材料科學(xué)與工程導(dǎo)論-第8章-高性能結(jié)構(gòu)材料(Ⅰ)

1、1第八章 高性能結(jié)構(gòu)材料（）8.2 新型金屬結(jié)構(gòu)材料新型金屬結(jié)構(gòu)材料8.3 新型無機(jī)非金屬結(jié)構(gòu)材料新型無機(jī)非金屬結(jié)構(gòu)材料8.4 新型高分子材料新型高分子材料8.1 高性能結(jié)構(gòu)材料概述高性能結(jié)構(gòu)材料概述4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)夏鵬舉夏鵬舉 教授教授材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院28.1 高性能結(jié)構(gòu)材料概述高性能結(jié)構(gòu)材料概述 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料是社會(huì)生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。金屬、陶瓷和高分子材料長(zhǎng)期以來是三大傳統(tǒng)的工程結(jié)構(gòu)材料。隨著工業(yè)化的迅速推進(jìn)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)材料的性能提出了越來越高的要求，也推動(dòng)了發(fā)展新一代高性能結(jié)構(gòu)材料。對(duì)應(yīng)-功能材料功能材料3材料原因?qū)е碌臑?zāi)難材料原因?qū)е碌臑?zāi)難1912年泰

2、坦尼克號(hào)沉沒原因：鋼材含硫高，脆性斷裂。1986年挑戰(zhàn)者號(hào)，升空72秒爆炸。費(fèi)曼調(diào)查：火箭助推器某處O型密封圈在攝氏10度以下失去彈性，造成液氫泄漏。8.1 高性能結(jié)構(gòu)材料概述高性能結(jié)構(gòu)材料概述4 “哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)事故調(diào)查委員會(huì)公布的調(diào)查報(bào)告稱，外部燃料箱表面脫落的一塊泡沫材料擊中航天飛機(jī)左翼前緣的名為“增強(qiáng)碳碳”（即增強(qiáng)碳-碳隔熱板）的材料。當(dāng)航天飛機(jī)返回時(shí)，經(jīng)過大氣層，產(chǎn)生劇烈摩擦使溫度高達(dá)攝氏1400度的空氣在沖入左機(jī)翼后融化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，致使機(jī)翼和機(jī)體融化，導(dǎo)致了悲劇的發(fā)生。 1981 1981年年4 4月月1212日首次日首次發(fā)射，發(fā)射，20032003年年2 2月月1 1日在日

3、在得克薩斯州得克薩斯州北部上空解北部上空解體墜毀，體墜毀，7 7名名宇航員宇航員全部全部遇難。遇難。 8.1 高性能結(jié)構(gòu)材料概述高性能結(jié)構(gòu)材料概述5 高性能結(jié)構(gòu)材料高性能結(jié)構(gòu)材料是一類具有高比強(qiáng)度、高比剛度、耐高是一類具有高比強(qiáng)度、高比剛度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的材料。溫、耐腐蝕、耐磨損的材料。 高性能結(jié)構(gòu)材料是在高新技術(shù)高新技術(shù)推動(dòng)下發(fā)展起來的一類新材料，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。 例如：發(fā)展現(xiàn)代航空航天技術(shù)，對(duì)動(dòng)力機(jī)械而言，工作例如：發(fā)展現(xiàn)代航空航天技術(shù)，對(duì)動(dòng)力機(jī)械而言，工作溫度愈高、比強(qiáng)度和比剛度愈高，效率亦愈高，先進(jìn)軍用發(fā)溫度愈高、比強(qiáng)度和比剛度愈高，效率亦愈高，先進(jìn)軍用發(fā)動(dòng)機(jī)

4、的發(fā)展趨勢(shì)要求渦輪前溫度和推重比不斷提高，正在向動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)要求渦輪前溫度和推重比不斷提高，正在向推重比推重比15152020發(fā)展，發(fā)展，高溫結(jié)構(gòu)材料技術(shù)高溫結(jié)構(gòu)材料技術(shù)是關(guān)鍵。是關(guān)鍵。 8.1 高性能結(jié)構(gòu)材料概述高性能結(jié)構(gòu)材料概述6 有資料指出，飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的改進(jìn)分別有2/3和1/2靠材料性能提高。對(duì)衛(wèi)星和飛船，減重1公斤能帶來極高的效益；汽車節(jié)油有37%靠材料輕量化，40%靠發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)。絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)（不冷卻）主要靠材料性能提高。航空方面的先進(jìn)復(fù)合材料、單晶合金、渦輪盤合金，航天方面的含能材料、熱防護(hù)材料、彈頭材料等不僅要先行，而且還要起到先導(dǎo)的作用。如果沒有優(yōu)質(zhì)的單晶合金、渦輪前溫度無

5、法提高，高推比航空發(fā)動(dòng)機(jī)就難以實(shí)現(xiàn)。由此可見高性能結(jié)構(gòu)材料在航空航天高性能結(jié)構(gòu)材料在航空航天技術(shù)中的基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性技術(shù)中的基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性。 因此，世界各先進(jìn)國(guó)家在制定國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展計(jì)劃時(shí)，高溫結(jié)構(gòu)材料與技術(shù)被列為高性能結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目之一。 8.1 高性能結(jié)構(gòu)材料概述高性能結(jié)構(gòu)材料概述7 發(fā)展新型高性能結(jié)構(gòu)材料將支撐交通運(yùn)輸、能源動(dòng)力、資源環(huán)境、電子信息、農(nóng)業(yè)和建筑、航天航空、國(guó)防軍工以及國(guó)家重大工程等領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展，對(duì)國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和國(guó)家安全的保障起著關(guān)鍵性的作用，同時(shí)還將促進(jìn)包括新材料產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的我國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展，帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)的改造和產(chǎn)品的升級(jí)換代，提高

6、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，形成新的產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。 8.1 高性能結(jié)構(gòu)材料概述高性能結(jié)構(gòu)材料概述88.2 新型金屬結(jié)構(gòu)材料新型金屬結(jié)構(gòu)材料發(fā)展情況發(fā)展情況： 初期初期：鐵和鋼(鐵的合金)。 20世紀(jì)初世紀(jì)初：以硬鋁為首的鋁合金。 20世紀(jì)世紀(jì)50年代年代：又出現(xiàn)只有鋼一半重、耐熱性比鋼好而強(qiáng)度不低于鋼的鈦合金。 金屬材料優(yōu)點(diǎn)金屬材料優(yōu)點(diǎn): 高韌性，延展性好，強(qiáng)度高，導(dǎo)電性好。高韌性，延展性好，強(qiáng)度高，導(dǎo)電性好?，F(xiàn)在現(xiàn)在：主要仍是鋼鐵、鋁合金、鈦合金、銅合金、鎂合金；性能提高。發(fā)展發(fā)展：超高純度鐵、超高強(qiáng)度鋼、超高速鋼(用作刀具)、超硬合金、超塑性合金、超耐熱合金、超低溫材料等等。9 2012年全球粗鋼

7、總產(chǎn)量為15.478億噸，中國(guó)大陸7.16億噸，占全球鋼產(chǎn)量的46.3%。高性能鋼鐵材料發(fā)展引起各國(guó)關(guān)注。 鋼鐵材料具有資源相對(duì)豐富、生產(chǎn)規(guī)模龐大、加工制造容易、性能多樣可靠、成本低廉穩(wěn)定、使用便利習(xí)慣和回收利用方便等特點(diǎn)，是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工業(yè)設(shè)備制造和人民日常生活中廣泛使用的材料。 不斷地改進(jìn)鋼材質(zhì)量、降低成本、增強(qiáng)鋼鐵材料的競(jìng)爭(zhēng)能力。新一代鋼鐵材料新一代鋼鐵材料-超級(jí)鋼超級(jí)鋼8.2 新型金屬結(jié)構(gòu)材料新型金屬結(jié)構(gòu)材料10 超級(jí)鋼是超級(jí)鋼是20世紀(jì)世紀(jì)90年代末為更好地利用鋼鐵材料在使用年代末為更好地利用鋼鐵材料在使用性能上的優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)一步改進(jìn)傳統(tǒng)鋼鐵材料的一些不足，減性能上的優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)一步改

8、進(jìn)傳統(tǒng)鋼鐵材料的一些不足，減少材料消耗，降低能耗而研制的新材料。其主要目的在于解少材料消耗，降低能耗而研制的新材料。其主要目的在于解決傳統(tǒng)鋼鐵材料在決傳統(tǒng)鋼鐵材料在強(qiáng)度、壽命上的不足強(qiáng)度、壽命上的不足。8.2 新型金屬結(jié)構(gòu)材料新型金屬結(jié)構(gòu)材料11 超級(jí)鋼材料計(jì)劃超級(jí)鋼材料計(jì)劃又稱STX- 21( St ructural Materials X for 21 St century ) 即面向21世紀(jì)的結(jié)構(gòu)材料計(jì)劃。 它是日本政府確立的由科學(xué)技術(shù)廳金屬材料技術(shù)研究所從1997 年4 月開始研究的一個(gè)國(guó)家級(jí)課題。其目標(biāo)是將現(xiàn)有鋼材在成分基本不變的前提下實(shí)用強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)壽命提高到現(xiàn)有性能和壽命的2倍，

9、并在2015年前實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。 該課題的目標(biāo)是 在生產(chǎn)成本基本不增加的前提下生產(chǎn)成本基本不增加的前提下將現(xiàn)有的碳素鋼碳素鋼、低合金鋼結(jié)構(gòu)鋼低合金鋼結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度指標(biāo)提高一強(qiáng)度指標(biāo)提高一倍倍，即分別達(dá)到400MPa、800MPa、和1500MPa，并滿足韌度和各種使用性能的要求，追求超細(xì)晶技術(shù)超細(xì)晶技術(shù)、潔凈化技術(shù)潔凈化技術(shù)和均勻技術(shù)均勻技術(shù)的結(jié)合。1213高均勻性技術(shù)高均勻性技術(shù) 高均勻性是指成分、組織和性能的高度均勻。已有試驗(yàn)表明，材料微區(qū)結(jié)構(gòu)越均勻，所對(duì)應(yīng)材料的抗沖擊性能越高。超細(xì)晶技術(shù)超細(xì)晶技術(shù) 金屬材料的強(qiáng)化方式有固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和晶粒細(xì)化強(qiáng)化等。在這些強(qiáng)

10、化方式中，晶粒細(xì)化強(qiáng)化是唯一能夠同時(shí)提高強(qiáng)度和韌度的有效方法。潔凈化技術(shù)潔凈化技術(shù) 各類高潔凈鋼是20世紀(jì)90年代的研究熱點(diǎn)。潔凈化的含義，一是最大限度地去除鋼中P、S、O、N、H（有時(shí)包括C）等雜質(zhì)元素的含量；二是嚴(yán)格控制鋼中夾雜物的數(shù)量、成分、尺寸、形態(tài)及分布。14制造工藝獨(dú)特制造工藝獨(dú)特-強(qiáng)度高，韌性大強(qiáng)度高，韌性大超級(jí)鋼是在壓軋時(shí)把壓力增加到通常的5倍，并且提高冷卻速度和嚴(yán)格控制溫度的條件下制造成功的。 強(qiáng)應(yīng)變加工強(qiáng)應(yīng)變加工其晶粒直徑僅有1微米，為一般鋼鐵的110120，因此組織細(xì)密，強(qiáng)度高，韌性也大，而且即使不添加鎳、銅等元素也能夠保持很高的強(qiáng)度。與普通鋼比較有三個(gè)顯注結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與普通

11、鋼比較有三個(gè)顯注結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 超級(jí)鋼的晶粒結(jié)構(gòu)均勻化程度更高；超級(jí)鋼的晶粒結(jié)構(gòu)均勻化程度更高； 降低了結(jié)構(gòu)中雜質(zhì)和缺陷數(shù)量，使材料純度更高；降低了結(jié)構(gòu)中雜質(zhì)和缺陷數(shù)量，使材料純度更高； 細(xì)化材料的結(jié)構(gòu)使晶粒更小。細(xì)化材料的結(jié)構(gòu)使晶粒更小。15超級(jí)鋼的應(yīng)用超級(jí)鋼的應(yīng)用汽車制造業(yè)汽車制造業(yè)一汽用超級(jí)鋼制造的卡車橫梁一汽用超級(jí)鋼制造的卡車橫梁（如圖）（如圖）16超級(jí)鋼的應(yīng)用超級(jí)鋼的應(yīng)用建筑業(yè)建筑業(yè)低成本高強(qiáng)度的超級(jí)鋼筋建材將為建筑業(yè)提供有力的支撐！低成本高強(qiáng)度的超級(jí)鋼筋建材將為建筑業(yè)提供有力的支撐！ 目前的主要建筑用鋼為Q235 和Q345(相當(dāng)于490MPa 級(jí))。北京奧運(yùn)會(huì)體育場(chǎng)鳥巢鳥巢和央視新大

12、樓央視新大樓也大量使用了Q420和Q460等高強(qiáng)度鋼材高強(qiáng)度鋼材。 廣州新電視塔全部廣州新電視塔全部采用高強(qiáng)鋼，總重采用高強(qiáng)鋼，總重5.55.5萬萬噸，外筒大約噸，外筒大約3 3萬噸，混萬噸，混凝土凝土1515萬立方米，電視萬立方米，電視塔的總重量達(dá)到塔的總重量達(dá)到1010萬噸萬噸以上。以上。 “細(xì)腰細(xì)腰”最小處最小處直徑僅直徑僅3030多米，可抗多米，可抗8 8級(jí)級(jí)地震地震 。17鋁合金材料工藝技術(shù)趨于成熟，高檔鋁材高檔鋁材成為發(fā)展趨勢(shì)。鑄造鋁合金鑄造鋁合金變形鋁合金變形鋁合金 鋁的密度?。s鋁的密度?。s2.7g/cm 3 ），熔點(diǎn)低（），熔點(diǎn)低（660），導(dǎo)電、），導(dǎo)電、導(dǎo)熱性優(yōu)良，無磁

13、性。導(dǎo)熱性優(yōu)良，無磁性。8.2 新型金屬結(jié)構(gòu)材料新型金屬結(jié)構(gòu)材料18 第二次世界大戰(zhàn)期間，鋁材主要用于制造軍用飛機(jī)。由于軍用航空材料的需要，抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度超過500a的Al-Zn-Mg-Cu合金發(fā)展起來，其中最著名的合金是7075。 戰(zhàn)后，鋁工業(yè)界便著手開發(fā)民用鋁合金。系列新合金（尤其是7000系），如7050、7010、7475和7055等研制成功。 鋁合金用量?jī)H次于鋼鐵，成為第二大金屬材料。目前，鋁合金用量?jī)H次于鋼鐵，成為第二大金屬材料。目前，高強(qiáng)、高韌是鋁合金發(fā)展的主要方向。高強(qiáng)、高韌是鋁合金發(fā)展的主要方向。 超高強(qiáng)鋁合金超高強(qiáng)鋁合金 具有很高的強(qiáng)度和韌性（屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度500MPa

14、以上），是航空航天領(lǐng)域極具應(yīng)用前景的結(jié)構(gòu)材料。Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金系鋁合金。19耐熱鋁合金耐熱鋁合金 在高溫下有足夠的抗氧化性和在溫度和載荷（動(dòng)態(tài)和靜態(tài)）的長(zhǎng)時(shí)間作用下，具有抗塑性變形（蠕變）和破壞能力及導(dǎo)熱性好和密度低等特點(diǎn)。 在兵器、船舶、航空、航天、汽車等行業(yè)上應(yīng)用。 如發(fā)動(dòng)機(jī)活塞 Al-Si-Cu-Mg-Ni。 新型耐熱鋁合金是指在快速凝固技術(shù)快速凝固技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的耐熱鋁合金。此類合金多以Al-Fe、Al-Cr、Al-Ti為基，再適當(dāng)添加一些V、Mn、Nb、W、Zr、Mo、Ce等20鋁鋰合金鋁鋰合金輕型結(jié)構(gòu)材料輕型結(jié)構(gòu)材料 以鋁為基添加鋰（一般為以鋁為基添加鋰（一般為3

15、wt3wt左右）及其它元素組成左右）及其它元素組成的合金稱作鋁鋰合金。的合金稱作鋁鋰合金。特點(diǎn)特點(diǎn)：密度低、高強(qiáng)度、高模量以及高比強(qiáng)度和比剛度等。原因原因：鋰的密度為0.534gcm-3，是鋁的1/5，鋼的1/15。在鋁合金中增加少量鋰可使密度顯著降低。 主要系列主要系列：Al-Cu-Li-Zr系、Al-Cu-Mg-Li系、Al-Mg-Li系。用途用途：輕合金中用途最廣泛。民航機(jī)上改用鋁鋰 合金，飛機(jī)重量可以減輕816。21鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 鋁合金在目前的民用飛機(jī)民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的用量約為7080，在軍用飛機(jī)軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的用量約為4060。在最新型的B777

16、客機(jī)上，鋁合金占機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的70。 一些最新型的軍用飛機(jī)（F22，B2）結(jié)構(gòu)上大量應(yīng)用纖纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料和鈦合金鈦合金，鋁合金用量已降到20以下。 鋁：會(huì)飛的金屬！先進(jìn)鋁合金在先進(jìn)鋁合金在A380 上的應(yīng)用上的應(yīng)用 在A380 上廣泛使用了鋁合金，其結(jié)構(gòu)重量百分比達(dá)到60%，與復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了諧調(diào)共存。A380 上應(yīng)用了一些傳統(tǒng)鋁合金，但也引入一些新合金及新結(jié)構(gòu)。 222324 鈦的密度4.51 g/cm 3 ，熔點(diǎn)高（1688 ），密排六方或體心晶格，純鈦的強(qiáng)度低，比強(qiáng)度高（高于鋁、鋼），塑性好，易于加工，耐腐蝕性好；鈦的導(dǎo)熱性差（適合高溫下工作），磨擦系數(shù)大，因而

17、切削、磨削加工性能和耐磨性能差。純鈦在固態(tài)下有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鈦在固態(tài)下有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：在在882.5882.5以下為以下為 -Ti-Ti，具有密排六方晶格；，具有密排六方晶格；在在882.5882.5以上直至熔點(diǎn)為以上直至熔點(diǎn)為-Ti-Ti，具有體心立方晶格。，具有體心立方晶格。即，溫度使材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。即，溫度使材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。鈦是宇航、國(guó)防工業(yè)關(guān)鍵的支撐材料之一。鈦是宇航、國(guó)防工業(yè)關(guān)鍵的支撐材料之一。 8.2 新型金屬結(jié)構(gòu)材料新型金屬結(jié)構(gòu)材料25 工業(yè)純鈦由于其比強(qiáng)度高、耐熱性好、抗腐蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，是航空、船舶、化工等工業(yè)中常用的一種-Ti合金，其板材和棒材可以制造350及

18、以下工作的零件，如飛機(jī)蒙皮、隔熱板、熱交換器等。比強(qiáng)度比強(qiáng)度：材料拉伸強(qiáng)度與其表觀密度之比，是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的重要指標(biāo)。26工業(yè)用鈦合金工業(yè)用鈦合金 在純鈦中加入Al、Mo、Cr、Sn、Mn、V等合金元素形成鈦合金。工業(yè)用鈦合金按其退火組織可分為：、和+三大類，分別稱之為鈦合金、鈦合金和+鈦合金。 相穩(wěn)定元素相穩(wěn)定元素: : 擴(kuò)大擴(kuò)大 相區(qū)，使相區(qū)，使 轉(zhuǎn)變的溫度轉(zhuǎn)變的溫度升高升高的元素；的元素； 相穩(wěn)定元素相穩(wěn)定元素: : 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)，使相區(qū)，使 轉(zhuǎn)變的溫度轉(zhuǎn)變的溫度降低降低的元素，又的元素，又將其細(xì)分為將其細(xì)分為同晶型元素和同晶型元素和共析型元素；共析型元素； 中性元素中性元素:

19、: 對(duì)對(duì)相變溫度相變溫度影響不大的元素。影響不大的元素。 鈦合金具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變溫度隨加入的合金元素的性質(zhì)和含量而定。加入的合金元素通常按其對(duì)鈦同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度的影響分成三類： 27（1） 鈦合金鈦合金 主要加入元素是Al，其次是中性元素Sn和Zr，起固溶強(qiáng)化作用。在退火狀態(tài)下的室溫組織是單相固溶體。型鈦合金的牌號(hào)與工業(yè)純鈦相同，均劃入TA系列系列。型鈦合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，熱處理對(duì)于它們只是為了消除應(yīng)力或消除加工硬化。 （2） +鈦合金鈦合金 退火組織為+，以TC加順序號(hào)表示其合金的牌號(hào)。組織以相為主，相的數(shù)量通常不超過30%。合金可通過淬火及時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化，多在退火狀態(tài)下使用。+型鈦

20、合金的室溫強(qiáng)度和塑性高于型鈦合金，生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，通過改變成分和選擇熱處理制度又能在很寬的范圍內(nèi)改變合金的性能，應(yīng)用比較廣泛，尤以TC4用途最廣、用量最多。 28（3）鈦合金鈦合金 以TB加順序號(hào)表示其合金的牌號(hào)。合金加入了大量的多組元相穩(wěn)定元素，同時(shí)還加入相穩(wěn)定元素Al。應(yīng)用的型鈦合金主要為亞穩(wěn)定的鈦合金，退火狀態(tài)為+兩相組織，將其加熱到單相區(qū)后淬火，因相來不及析出而得到過飽和的相，稱為亞穩(wěn)相。 該類合金塑性好，易于冷加工成形，成形后可通過時(shí)效處理，使強(qiáng)度提高； 該類合金的淬透性高； 化學(xué)成分偏析嚴(yán)重，這種類型的合金只有兩個(gè)牌號(hào)，實(shí)際獲得應(yīng)用的僅有TB2一種。 29 型鈦合金性能及應(yīng)用型鈦

21、合金性能及應(yīng)用 性能：室溫強(qiáng)度低，高溫強(qiáng)度高；具有良好的抗氧化性、焊接性和耐蝕性，不可熱處理強(qiáng)化，退火態(tài)使用； 牌號(hào)：TA4、TA5、TA6、TA7、TA8等，常用的有TA5、TA7等，以TA7最常用。TA7還具有優(yōu)良的低溫性能； 用途：用于制造500以下溫度工作的火箭、飛船的低溫高壓容器，航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片和管道、導(dǎo)彈燃料缸等。TA5主要用于制造船艦零件。 30 型鈦合金性能及應(yīng)用型鈦合金性能及應(yīng)用 牌號(hào)：有TB1、TB2兩個(gè)，可熱處理強(qiáng)化，實(shí)際 應(yīng)用的為TB2。 性能：合金的強(qiáng)度高、焊接性好。熱穩(wěn)定性差。 用途：用于制造350以下溫度工作的飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、彈簧、緊固件等。 31 型鈦合金

22、性能及應(yīng)用型鈦合金性能及應(yīng)用 性能：具有型和型鈦合金的優(yōu)點(diǎn)，但焊接性能不如型鈦合金，可通過熱處理來強(qiáng)化。 牌號(hào)：TC1TC11，常用的有TC3、TC4、TC6、TC10等，以TC4（ Ti-6Al-4V）最常用。 用途：制造400以下工作的航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼，火箭和導(dǎo)彈的液氫燃料箱部件，船艦?zāi)蛪簹んw等。TC10是在TC4基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有更高的強(qiáng)度和耐熱性。 高溫鈦合金：典型牌號(hào)高溫鈦合金：典型牌號(hào)TC4TC4，成分為，成分為Ti-6Al-4VTi-6Al-4V32我國(guó)鈦合金的牌號(hào)、成分及性能我國(guó)鈦合金的牌號(hào)、成分及性能33美國(guó)：B120VCA（Ti-13V-11Cr-3

23、Al）20世紀(jì)50年代研制； Ti1023（Ti-10V-2Fe-3Al）； Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá) 1000MPa以上； 21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si）日本：SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）俄羅斯：BT-22（Ti-5V-5Mo-1Cr-5Al）國(guó)外高強(qiáng)高韌鈦合金的牌號(hào)國(guó)外高強(qiáng)高韌鈦合金的牌號(hào)34 飛機(jī)飛機(jī)和導(dǎo)彈導(dǎo)彈的速度已增加到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過音速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過音速，某些采用鋁合金的部件已不能滿足其耐熱性耐熱性的要求，所以采用新材料，尤其是鈦及其合金來代替。 鈦密度小，具有高的熱強(qiáng)性和持久強(qiáng)度，對(duì)在振動(dòng)載荷及沖

24、擊載荷作用下裂紋擴(kuò)展的敏感性低，并且有良好的耐蝕性。因此在發(fā)動(dòng)機(jī)及殼體結(jié)構(gòu)中優(yōu)先采用了高強(qiáng)度的鈦及鈦合金。 美國(guó)的高空超音速偵察機(jī)美國(guó)的高空超音速偵察機(jī)SR-71SR-71是應(yīng)用例證是應(yīng)用例證,20,20世紀(jì)世紀(jì)6060年年代生產(chǎn)的代生產(chǎn)的SR-71SR-71用鈦量達(dá)機(jī)體用鈦量達(dá)機(jī)體質(zhì)量的質(zhì)量的93%,93%,而且首次采用了而且首次采用了鈦合金。鈦合金。 35F119發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)F22猛禽戰(zhàn)機(jī)鈦合金占猛禽戰(zhàn)機(jī)鈦合金占41%36 鈦合金新進(jìn)展鈦合金新進(jìn)展 近年來，各國(guó)正在開發(fā)低成本和高性能的新型鈦合金，努力使鈦合金進(jìn)入具有巨大市場(chǎng)潛力的民用工業(yè)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外鈦合金材料的研究新進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾方

25、面。 （1）高溫鈦合金）高溫鈦合金 第一個(gè)研制成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V，使用溫度為300350。隨后相繼研制出使用溫度達(dá)400的IMI550、BT3-1等合金，以及使用溫度為450500的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。 目前已成功地應(yīng)用在軍用和民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的新型高溫鈦合金有：英國(guó)的IMI829、IMI834合金，美國(guó)的Ti-1100合金，俄羅斯的BT18Y、BT36合金等。 37部分國(guó)家新型高溫鈦合金的最高使用溫度部分國(guó)家新型高溫鈦合金的最高使用溫度 38（2）鈦鋁化合物為基的鈦合金）鈦鋁化合物為基的鈦合金 與一般鈦合金相比，鈦鋁化合物為基的

26、Ti3Al（2）和TiAl（）金屬間化合物的最大優(yōu)點(diǎn)是：高溫性能好（最高使用溫度分別為816和982），抗氧化能力強(qiáng)，抗蠕變性能好和輕質(zhì)（密度僅為鎳基合金的1/2)。目前，已有兩個(gè)Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-0.5Mo在美國(guó)開始批量生產(chǎn)。其他近年來發(fā)展的Ti3Al為基的鈦合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等。 TiAl（）為基的鈦合金受關(guān)注的成分范圍為Ti-（4652）Al-（110）M（為V,Cr,Mn,Nb,Mn,Mo和中的至少一種元素）。最近，TiAl3為基的鈦合金開始引起注

27、意，如Ti-65Al-10Ni合金。 39（3）高強(qiáng)高韌）高強(qiáng)高韌型鈦合金型鈦合金 型鈦合金最早是20世紀(jì)50年代中期由美國(guó)Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13V-11Cr-3Al）。新型高強(qiáng)高韌型鈦合金最具代表性的有以下幾種: Ti1023（Ti-10V-2Fe），該合金具有優(yōu)異的鍛造性能；），該合金具有優(yōu)異的鍛造性能； Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），該合金冷加工性能比工業(yè)純鈦還好，），該合金冷加工性能比工業(yè)純鈦還好，時(shí)效后的室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)時(shí)效后的室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)1000MPa以上；以上； 21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si）

28、，該合金是由美國(guó)鈦金屬公司），該合金是由美國(guó)鈦金屬公司Timet分部研制的一種新型抗氧化、超高強(qiáng)鈦合金，具有良好的抗氧化性能，分部研制的一種新型抗氧化、超高強(qiáng)鈦合金，具有良好的抗氧化性能，冷熱加工性能優(yōu)良，可制成厚度為冷熱加工性能優(yōu)良，可制成厚度為0.064mm的箔材；的箔材； 日本鋼管公司（日本鋼管公司（NKK）研制成功的）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）鈦）鈦合金，該合金強(qiáng)度高，超塑性延伸率高達(dá)合金，該合金強(qiáng)度高，超塑性延伸率高達(dá)2000，且超塑成形溫度比，且超塑成形溫度比Ti-6Al-4V低低140，可制造各種航空航天構(gòu)件；，可制造各種航空航天構(gòu)件； 俄羅

29、斯研制的俄羅斯研制的BT-22（Ti-5V-5Mo-1Cr-5Al），抗拉強(qiáng)度），抗拉強(qiáng)度1105MPa。 40（）阻燃鈦合金（）阻燃鈦合金 常規(guī)鈦合金在特定條件下有燃烷的傾向，這在很大程度上限制了其應(yīng)用。針對(duì)這種情況，各國(guó)都展開了對(duì)阻燃鈦合金的研究并取得一定突破。 美國(guó)研制出的Alloy C（也稱為Ti-1720），名義成分為50Ti-35V-15Cr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），是一種對(duì)持續(xù)燃燒不敏感的阻燃鈦合金，己用于F119發(fā)動(dòng)機(jī)。BTT-1和BTT-3為俄羅斯研制的阻燃鈦合金，均為Ti-Cu-Al系合金，具有相當(dāng)好的熱變形工藝性能，可用其制成復(fù)雜的零件。 41高溫合金的定義高溫合金的定義 高溫合金是

30、指以鐵、鎳、鈷為基基，能在600以上以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類金屬材料。 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 高溫合金具有較高的高溫強(qiáng)度； 良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能； 良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性。組織特點(diǎn)組織特點(diǎn)： 高溫合金為單一（奧氏體奧氏體）基體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用的可靠性。1.高溫合金概述高溫合金概述8.2 新型金屬結(jié)構(gòu)材料新型金屬結(jié)構(gòu)材料421929年：英美年：英美Meriea、Bedford和和Pilling將少量的將少量的Ti和和Al加入到加入到80Ni-20Cr電工合金，蠕變顯著強(qiáng)化。電工合金，蠕變顯著強(qiáng)化。1937年：德年：德Hans von oh

31、ain渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)Heinkel問世。問世。1939年：英研制出年：英研制出Whittle渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。1939年：英年：英Mond鎳公司鎳公司(國(guó)際鎳公司國(guó)際鎳公司)研制出鎳基合金研制出鎳基合金Nimonic 75，準(zhǔn)，準(zhǔn)備用作備用作Whittle發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片，后為發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片，后為Nimonic 80取代，其含取代，其含鋁、鈦，蠕變性能比鋁、鈦，蠕變性能比Nimonic 75高高50。1942年：年：Nimonic 80用作渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，成為最早的用作渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，成為最早的Ni3(A1，Ti)強(qiáng)化的渦輪葉片材料。此后，該公司在合金中加

32、入硼、鋯、強(qiáng)化的渦輪葉片材料。此后，該公司在合金中加入硼、鋯、鈷、鉬等合金元素，相繼開發(fā)了鈷、鉬等合金元素，相繼開發(fā)了Nimonic80A、Nimonic 90等等合金，形成合金，形成Nimonic合金系列。合金系列。 國(guó)外高溫合金發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外高溫合金發(fā)展?fàn)顩r431932年：美國(guó)年：美國(guó)Halliwell開發(fā)了含鋁、鈦的彌散強(qiáng)化型鎳基合金開發(fā)了含鋁、鈦的彌散強(qiáng)化型鎳基合金K42B，用以制造活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓渦輪。用以制造活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓渦輪。1941年：美國(guó)開始發(fā)展航空燃?xì)鉁u輪。年：美國(guó)開始發(fā)展航空燃?xì)鉁u輪。1942年：年：Hastelloy B鎳基合金用于鎳基合金用于GE公司的公司

33、的Bellp-59噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其后噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其后的的I-40噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。1944年：西屋公司的年：西屋公司的Yan Kee19A發(fā)動(dòng)機(jī)采用鈷基合金發(fā)動(dòng)機(jī)采用鈷基合金HS 23精密鑄造葉精密鑄造葉片。片。1950年美國(guó)出兵朝鮮，由于鈷的資源短缺，鎳基合金得到發(fā)展并被廣泛年美國(guó)出兵朝鮮，由于鈷的資源短缺，鎳基合金得到發(fā)展并被廣泛用作渦輪葉片。美國(guó)的用作渦輪葉片。美國(guó)的PW公司、公司、GE公司和特殊金屬公司分別公司和特殊金屬公司分別開發(fā)出了開發(fā)出了Waspalloy、M-252和和Udmit 500等合金。并在這些合等合金。并在這些合金發(fā)展基礎(chǔ)上，形成了金發(fā)展基礎(chǔ)上，形成了Incone

34、l、Mar-M和和Udmit等牌號(hào)系列。等牌號(hào)系列。 44二十世紀(jì)40年代50年代中期： 通過合金成分的調(diào)整合金成分的調(diào)整來提高合金的性能。二十世紀(jì)40 年代： 出現(xiàn)了真空熔煉技術(shù)真空熔煉技術(shù)，去除合金中有害雜質(zhì)和氣體，精確控制合金成分，如Mar-M200、In100和B1900等高性能的鑄造高溫合金。二十世紀(jì)60年代： 定向凝固定向凝固、單晶合金單晶合金、粉末冶金粉末冶金、機(jī)械合金化機(jī)械合金化、陶瓷陶瓷過濾過濾、等溫鍛造等溫鍛造等新型工藝的研究開發(fā)。其中定向凝固工藝所起的作用尤為重要，采用定向凝固工藝制出的單晶合金，其使用溫度接近合金熔點(diǎn)的90。至今，各國(guó)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)無不采用單晶高溫合金渦

35、輪葉片。 制造工藝對(duì)高溫合金的發(fā)展起著極大的推進(jìn)作用。制造工藝對(duì)高溫合金的發(fā)展起著極大的推進(jìn)作用。451956年：正式開始研制生產(chǎn)高溫合金，第一種高溫合金是GH3030，用作WP5火焰筒（殲-5），由撫順鋼廠、鞍山鋼鐵公司、冶金部鋼鐵研究總院、航空材料研究所和410廠共同試制1957年：通過長(zhǎng)期試車后投入生產(chǎn)。57年底：繼GH3030合金之后，WP5發(fā)動(dòng)機(jī)用的GH4033(DH437B)、K412合金相繼試制成功。60年代初：先后研制成功GH4037、GH3039、GH3044、GH4049、GH3128、K417等高溫合金。70年代初：高溫合金的生產(chǎn)試制和研究已初具規(guī)模，通過仿制、消化和發(fā)展

36、蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金及其工藝，質(zhì)量達(dá)到或超過蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)物水平。我國(guó)高溫合金發(fā)展歷程我國(guó)高溫合金發(fā)展歷程46 我國(guó)資源缺鎳少鈷缺鎳少鈷，鐵基高溫合金的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用成為六七十年代的主線。至70年代初，研制生產(chǎn)的鐵基高溫合金牌號(hào)達(dá)33個(gè)，其中我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的達(dá)18種之多。大量應(yīng)用至今的有GHll40、GH2135、GH35A和K213等4種合金。70年代后：引進(jìn)歐美發(fā)動(dòng)機(jī)WS-8、WS-9、WZ-6、WZ-8，并研制生產(chǎn)WP13等發(fā)動(dòng)機(jī)，引進(jìn)和試制了一批歐美體系的高溫合金，使我國(guó)高溫合金生產(chǎn)水平接近西方工業(yè)國(guó)家的水平。自行研究和開發(fā)了一批新的鎳基合金，如GH4133、GH4133B、GH3128

37、、GHl70、K405、K423A、K419等。474040多年來：多年來： 研究、試制和生產(chǎn)了研究、試制和生產(chǎn)了100100多種高溫合金，總計(jì)產(chǎn)量達(dá)多種高溫合金，總計(jì)產(chǎn)量達(dá)6 6萬萬t t左右。左右。生產(chǎn)高溫合金的裝備：大型真空感應(yīng)爐、不同容量的電渣爐、生產(chǎn)高溫合金的裝備：大型真空感應(yīng)爐、不同容量的電渣爐、1 17t7t大大型真空電弧爐、型真空電弧爐、200kg200kg真空電子束爐以及大型快鍛、精鍛機(jī)、擠壓機(jī)、真空電子束爐以及大型快鍛、精鍛機(jī)、擠壓機(jī)、水壓機(jī)等設(shè)備。水壓機(jī)等設(shè)備。 國(guó)際公認(rèn)的工藝技術(shù)：低偏析新技術(shù)和加鎂微合金化技術(shù)。通過國(guó)際公認(rèn)的工藝技術(shù)：低偏析新技術(shù)和加鎂微合金化技術(shù)。通

38、過低偏析技術(shù)，控制雜質(zhì)元素磷、硫、硅等的低含量，創(chuàng)制了一系列低低偏析技術(shù)，控制雜質(zhì)元素磷、硫、硅等的低含量，創(chuàng)制了一系列低偏析合金，其承溫能力比原型合金高偏析合金，其承溫能力比原型合金高20202525。在國(guó)外加。在國(guó)外加MgMg凈化材凈化材質(zhì)和改善熱加工性能基礎(chǔ)上，我國(guó)七八十年代進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)質(zhì)和改善熱加工性能基礎(chǔ)上，我國(guó)七八十年代進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)MgMg的偏聚晶的偏聚晶界、改變晶界行為可顯著提高合金的持久強(qiáng)度和塑性等性能。界、改變晶界行為可顯著提高合金的持久強(qiáng)度和塑性等性能。 19641964年開始，高溫合金應(yīng)用于民用工業(yè)部門，如柴油機(jī)增壓渦年開始，高溫合金應(yīng)用于民用工業(yè)部門，如柴油機(jī)增壓渦輪、地面

39、燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)、核反應(yīng)堆燃料空位格架等。在民用工輪、地面燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)、核反應(yīng)堆燃料空位格架等。在民用工業(yè)的推廣應(yīng)用中，除傳統(tǒng)的高溫高強(qiáng)度的高溫合金外，還相繼開發(fā)出業(yè)的推廣應(yīng)用中，除傳統(tǒng)的高溫高強(qiáng)度的高溫合金外，還相繼開發(fā)出一批高溫耐磨和高溫耐蝕的高溫合金。一批高溫耐磨和高溫耐蝕的高溫合金。 482.高溫合金的分類和牌號(hào)高溫合金的分類和牌號(hào)按基體分類按基體分類： 鐵基:（含2560%Ni，又稱鐵鎳基）最高使用溫度800 鎳基:(Ni-Al-Cr-Co-W-Mo-Nb-Ta-C-B-Zr-Ce-Y-Hf-Re-Ru)最高使用溫度1150 鈷基:（Co-Cr-W-Mo-Nb-Al-Ti-C

40、)最高使用溫度1100 IMC基合金（Ni3Al、NiAl、高Nb-TiAl) 鉻基合金（特殊情況下使用） （1）高溫合金的分類）高溫合金的分類因合金化程度很高，在英美稱之超合金（superalloy）。 49按強(qiáng)化機(jī)制分類按強(qiáng)化機(jī)制分類： 固溶強(qiáng)化型 時(shí)效沉淀強(qiáng)化型 彌散強(qiáng)化型 復(fù)合強(qiáng)化型 按成型方式分類按成型方式分類 : 變形合金變形合金：鑄錠熱變形（鍛、軋）熱處理（固溶時(shí)效） 鑄造合金鑄造合金：鑄錠重熔成零件熱處理（固溶時(shí)效） 細(xì)分：普通鑄造（CC）； 定向凝固 (DS) ； 單晶 (SX) 粉末冶金高溫合金粉末冶金高溫合金：鑄錠制粉壓實(shí)熱變形熱處理 50（2）高溫合金的牌號(hào)）高溫合金的

41、牌號(hào)美國(guó):Inconel系，IN，Mar-M， Udimet， CMSX， Rene， PWA 等 英國(guó):Nimomic，PE，PK，RR 法國(guó):AM，MC 俄羅斯：， C等 中國(guó)：變形合金：GH（50） 鑄造合金： CC：K （28） DS：DZ（10） SX：DD 粉末合金：FGH（95，96） 51我國(guó)高溫合金我國(guó)高溫合金：漢語拼音字母成形方式強(qiáng)化類型與基體組元漢語拼音字母成形方式強(qiáng)化類型與基體組元變形高溫合金變形高溫合金：“GHGH 4 4位阿拉伯?dāng)?shù)字位阿拉伯?dāng)?shù)字” “G”G”、“H”H”分別為分別為“高高”、“合合”漢語拼音的第一個(gè)字母漢語拼音的第一個(gè)字母 “ “GH”GH”后的第一

42、位數(shù)字為分類號(hào)：后的第一位數(shù)字為分類號(hào)： l l和和22鐵基或鐵鎳基高溫合金鐵基或鐵鎳基高溫合金 3 3和和44鎳基合金鎳基合金 5 5和和66鈷基合金鈷基合金 1 1、3 3和和55固溶強(qiáng)化型固溶強(qiáng)化型 2 2、4 4和和66時(shí)效沉淀強(qiáng)化型時(shí)效沉淀強(qiáng)化型 “ “GH”GH”后的第后的第2 2、3 3、4 4位數(shù)字則表示合金的編號(hào)。位數(shù)字則表示合金的編號(hào)。 如：如： GH4169GH4169。時(shí)效沉淀強(qiáng)化型鎳基高溫合金，編號(hào)。時(shí)效沉淀強(qiáng)化型鎳基高溫合金，編號(hào)169169鑄造高溫合金鑄造高溫合金：“K K 3 3位阿拉伯?dāng)?shù)字位阿拉伯?dāng)?shù)字” 。 “K”K”后第后第1 1位數(shù)字表示分類號(hào)，其含義與變

43、形合金相同位數(shù)字表示分類號(hào)，其含義與變形合金相同 2 2、3 3位數(shù)字位數(shù)字合金編號(hào)。合金編號(hào)。 如：如：K418K418。 時(shí)效沉淀強(qiáng)化型鎳基鑄造高溫合金，編號(hào)時(shí)效沉淀強(qiáng)化型鎳基鑄造高溫合金，編號(hào)181852粉末高溫合金粉末高溫合金：“FGH”FGH”后跟阿拉伯?dāng)?shù)字表示后跟阿拉伯?dāng)?shù)字表示焊接用的高溫合金絲焊接用的高溫合金絲：“HGH”HGH”后跟阿拉伯?dāng)?shù)字后跟阿拉伯?dāng)?shù)字 MGHMGH機(jī)械合金化粉末高溫合金機(jī)械合金化粉末高溫合金 DKDK定向凝固高溫合金定向凝固高溫合金 DDDD單晶鑄造高溫合金單晶鑄造高溫合金 70年代以前，我國(guó)高溫合金牌號(hào)簡(jiǎn)單，變形高溫合金只有3位數(shù)字編號(hào)，鑄造高溫合金只有

44、2位數(shù)字編號(hào)，即省略了前綴后的表示基體類別和強(qiáng)化型類別的第一位數(shù)字，如“K17”，即現(xiàn)在的“K417”，“GH39”即為現(xiàn)在的“GH3039”533.高溫合金的強(qiáng)化高溫合金的強(qiáng)化 鎳基高溫合金鎳基高溫合金應(yīng)用廣泛，鐵基高溫合金鐵基高溫合金和鈷基高溫合金鈷基高溫合金也有一定的應(yīng)用。所有高溫合金都含有多種合金元素多種合金元素，有時(shí)多達(dá)幾十種。這些合金元素將產(chǎn)生合金強(qiáng)化合金強(qiáng)化。 合金強(qiáng)化合金強(qiáng)化：加入的多種合金元素與基體元素：加入的多種合金元素與基體元素( (鎳、鐵或鎳、鐵或鈷鈷) )產(chǎn)生作用，從而產(chǎn)生強(qiáng)化效應(yīng)。產(chǎn)生作用，從而產(chǎn)生強(qiáng)化效應(yīng)。 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化( (沉淀析出強(qiáng)化

45、和彌散相強(qiáng)化沉淀析出強(qiáng)化和彌散相強(qiáng)化) ) 晶界強(qiáng)化晶界強(qiáng)化 工藝強(qiáng)化工藝強(qiáng)化：采用新工藝，或者改善冶煉、凝固結(jié)晶、熱：采用新工藝，或者改善冶煉、凝固結(jié)晶、熱加工、熱處理及表面處理等環(huán)節(jié)從而改善合金組織結(jié)構(gòu)而強(qiáng)加工、熱處理及表面處理等環(huán)節(jié)從而改善合金組織結(jié)構(gòu)而強(qiáng)化?；?高溫合金強(qiáng)化高溫合金強(qiáng)化= =合金強(qiáng)化合金強(qiáng)化+ +工藝強(qiáng)化工藝強(qiáng)化544.高溫合金的用途高溫合金的用途 主要應(yīng)用領(lǐng)域主要應(yīng)用領(lǐng)域 航空、航天、核工業(yè)、能源動(dòng)力、交通運(yùn)輸、石油化工、冶金等 。 高溫合金中一部分主要仍然利用高溫合金的高溫高強(qiáng)高溫合金中一部分主要仍然利用高溫合金的高溫高強(qiáng)度特性，而另有一大部分則主要是開發(fā)和應(yīng)用高

46、溫合金的度特性，而另有一大部分則主要是開發(fā)和應(yīng)用高溫合金的高溫耐磨和耐腐蝕性能。高溫耐磨和耐腐蝕性能。航空上的應(yīng)用航空上的應(yīng)用： 現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總量的4060，主要用于四大熱端部件四大熱端部件：導(dǎo)向器導(dǎo)向器、渦輪葉片渦輪葉片、渦輪盤渦輪盤和燃燃燒室燒室?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)高溫?zé)岫瞬考??；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)高溫?zé)岫瞬考?5 輕質(zhì)高性能輕質(zhì)高性能鎂合金因具有系列優(yōu)良性能和資源優(yōu)勢(shì)而被稱為“21世紀(jì)新興綠色工程材料”，也是工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家大力發(fā)展的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。 鎂鋁鋅（鎂鋁鋅（AZAZ） 330MPa，強(qiáng)度較高，能夠熱處理強(qiáng)化且具有良好的鑄造性能。，強(qiáng)度較高，能夠熱處理

47、強(qiáng)化且具有良好的鑄造性能。 合金系的耐蝕性較差，屈服強(qiáng)度和耐熱性較低。合金系的耐蝕性較差，屈服強(qiáng)度和耐熱性較低。 添加微量稀土元素可以改善鑄造、加工性能。添加微量稀土元素可以改善鑄造、加工性能。 鎂鋅鋯（鎂鋅鋯（ZKZK） 420MPa ，鎂合金中強(qiáng)度最高的合金系，最有代表性，鎂合金中強(qiáng)度最高的合金系，最有代表性ZK60。強(qiáng)度、塑性、韌性都好的高強(qiáng)度鎂合金。強(qiáng)度、塑性、韌性都好的高強(qiáng)度鎂合金。 鑄造性能沒有鎂鋁鋅系合鑄造性能沒有鎂鋁鋅系合金好，偏析嚴(yán)重。金好，偏析嚴(yán)重。 高強(qiáng)度鎂合金高強(qiáng)度鎂合金8.2 新型金屬結(jié)構(gòu)材料新型金屬結(jié)構(gòu)材料56Mg-AlMg-Al系耐熱鎂合金系耐熱鎂合金 Mg-Al

48、耐熱鎂合金主要包括耐熱鎂合金主要包括AZ(Mg2Al2Zn) 系和系和AM(Mg2Al2Mn) 系，為鑄造耐熱鎂合金。系，為鑄造耐熱鎂合金。 Mg-REMg-RE系耐熱鎂合金系耐熱鎂合金 開始應(yīng)用的耐熱變形鎂開始應(yīng)用的耐熱變形鎂-稀土系合金有：稀土系合金有：Mg-Mn-Ce系，系，Mg-Mn-Nd系，系，Mg-Y-Zn-Zr和和Mg-Zn-Nd系。系。 鎂釷系合金鎂釷系合金 以釷做主要元素的鎂合金，生產(chǎn)在以釷做主要元素的鎂合金，生產(chǎn)在300400的高溫中工作的結(jié)構(gòu)的高溫中工作的結(jié)構(gòu)材料材料. 釷是放射性元素，我國(guó)禁止使用的。釷是放射性元素，我國(guó)禁止使用的。耐熱鎂合金耐熱鎂合金 有些鎂合金零件要

49、求在較高的溫度下工作而不發(fā)生時(shí)效。有些鎂合金零件要求在較高的溫度下工作而不發(fā)生時(shí)效。 鑄造合金零件要求在鑄造合金零件要求在150溫度下強(qiáng)度大于溫度下強(qiáng)度大于150MPa； 變形鎂合金零件要求在變形鎂合金零件要求在200-300，持久強(qiáng)度為，持久強(qiáng)度為50-100MPa的耐熱的耐熱鎂合金。鎂合金。 57阻尼鎂合金阻尼鎂合金晶體材料的阻尼機(jī)制可分為四類：熱彈性阻尼、磁阻晶體材料的阻尼機(jī)制可分為四類：熱彈性阻尼、磁阻尼、粘性阻尼和缺陷阻尼尼、粘性阻尼和缺陷阻尼振動(dòng)和噪聲振動(dòng)和噪聲三大公害之一三大公害之一 減小振動(dòng)，降低噪聲減小振動(dòng)，降低噪聲采用高阻尼合金采用高阻尼合金 純鎂及其合金阻尼性能主要來源于位錯(cuò)，屬于缺陷阻尼純鎂及其合金阻尼性能主要來源于位錯(cuò)，屬于缺陷阻尼58 阻尼，又稱內(nèi)耗。指材料在振動(dòng)中由于內(nèi)部原因引起機(jī)械振動(dòng)能消耗的現(xiàn)象，這種能量消耗