新型高性能结构材料一.ppt

超硬材料的发展历程如表12-1所示。二、超硬材料的性能及应用1.天然单晶金刚石天然金刚石是一种各向异性的单晶体。硬度达9000-10000HV，是自然界中最硬的物质，最重要的用途在于高速超精加工有色金属及其合金。2.人造单晶金刚石人造单晶金刚石硬度略逊于天然金刚石，其解理方向和尺寸变得可控和统一。第5页,共29页，星期六，2024年，5月时间超硬材料公司方法用途1955人造单晶金刚石美国GE高温高压磨料1957立方氮化硼美国GE高温高压磨料1977人造聚晶金刚石，立方氮化硼烧结体美国GE高温高压刀具1995人造单晶金刚石刀具近年人造单晶立方氮化硼刀具近年类金刚石膜刀具近年金刚石薄膜CVD刀具近年金刚石厚膜CVD刀具表12-1超硬材料发展史第6页,共29页，星期六，2024年，5月3．人造聚晶金刚石人造聚晶金刚石是在高温高压下将金刚石微粉加溶剂聚合而成的多晶体材料其硬度比天然金刚石低（6000HV左右），但抗弯强度比天然金刚石高很多主要用来制作刀具。4．化学气相沉积金刚石膜金刚石膜是采用化学气相沉积(简称CVD)的方法制备出来的一种多晶纯金刚石材料，他呈膜状附着于基体表面，故又常称金刚石膜。第7页,共29页，星期六，2024年，5月5．立方氮化硼立方氮化硼微粉的显微硬度为8000~9000HV，仅次于金刚石，但热硬度和热稳定性比金刚石高很多。立方氮化硼在1300℃时仍能保持其硬度。6．立方氮化硼烧结体立方氮化硼烧结体具有较高的硬度(3000~5000HV)和耐磨性，并具有很高的热稳定性，在800℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的常温硬度。第8页,共29页，星期六，2024年，5月第二节：超塑性合金一、超塑性的定义变形所需应力却很小，变形均匀，拉伸时不产生颈缩；无加工硬化，无弹性回复，变形后内部无残余应力，无各向异性，这种现象即为超塑性。图12-1为Ni-Fe-Cr合金延伸率达1000%以上而无颈缩的拉伸试样图。第9页,共29页，星期六，2024年，5月超塑性合金

Superplasticalloy1超塑性合金现象金属在某一小的应力状态下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出现缩颈，也不发生断裂，呈现一种异常的延伸现象。第10页,共29页，星期六，2024年，5月图12-1Ni-Fe-Cr合金延伸率达1000%以上而无颈缩的拉伸试样图a拉伸试验前；b拉伸试验后第11页,共29页，星期六，2024年，5月4.3.1超塑性现象产生超细化晶粒；适宜的温度和应变速率。产生超塑性的条件晶粒的超细化、等轴化以及稳定化可通过合金化，控制凝固过程、热处理、形变热处理、粉末冶金、机械加工等方法来实现。第12页,共29页，星期六，2024年，5月6.4.2超塑性合金类别结构类别：细晶超塑性相变超塑性合金种类：锌基合金：巨大的无颈缩延伸率；低蠕变强度，冲压加工性能差铝基合金：综合力学性能较差，室温脆性大镍基合金超塑性钢：钛基合金第13页,共29页，星期六，2024年，5月金属材料在一般条件下没有超塑性。要使其能够发生超塑性形变，必须具备以下三个条件：①材料必须为具有细小等轴晶粒的两相组织，晶粒直径必须小于10μｍ(超细晶粒)，且在超塑性形变过程中晶粒不显著长大；②超塑性形变要求一定的温度范围，一般为熔点的0.5~0.65倍；③超塑性形变时的应变速率很小，一般需在0.01~0.0001/s的范围内。第14页,共29页，星期六，2024年，5月二、超塑性行为的产生研究发现，在两种特定的条件下，会出现合金的超塑性行为：如图12-2所示。①相变超塑性②微细晶粒超塑性三、超塑性合金的应用超塑性合金最大的应用就是航空航天材料。第15页,共29页，星期六，2024年，5月图12-2常规变形和超塑性变形的内部晶粒变化示意图(a)常规塑性变形（b）超塑性变形第16页,共29页，星期六，2024年，5月高变形能力的应用真空成型或气压成型可以在密封模具内挤压或锻造，可以得到相当高的加工精度，并能大幅度降低加工压力、减少加工工序尤其适于极薄板和极薄管的