南开大学奇妙的材料世界 第四讲-第三章，航天飞机材料.ppt

第三章 金属材料的力学性能 第一节 航天飞机及其材料 太空轨道中飞行器很多：宇宙飞行器、探测器、空间站和人造卫星。 航天飞机集火箭、卫星、飞机的优点于一身，既能像火箭一样垂直发射，又能像卫星那样在太空轨道绕地球飞行，还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆。 代表人类科技发展最高水平。 目前，美国有五架，其中两架失事；前苏联有一架。 部件： 温度 总热寿命(s) 热循环(次) 环境 固体火箭喷管： 3200℃； 0.02 1 燃气 飞行器鼻锥 ： 1500℃ 50~100 100 空气 (3000℃) 航天发动机 推力室： 1650℃ 15 1000 燃气 导弹再入 6600℃ 0.01 1 离解气体 飞行器鼻锥： 洲际导弹再入大气层的温度高达6600℃，任何金属材料都会烧为灰烬只有C/C复合材料仅烧蚀减薄，不会熔融。再入大气层时表面烧蚀减薄，未烧蚀层与战斗部一起击中目标。 常用材料的溶点： Ti：1943K Cr: 2130 K Cu: 1357K Fe: 1809K Al: 933K W: 3680K 航天飞机的材料： 轨道器返加地面：速度达到25倍音速，迎流面温度达到1400℃（3000℃)。 机头和机冀：碳基石墨织物全碳复合材料，外层是用化学方法处理过的碳化硅； 隔热瓦：厚约3厘米，由两部分构成：外层包覆约1毫米的高辐射陶瓷材料，而内部是导热系数非常低的耐高温陶瓷纤维。 绝热泡沫材料：聚异氰酸脂，防止结冰。脱落现象是一个大问题。 轨道器壳体框架、舱壁和蒙皮 ：铝、铝合金 比铝合金更好的航天结构材料是：钛合金、铝-锂合金-高性能结构材料。 所谓高性能结构材料，是指那些具有高强度、高韧性、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等特殊性能的材料。 第二节 材料的力学性能 材料的力学性能，即材料在一定的温度条件和受外力(载荷)作用下，抵抗变形和断裂的能力，也称材料的机械性能。 一、强度与塑性及拉伸实验 二、韧性及冲击试验 三、硬度及硬度试验 视频讲解（30min) 一、强度与塑性及拉伸实验 应力：单位横截面积所受载荷P 的作用力，称为应力，以σ表示，单位Mpa。 σ＝P/F0 应变 ：拉伸时，试样单位长度的伸长量 ε=ΔL/L0 Oa: 弹性变形： ab:微量塑性变形阶段： bc: 屈服阶段 cd:均匀变形阶段： de: 颈缩阶段： σP 叫弹性极限 σs 叫屈服极限或屈服强度 σb叫抗拉强度。 强度的衡量指标 (1)强度： 材料在载荷作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。 (2) 弹性极限: 材料在外力作用下，产生弹性变形时所能承受的最大应力， σP 。 (3) 屈服极限：材料在外力作用下发生塑性变形的最小应力，σs ，也叫屈服极限、屈服点。条件屈服极限：0.2%塑性变形 (4) 抗拉强度： 材料拉引断裂前所能承受的最大应力,σb ,强度极限。 塑性的衡量指标 塑性是指材料在断裂前发生塑性变形有能力。 二、韧性及冲击试验 冲击韧性： 是材料在高速冲击状态下发生断裂时单位面积上所需的能量。也叫冲击强度 三、硬度及硬度试验 材料不大的表面抵抗其他较硬物体压入表面的能力称为硬度。 布氏、洛氏、维氏 布氏：钢球压入表面；kg/mm2 ， 洛氏：以钢球压入深度表示 维氏：用正菱形金刚石压入，以对角线计算面积，求kg/mm2 硬度与结构： ①化学键愈强其硬度一般都高。 一价键的硬度：共价键≥离子键＞金属键＞氢键＞范德华键。 ② 对于离子键：电价愈大，离子半径愈小，硬度愈高。 ③对于金属键：纯金属(Mg，Ag，Au，Pb等)较软，熔点也低；而Cr，Fe，Mo．W等较硬，熔点也高。这是由于这些金属的原子结构不同研造成的。 四、其他力学性能指标 弯曲强度也叫