氮钢、调质高强度钢、超高强度钢、弹簧钢、防弹钢、轴承钢、铸钢八大类。结构钢的类型及主要牌号见表1-1。
表1-1 结构钢的类型及主要牌号
（1）优质碳素钢 碳含量在0.02%～2.11%（质量分数）之间的铁碳合金，也称为碳钢。航空器上常用的碳钢为优质碳钢，碳含量为0.05%～0.6%（质量分数）。碳含量为0.05%～0.25%（质量分数）的低碳钢可用作渗碳件，制作齿轮、小轴和销子等。碳含量为0.25%～0.6%（质量分数）的中碳钢可制作受力不大的螺栓、螺母连接件或不大重要的结构件。
（2）渗碳钢和渗氮钢 渗碳钢是指适合经受表面渗碳，随后经淬火可使表面获得高硬度、高耐磨性，而心部保持适当强度和良好韧性的钢。其碳含量一般控制在0.1%～0.25%（质量分数）范围内，以保证心部良好的韧性。渗碳钢主要用于制造齿轮、凸轮、活塞销等零件。
渗氮钢是适合渗氮的钢。为在钢的表面获得高硬度和高耐磨的渗氮层，必须采用含有某些合金元素的合金钢进行渗氮，以保证生成比氮化铁稳定得多的氮化物，并在氮化层中以高弥散度状态分布，使渗氮层具有很高的硬度。
（3）高强度钢 高强度钢通常是指采用调质处理（淬火+高温回火）的合金结构钢，是航空上广泛使用的一大类钢。其抗拉强度多数不小于980MPa，具有良好的综合力学性能，一般用作轴类、接头、螺栓及某些承载较小的齿轮等零件。
（4）超高强度钢 超高强度钢通常指拉伸屈服强度为1400MPa以上的高强度钢，其主要特点是具有很高的强度和足够的韧性，应用于制造承受很高应力和减重设计的重要构件，如飞机起落架、机翼主梁、平尾大轴、直升机旋翼轴、接头和对接螺栓等。
超高强度钢按合金元素含量分为低合金超高强度钢、中合金超高强度钢和高合金超高强度钢三类。
低合金超高强度钢的碳含量一般在0.3%～0.4%（质量分数）之间，合金元素含量少于5%（质量分数），由淬火后低温回火获得回火马氏体组织达到超高强度。其代表钢种40CrNi2Si2MoVA钢已广泛应用于起落架零件。
中合金超高强度钢的合金元素含量为5%～10%（质量分数）。由淬火后中温回火产生二次硬化达到超高强度，用于制造500℃以下工作的飞机、发动机的重要受力构件。
高合金超高强度钢含有10%（质量分数）以上的合金元素，碳含量低或超低碳含量。由淬火产生的低碳马氏体和中温回火产生的二次硬化获得超高强度、高韧性等优良性能。如16Co14Ni10Cr2MoE钢，在使用状态下，其室温抗拉强度不小于1620MPa的条件下，断裂韧度KⅠC值不小于143MPa·m1/2，已应用于飞机平尾大轴、起落架等重要受力构件。
（5）弹簧钢 弹簧钢是一种专用结构钢，由于弹簧的使用应力只能在弹性极限以下，所以对弹簧钢性能的主要要求是：必须有高的弹性极限和屈服强度，以保证弹簧承受高工作应力而不产生永久变形；具有高的疲劳极限，以保证弹簧能在交变载荷下长期工作；以及一定的韧性和塑性。目前弹簧钢主要有三类：碳素弹簧钢、合金弹簧钢和不锈钢弹簧钢。
（6）轴承钢 轴承钢是用于制造滚珠、滚柱、滚针和轴承内外套圈的钢。轴承钢应具有高的抗压强度和接触疲劳强度，良好的耐磨性，高的硬度、弹性及尺寸稳定性，以及一定的韧性和耐蚀性。
（7）防弹钢 防弹钢应具有良好的防弹、压力加工和切削加工性能。防弹钢主要有均质防弹钢和表面硬化防弹钢，主要用于歼击机、强击机、轰炸机和武装直升机的装甲防护结构，如头盔、靠背、仪表板等。
（8）铸钢 铸钢是碳含量低于2%（质量分数）的铸造铁碳硅合金的总称。按合金元素的多少可分为碳素铸钢、低合金铸钢[合金总量＜5%（质量分数）]、中合金铸钢[合金总量为5%～10%（质量分数）]、高合金铸钢[合金总量＞10%（质量分数）]。按组织可分为珠光体铸钢、铁素体铸钢、马氏体铸钢。按强度水平可分为低强度铸钢、中强度铸钢和高强度铸钢。按用途可分为耐热铸钢、耐蚀铸钢、无磁铸钢、模具用铸钢、特殊用途铸钢等。
2.不锈钢的分类及应用
不锈钢是指能抵抗大气、水、海水、酸、碱及其他腐蚀介质的腐蚀作用，且具有高度化学稳定性的合金钢种系列。其耐蚀性主要取决于铬含量，只有铬含量高于12%（质量分数）时，钢的化学稳定性才会产生质变，形成一层致密的氧化物膜，保护合金不易生锈。随着含铬量增高，钢的耐蚀能力也随之提高。
不锈钢分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢三个基本类型。另外，还有奥氏体-铁素体型不锈钢和控制相转变（半奥氏体）型不锈钢等。航空用不锈钢的类型及主要牌号见表1-2。
表1-2 航空用不锈钢的类型及主要牌号
（1）抗氧化钢 抗氧化钢的铬含量约为13%（质量分数），具有良好的抗氧化、耐蚀能力及较高的强度和热强性能。因其碳含量不同，性能和用途各异。低碳含量钢用作400℃以下工作的承力构件，如螺栓、接头、轴销等。高碳含量钢用作耐热耐磨的涡流器、阀门、轴等。
（2）马氏体不锈钢 马氏体不锈钢中添加有较多量的补充强化元素，经淬火和中温回火产生二次硬化进一步提高强度和热强性，广泛用作550℃以下工作的发动机压气机叶片、盘件、轴颈、环形件及其他重要承力件。
（3）控制相转变不锈钢 控制相转变不锈钢是一类介于奥氏体和马氏体之间的沉淀硬化高强度不锈钢。该类钢在室温下为奥氏体组织，塑性和加工成形性能优良，经深冷和时效处理后可达到高强度，还可通过冷变形实现马氏体转变达到超高强度。
（4）奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢因其铬含量高，抗氧化性、耐蚀性优良，又因其在室温下能保持稳定的奥氏体组织，无磁性，具有优良的塑性和加工成形性能，广泛用作飞机、发动机的燃油导管、液压导管及其他管线、散热器、焊接构件等，还可通过冷变形制造弹性元件。
（5）双相不锈钢 双相不锈钢一般都指奥氏体-铁素体型双相不锈钢。该类钢的抗拉强度特别是屈服强度明显高于单相奥氏体不锈钢，具有优良的耐蚀性和焊接性，适宜制造要求耐腐蚀的焊接件、钣金件等。