材料导论-第八章-高性能结构材料(Ⅰ).pptVIP

第八章高性能结构材料;世界新材料技术开展态势分析;§8.1高性能结构材料概述;◆材料原因导致的灾难;●“哥伦比亚”号航天飞机事故调查委员会公布的调查报告称，外部燃料箱外表脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的名为“增强碳碳”〔即增强碳-碳隔热板〕的材料。当航天飞机返回时，经过大气层，产生剧烈摩擦使温度高达摄氏1400度的空气在冲入左机翼后融化了内部结构，致使机翼和机体融化，导致了悲剧的发生。;高性能结构材料是一类具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料。

高性能结构材料是在高新技术推动下开展起来的一类新材料，是国民经济现代化的物质根底之一。;有资料指出，飞机及发动机性能的改进分别有2/3和1/2靠材料性能提高。对卫星和飞船，减重1公斤能带来极高的效益；汽车节油有37%靠材料轻量化，40%靠发动机改进。绝热发动机〔不冷却〕主要靠材料性能提高。航空方面的先进复合材料、单晶合金、涡轮盘合金，航天方面的含能材料、热防护材料、弹头材料等不仅要先行，而且还要起到先导的作用。如果没有优质的单晶合金、涡轮前温度无法提高，高推比航空发动机就难以实现。由此可见高性能结构材料在航空航天技术中的根底性和先导性。

因此，世界各先进国家在制定国家关键技术开展方案时，高温结构材料与技术被列为高性能结构材料领域的重点开展工程之一。;开展新型高性能结构材料将支撑交通运输、能源动力、资源环境、电子信息、农业和建筑、航天航空、国防军工以及国家重大工程等领域可持续开展，对国家支柱产业的开展和国家平安的保障起着关键性的作用，同时还将促进包括新材料产业在内的我国高新技术产业的形成与开展，带动传统产业和支柱产业的改造和产品的升级换代，提高国际竞争力，形成新的产业和新的经济增长点。;§8.2新型金属结构材料;2012年全球粗钢总产量为15.478亿吨，中国大陆7.16亿吨，占全球钢产量的46.3%。高性能钢铁材料开展引起各国关注。;新一代钢铁材料---超级钢;超级钢材料方案又称STX-21(StructuralMaterialsXfor21Stcentury)即面向21世纪的结构材料方案。;;■高均匀性技术;超级钢的应用;超级钢的应用;8.2.2先进铝合金;第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。由于军用航空材料的需要，抗拉强度超过500ＭＰa的Al-Zn-Mg-Cu合金开展起来，其中最著名的合金是7075。;■耐热铝合金;■铝锂合金——轻型结构材料;铝合金在航空航天领域的应用

?铝合金在目前的民用飞机结构上的用量约为70～80％，在军用飞机结构上的用量约为40～60％。在必威体育精装版型的B777客机上，铝合金占机体结构重量的70％。

?一些必威体育精装版型的军用飞机〔F22，B2〕结构上大量应用纤维增强树脂基复合材料和钛合金，铝合金用量已降到20％以下。;8.2.2先进铝合金;8.2.2先进铝合金;8.2.3先进钛合金;工业纯钛由于其比强度高、耐热性好、抗腐蚀性能优异等优点，是航空、船舶、化工等工业中常用的一种?-Ti合金，其板材和棒材可以制造350℃及以下工作的零件，如飞机蒙皮、隔热板、热交换器等。;■工业用钛合金;〔1〕?钛合金;〔3〕β钛合金;★?型钛合金性能及应用;★?型钛合金性能及应用;★???型钛合金性能及应用;◆我国钛合金的牌号、成分及性能;●美国：B120VCA〔Ti-13V-11Cr-3Al〕20世纪50年代研制；

Ti1023〔Ti-10V-2Fe-3Al〕；

Ti153〔Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn〕，室温抗拉强度可达

1000MPa以上；

β21S〔〕

●日本：SP-700〔Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe〕

●俄罗斯：BT-22〔Ti-5V-5Mo-1Cr-5Al〕;飞机和导弹的速度已增加到远远超过音速，某些采用铝合金的部件已不能满足其耐热性的要求，所以采用新材料，尤其是钛及其合金来代替。

钛密度小，具有高的热强性和持久强度，对在振动载荷及冲击载荷作用下裂纹扩展的敏感性低，并且有良好的耐蚀性。因此在发动机及壳体结构中优先采用了高强度的钛及钛合金。;F119发动机;◆钛合金新进展;局部国家新型高温钛合金的最高使用温度;〔2〕钛铝化合物为基的钛合金

与一般钛合金相比，钛铝化合物为基的Ti3Al〔?2〕和TiAl〔?〕金属间化合物的最大优点是