有色金属及合金课件

8.1铝及铝合金8.1.1工业纯铝优异的化学稳定性银白光泽密度2.72g.cm-2,熔点660°C导电导热性好，仅次于Cu,Ag强度较低，室温~50MPa极好的塑性和韧性,无冷脆纯铝主要性能与特点FCC结构无同素异构资源丰富，地壳总量8.2%物理性能化学性能力学性能应用：合金组元，化工原料，包覆材料，电力电子，电磁屏蔽，科学实验8.1铝及铝合金8.1.1工业纯铝优异的化学稳定性银白光泽18.1.2铝合金及其分类1.铝的合金化及其特点合金化的主要目的：合金化元素改善材料的工艺和使用性能例：最高强度可达400~700MPa，耐热性达300°C主要元素：Cu,Mg,Si,Mn,Zn,Li其它元素：Ni,B,Zr,Cr,Ti,RE8.1.2铝合金及其分类1.铝的合金化及其特点合金化的主2铝合金相图及分类铝合金相图及分类32.铝合金的强化方式铝合金的主要强化方式有五种：固溶强化时效（沉淀）强化过剩（第二相）强化形变强化细化组织强化问题：试说明如何实现上述五种强化过程2.铝合金的强化方式铝合金的主要强化方式有五种：问题：试说48.1.3铝合金的热处理热处理目的：提高综合性能，稳定合金组织热处理方法：退火、淬火（固溶处理）、时效1.退火2.淬火（固溶处理）3.时效问题：说明各种热处理方法的温度对组织结构的影响和相应工艺过程的作用低温退火再结晶退火均匀化退火人工时效，自然时效单级时效，多级时效8.1.3铝合金的热处理热处理目的：提高综合性能，稳定合金58.1.4常用铝合金及其应用1.铸造铝合金分类：以主要合金元素分Al-Cu,Al-Si,Al-Mg,Al-Zn性能特点及应用Al-Si系：铝硅明Al-Cu系：Al-Mg系：Al-Zn系：变质处理铸造性能好高温性能耐蚀性差抗冲击、耐腐蚀耐热性差尺寸稳定、便宜性能一般8.1.4常用铝合金及其应用1.铸造铝合金分类：以主要合6有色金属及合金课件7有色金属及合金课件82.变形铝合金分类：以性能和使用特点分性能特点及应用防锈铝Al-Mn合金Al-Mg合金硬铝Al-Cu-Mg系强度可达420MPa防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝可热处理强化超硬铝Al-Cu-Mg-Zn系强度可达680MPa锻铝Al-Mg-Si-Cu系合金元素多、量少强度与硬铝类似2.变形铝合金分类：以性能和使用特点分性能特点及应用防锈铝98.2镁及其合金

Al合金Mg合金密度2．721．74资源占地壳8.2%2.5%结构FCCHCP熔点660650强度合金可达450MPa合金350MPa模量较大较小(抗冲击振动性好)塑性、韧性好差耐蚀性(常规条件)好差导电、导热性好差主要合金化元素CuMgSiMnZnLiAlZnMnZr合金分类铸造类、变形类铸造类、变形类强化与热处理五种与铝类似8.2镁及其合金

Al合金Mg合金密度2．721．74108.3铜及铜合金8.3.1工业纯铜及应用纯铜主要性能与特点FCC结构无同素异构物理性能化学性能力学性能应用：电力电子（电缆、电刷、电线），防磁机械，换热管，深冷设备紫红色，紫铜密度8.9g.cm-2,熔点1083°C导电导热性好，仅次于Ag无磁性，碰撞无火花常规条件耐蚀海水,铵盐,碳酸盐,氧化酸不耐蚀强度较高，室温~200MPa极好的塑性和韧性,无冷脆8.3铜及铜合金8.3.1工业纯铜及应用纯铜主要FCC结构物118.3.2铜的合金化及分类1.铜的合金化：与Al、Mg合金化类似固溶强化元素：Zn,Sn,Al,Mn,Ni(固溶度>9.4%)显著沉淀元素：Be,Ti,Zr,Cr问题：指出铜合金的强化方法？2.铜合金分类：与Al、Mg合金化类似成型方法：铸造铜合金、变形铜合金铸造合金主要指含高锡、高锰、高铅铜合金其他铜合金均为变形铜合金化学成分：黄铜、青铜和白铜黄铜：以锌为主要合金元素白铜：以镍为主要合金元素青铜：除锌、镍以外的其它元素为主要合金化元素8.3.2铜的合金化及分类1.铜的合金化：与Al、Mg合金化128.3.3常用铜合金及其特点黄铜的特性及应用以锌为主要合金化元素，包括普通黄铜和特殊黄铜普通黄铜：Cu-Zn二元合金普通黄铜牌号：H62,H90普通黄铜主要特点：色彩美丽单相黄铜机械性能好，易于冷成形加工对大气、海水很耐蚀可用于防护层、冷凝器、弹壳8.3.3常用铜合金及其特点黄铜的特性及应用以锌为主要合金化13普通黄铜的热处理单相黄铜不能进行热处理强化，但低温形变后必须进行去应力退火（260~280°C）双相黄铜一般也不进行热处理，可进行热加工。加工后也必须去应力退火使用注意事项：脱锌腐蚀和应力腐蚀加砷或镁抑制脱锌腐蚀去应力退火、表面喷丸或表面改性防止应力腐蚀普通黄铜的热处理使用注意事项：脱锌腐蚀和应力腐蚀14特殊黄铜：除锌外，还加入Al、Sn、Mn、Ni等元素的黄铜。有锰黄铜、铅黄铜、铝黄铜等其他合金元素作用：提高硬度、耐磨性、抗蚀性Al、Sn、Mn、Ni提高抗蚀性和耐磨性Mn提高耐热性Pb改善切削性能和润滑性主要应用：螺旋桨、压紧螺帽、重要耐蚀件特殊黄铜牌号：HMn58-2,HPb59-1特殊黄铜：除锌外，还加入Al、Sn、Mn、Ni等元素的黄铜。152.白铜白铜：以Ni为主加元素。包括简单白铜和特殊白铜。从用途分为耐蚀白铜和电工白铜耐蚀白铜主要为简单白铜，B5,B19,B30性能：高化学稳定性，冷热加工性好，抗腐蚀疲劳性好应用：海水及蒸汽环境中的精密仪表零件，高温高压管道电工白铜：主要性能：高电阻、高热电势、极小的电阻温度系数应用：电阻器、热电偶及其补偿线，加热器等常用材料：B16,BMn3-12(锰铜)，BMn40-1.5(康铜)白铜牌号：B30(简单白铜，含Ni30%)；BFe5-1(特殊白铜，含Ni5%,Fe1%)2.白铜白铜：以Ni为主加元素。包括简单白铜和特殊白铜。从用163.主要青铜合金及应用青铜成分：以除Zn、Ni以外的元素为主要合金化元素

青铜牌号：QBe2,QSn10-2,QAl19-4锡青铜Sn含量决定其性能Sn(5~7%)，塑性好，适于冷热加工，做耐蚀件Sn(>10%)，塑性差，铸造流动性差，但线收缩很小。适于铸造形状复杂但对外形尺寸要求高的工艺品铝青铜、铍青铜：成分：Al~12%;Be1.7~2.5%强化：时效强化效果显著性能特点：力学性能优秀、其他特殊性能应用：高强度、高耐磨耐蚀和弹性零件3.主要青铜合金及应用青铜成分：以除Zn、Ni以外的元素为主178.4钛及其合金8.4.1纯钛的性质及应用纯钛主要性能与特点HCP--BCC可相变强化物理性能化学性能力学性能应用：航空航天航海、化工等领域结构材料银白色密度4.54g.cm-2,熔点1680oC导热性差，线膨胀小高温耐蚀性差大气,海水,中性及氧化性介质耐蚀活泼，可与C,H,O,N反应强度较高，室温~260MPa弹性模量低，抗冲击塑性韧性好，高低温性能好8.4钛及其合金8.4.1纯钛的性质及应用纯钛主要HCP--188.4.2钛的合金化及分类与,相完全固溶。Zr、Hf等相稳定元素，扩大相区。Al,Ni,Sn,O,C相稳定元素，扩大相区。Nd,Mo,V,W共析型相图，Ag,Cu,Fe,Cr,Mn,Si按退火状态，钛合金分为型(TA4~8),型(TB1~2),+型(TC1~10)合金化特点与相图有关8.4.2钛的合金化及分类与,相完全固溶。Zr、Hf198.4.3钛合金的热处理退火：去应力退火(450~650°C)，再结晶退火(750~800°C)淬火及时效：淬火：从相快速冷却，有无扩散的马氏体相变过程发生。(BCC)’(HCP)马氏体为稳定元素在钛中的过饱和置换式固溶体时效温度(450~650°C)。强化主要靠亚稳相和由过饱和’相分解析出高度弥散的固溶体相来实现8.4.3钛合金的热处理退火：去应力退火(450~650°C208.4.4钛合金的性能特点和应用型钛合金：不能热处理强化室温强度较低，耐蚀成形焊接性好热强性和蠕变强度最高制作飞机构件、发动机叶片，超低温容器等型合金元素Mn、Cr、Mo、V,可淬火时效强化室温强度可达b1300MPa,为5%塑性韧性好，耐热性差。不常应用，一般作紧固件+兼有和型钛合金的优点综合机械性能好。耐热、耐寒、耐蚀，强度高8.4.4钛合金的性能特点和应用型钛合金：21第八章总结了解铝、铜合金的分类，熟悉相应牌号比较钢材与铝合金强化方式异同，并说明原因熟悉一些新的概念：时效、人工时效、黄铜、应力腐蚀、变质处理、第八章总结了解铝、铜合金的分类，熟悉相应牌号22喷气式发动机一般有军民之分。民用发动机由低压压气机（风扇）、高压压气机、燃烧室和涡轮等部件组成。相当一部分作战飞机和全部战斗机为了在最大重量起飞和加速的需要，还需在发动机后面加上加力燃烧室。一般战斗机若要超音速飞行，只有在发动机加力燃烧室工作（简称发动机开加力）时才能达到。发动机开加力时，一是加力燃烧室温度极高，二是燃料消耗量猛增，要不了多久油料就会告罄。因此，所谓的超音速飞行几乎没有什么战术价值。在第四代战斗机设计与使用中，不仅要在顾及隐形的前提下降低飞行阻力，对发动机的要求也很高，其目的就是实现1.4～1.6倍音速甚至更高的超音速巡航。所谓巡航，是指飞机在较低的燃油消耗下长时间飞行，很显然，此时是不能开加力的。第四代战斗机之所以能够超音速巡航，主要得益于其动力装置的中间推力（这时包括压气机、主燃烧室和涡轮在内的核心机的工作状态和加力推力时的状态相同，加力燃烧室不喷油点火）较大。例如美国F-22A战斗机装备的F119-PW-100发动机的中间推力足有97.86千牛（相当于9996千克力），而我国从英国引进的“斯贝”Mk.202（国内仿制型号称为“秦岭”）重1842千克，加力推力为91.26千牛，中间推力为49.91千牛。高推重比发动机喷气式发动机一般有军民之分。民用发动机由低压压气机（23喷气式发动机包括涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。随着航空发动机的发展，业界普遍要求研制噪声小、性能好、经济和安全可靠的涡扇发动机，而不是涡喷发动机。原因就在于涡扇发动机的特殊结构和特点。涡扇发动机较之涡喷发动机的不同点在于第一级或前几级低压压气机变成了风扇，在风扇最外端与原来的涡喷发动机的机匣之间多出了外涵道，原来涡喷发动机空气流经的地方便成了内涵道。涡扇发动机内通过外涵道和内涵道的空气流量之比，称作涵道比或流量比。在推力既定的情况下，涡扇发动机的耗油率较低，这是现役飞机采用涡扇发动机的重要原因。降低耗油率的办法还有一个，即提高热效率。这就要求提高压气机的总增压比（多转子压气机最后一个压气机出口总压和第一个压气机进口总压之比）、涡轮前燃气温度和各部件的效率。归纳起来就是通过“三高”，即高增压比、高涡轮前燃气温度和高涵道比，来实现低耗油率这个“一低”。尽管较高涵道比有利于提高发动机推力、降低油耗，但不是每种飞机皆可使用。由于高涵道比涡扇发动机的飞行阻力较大，大多用于高亚音速飞机，战斗机因高速飞行和增强机动性的要求，只能使用飞行阻力小的小涵道比涡扇发动机（涵道比大多小于1，甚至达到0.2～0.3左右）。喷气式发动机包括涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。随着24为了达到推重比为10一级这个目标，设计人员在F119的研制中，采用了多项先进的设计参数。其中，总增压比为35（F100为25），涡轮前燃气温度为1677℃（F100为1399℃）。为达到这两个参数，必须采用最先进的技术，包括空气动力学和燃烧学的最新成果，先进的结构设计与冷却技术，先进的非金属材料、金属材料与制造技术，先进的控制技术等。只有这样，才能使研制的发动机具有先进的性能、较长的寿命与较高的可靠性，而且结构简单、零件数少。与F100-PW-220相比，F119-PW-100的压气机与涡轮的总级数少了6级（-36%），零件数减少40%。此外，F119采用了许多新颖的设计。包括空心风扇叶片（F119是第一种在战斗机中采用空心风扇叶片的发动机）、整体叶盘、复合材料风扇进口机匣等。采取以上措施后，F119的长度为4826毫米，最大直径1143毫米，重量1360千克，最大加力推力达到155.68千牛，中间推力97.86千牛，推重比大于10。为了达到推重比为10一级这个目标，设计人员在F11925有色金属及合金课件26提高航空发动机涡轮前燃气温度的途径有两个：一是寻求和研制新的耐高温材料，二是采用冷却技术。自从20世纪40年代燃气涡轮发动机诞生以来，喷气式发动机的推重比已从2左右提高到10以上。在航空燃气涡轮发动机的4个热端部件（燃烧室、涡轮、加力燃烧室、尾喷管）中，主燃烧室和涡轮的工作温度数十年来已提高了大约900℃，而加力燃烧室与尾喷管早已在1700℃高温下工作。过去，发动机性能的提高有1/3归功于采用了新材料和新工艺，今后这个比例还将更高。纯粹的金属，如纯金、纯银、纯铜等在常温下很软，更不用说在高温和高负荷下工作。科技工作者经过大量筛选后把镍、钴、铁镍作为基本金属，然后再用另一种或几种金属与基本金属按一定比例配好，放在熔炼炉中共熔。当固溶体凝固后就成了一种新的合金，不仅耐高温而且有很高的强度。固溶强化的冶金技术以及和淬火技术相近的时效热处理这两种不同的高温合金的强化办法可以分别采用，也可以同时使用。由此制成的高温合金可在1000℃下长期工作。在采用定向凝固和单晶工艺加工复杂的涡轮叶片零件时，其基体工作温度允许达到1100～1150℃。目前，用于涡轮静子叶片和工作叶片的材料大都是这类材料。在采用空心气冷的条件下，允许涡轮在1527～1677℃的高温下，安全、可靠、长期运行。提高航空发动机涡轮前燃气温度的途径有两个：一是寻求和27目前，正在研制的性能更好的耐高温材料主要有氧化物弥散强化高温合金、金属间化合物、金属基复合材料、陶瓷与陶瓷基复合材料、碳-碳复合材料等。可见，耐高温材料在一定程度上代表了航空发动机的水平。涡轮前燃气温度或燃烧室出口温度同样代表了燃气涡轮发动机的技术水平。涡轮前燃气温度愈高，流过发动机的每千克空气产生的功愈多。因此，设计人员总是想方设法把涡轮前温度尽可能提高。在20世纪60年代初，当时的涡轮前温度水平为900～950℃。按照“三高”要求，10年后达到1227～1377℃。要知道涡轮转速高达每分钟10000多转，而且是在10～30多个大气压下工作，离心力和气动力都非常巨大。在燃气温度提高的同时，还需要对涡轮进行降温。目前，涡轮工作叶片的冷却技术不外乎有对流冷却、气膜冷却、发散冷却和复合冷却四种基本方法。为了有效降温，大多数发动机的涡轮叶片是空心的，冷空气从这里流出以吸收热量。以气膜冷却为例，该方法是通过许多小孔或长槽让冷却气流从叶片的内腔流到叶片的外表面。既吸收一部分热量，又在叶片工作表面形成了一道冷气膜把高温燃气与叶片隔离开来，起到了双重防护作用。气膜冷却可以使叶片材料温度降低300℃～400℃。

高温涡轮及其叶片的设计与制造技术涉及气动、传热、冶金材料和制造工艺等多种学科和领域，集中了多项高新技术，代表了一个国家的科技水平。目前，正在研制的性能更好的耐高温材料主要有氧化物弥散28有色金属及合金课件29早期的涡轮工作叶片均采用锻造成形，但留有较大加工余量的毛坯还须经机械加工。20世纪五六十年代，发展出无余量精密铸造的涡轮工作叶片毛坯。铸造叶片材料的组织为紧密结合的多晶粒，晶粒与晶粒之间存在多个方向的晶界，会影响承受载荷的能力。后来发展了定向凝固的铸造方法，即铸造时让晶粒沿叶片方向生成。这种定向结晶的叶片承受拉伸的能力比一般精密铸造的叶片强，而且工作寿命也较长，但它仍然存在着晶界。后来，又发展出使整个工作叶片成为一个晶体的铸造方法，用此方法加工的工作叶片被称为单晶涡轮叶片。既是单晶，就不再需要硼、铪、锆这些专为强化晶界而采用的熔点较低的元素。去掉这些元素后，合金的融化温度提高约100℃左右，热处理温度增加75℃左右。单晶叶片自20世纪80年代初已在许多航空发动机上推广应用，目前已经有五代单晶高温合金相继问世。我国在单晶高温合金的研制方面，先后研发了三代单晶合金，即DD3、DD6和DD90。早期的涡轮工作叶片均采用锻造成形，但留有较大加工余量30早期型号的“太行”发动机的涡轮叶片虽然是定向结晶的DZ125高温合金先进材料，但采用了我国独创的低偏析技术，其综合性能可以和第一代的单晶高温合金媲美。批量生产的该型发动机估计会采用DD6镍基单晶涡轮叶片。在冷却方面，“太行”发动机采用了对流、前缘撞击加气膜的多孔回流复合冷却技术，使涡轮叶片的冷却效果提高了2倍。由于运用了高推预研的先进成果，“太行”发动机的总压比与美国第三代战斗机使用的F110涡扇发动机相似，达到30以上，涡轮前温度为1474℃，推重比7.5，加力推力129.41千牛。相比之下，俄罗斯AL-31F涡轮前温度为1392℃，推重比7.14，加力推力122.58千牛；美国F110-GE-129的涡轮前温度为1455℃，推重比为7.36，加力推力为129千牛。总体比较，“太行”发动机的性能高于AL-31F，与F110-GE-129相当。中航工业在研制“太行”发动机时还采用了超塑成形/扩散连接风扇导流叶片，钛合金宽弦风扇空心叶片，电子束焊整体涡轮叶盘，钛合金精铸中介机匣，短环燃烧室，挤压油膜轴承，刷式密封，收敛扩散喷管，高压机匣处理以及整机单元体设计等先进技术。其制造工艺与F100、AL-31F相似，十分先进。早期型号的“太行”发动机的涡轮叶片虽然是定向结晶的D31

现今西方国家使用的耐高温材料为镍基耐高温合金，而中国研制出的新型高温高性能高铌钛铝合金，耐高温密度超过镍基高温合金的一半。这一技术将使中国航空航天发动机材料居世界领先水平，据介绍，高铌钛铝合金的应用，开辟了航空、航天、汽车等重要领域的新发展，使现有设备得到突破性发展。更为关键的是，由于高铌钛铝合金的密度大约是镍基合金的一半，使用它制造发动机高温部件，可以大大减轻发动机的重量，从而极大提高了发动机的推重比。现今西方国家使用的耐高温材料为镍基耐高温合金，而中32从首飞发动机声音判断，绝对是新型的大涵道比发动机，它的涵道比超过歼-10、SU-27和F-22三种战机。流传的视频显示了“歼－20”的起飞过程，从中看到，起飞时并没有看到发动机尾部的喷火，这足以显示中国“歼－20”的发动机喷口红外隐身技术已达到了世界一流。据资料显示，F-22同样使用了先进的红外隐身技术，通过喷流冷却矩形喷口，垂尾、平尾、尾撑向后延伸，可遮蔽发动机喷口的红外线辐射。在炽热喷流飞出尾喷口前就得到了降温，因而红外特征显着降低。而歼-20的发动机喷口竟然如此完美，很多外军专家看后都表示不可思议。从首飞发动机声音判断，绝对是新型的大涵道比发动机，它338.1铝及铝合金8.1.1工业纯铝优异的化学稳定性银白光泽密度2.72g.cm-2,熔点660°C导电导热性好，仅次于Cu,Ag强度较低，室温~50MPa极好的塑性和韧性,无冷脆纯铝主要性能与特点FCC结构无同素异构资源丰富，地壳总量8.2%物理性能化学性能力学性能应用：合金组元，化工原料，包覆材料，电力电子，电磁屏蔽，科学实验8.1铝及铝合金8.1.1工业纯铝优异的化学稳定性银白光泽348.1.2铝合金及其分类1.铝的合金化及其特点合金化的主要目的：合金化元素改善材料的工艺和使用性能例：最高强度可达400~700MPa，耐热性达300°C主要元素：Cu,Mg,Si,Mn,Zn,Li其它元素：Ni,B,Zr,Cr,Ti,RE8.1.2铝合金及其分类1.铝的合金化及其特点合金化的主35铝合金相图及分类铝合金相图及分类362.铝合金的强化方式铝合金的主要强化方式有五种：固溶强化时效（沉淀）强化过剩（第二相）强化形变强化细化组织强化问题：试说明如何实现上述五种强化过程2.铝合金的强化方式铝合金的主要强化方式有五种：问题：试说378.1.3铝合金的热处理热处理目的：提高综合性能，稳定合金组织热处理方法：退火、淬火（固溶处理）、时效1.退火2.淬火（固溶处理）3.时效问题：说明各种热处理方法的温度对组织结构的影响和相应工艺过程的作用低温退火再结晶退火均匀化退火人工时效，自然时效单级时效，多级时效8.1.3铝合金的热处理热处理目的：提高综合性能，稳定合金388.1.4常用铝合金及其应用1.铸造铝合金分类：以主要合金元素分Al-Cu,Al-Si,Al-Mg,Al-Zn性能特点及应用Al-Si系：铝硅明Al-Cu系：Al-Mg系：Al-Zn系：变质处理铸造性能好高温性能耐蚀性差抗冲击、耐腐蚀耐热性差尺寸稳定、便宜性能一般8.1.4常用铝合金及其应用1.铸造铝合金分类：以主要合39有色金属及合金课件40有色金属及合金课件412.变形铝合金分类：以性能和使用特点分性能特点及应用防锈铝Al-Mn合金Al-Mg合金硬铝Al-Cu-Mg系强度可达420MPa防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝可热处理强化超硬铝Al-Cu-Mg-Zn系强度可达680MPa锻铝Al-Mg-Si-Cu系合金元素多、量少强度与硬铝类似2.变形铝合金分类：以性能和使用特点分性能特点及应用防锈铝428.2镁及其合金

Al合金Mg合金密度2．721．74资源占地壳8.2%2.5%结构FCCHCP熔点660650强度合金可达450MPa合金350MPa模量较大较小(抗冲击振动性好)塑性、韧性好差耐蚀性(常规条件)好差导电、导热性好差主要合金化元素CuMgSiMnZnLiAlZnMnZr合金分类铸造类、变形类铸造类、变形类强化与热处理五种与铝类似8.2镁及其合金

Al合金Mg合金密度2．721．74438.3铜及铜合金8.3.1工业纯铜及应用纯铜主要性能与特点FCC结构无同素异构物理性能化学性能力学性能应用：电力电子（电缆、电刷、电线），防磁机械，换热管，深冷设备紫红色，紫铜密度8.9g.cm-2,熔点1083°C导电导热性好，仅次于Ag无磁性，碰撞无火花常规条件耐蚀海水,铵盐,碳酸盐,氧化酸不耐蚀强度较高，室温~200MPa极好的塑性和韧性,无冷脆8.3铜及铜合金8.3.1工业纯铜及应用纯铜主要FCC结构物448.3.2铜的合金化及分类1.铜的合金化：与Al、Mg合金化类似固溶强化元素：Zn,Sn,Al,Mn,Ni(固溶度>9.4%)显著沉淀元素：Be,Ti,Zr,Cr问题：指出铜合金的强化方法？2.铜合金分类：与Al、Mg合金化类似成型方法：铸造铜合金、变形铜合金铸造合金主要指含高锡、高锰、高铅铜合金其他铜合金均为变形铜合金化学成分：黄铜、青铜和白铜黄铜：以锌为主要合金元素白铜：以镍为主要合金元素青铜：除锌、镍以外的其它元素为主要合金化元素8.3.2铜的合金化及分类1.铜的合金化：与Al、Mg合金化458.3.3常用铜合金及其特点黄铜的特性及应用以锌为主要合金化元素，包括普通黄铜和特殊黄铜普通黄铜：Cu-Zn二元合金普通黄铜牌号：H62,H90普通黄铜主要特点：色彩美丽单相黄铜机械性能好，易于冷成形加工对大气、海水很耐蚀可用于防护层、冷凝器、弹壳8.3.3常用铜合金及其特点黄铜的特性及应用以锌为主要合金化46普通黄铜的热处理单相黄铜不能进行热处理强化，但低温形变后必须进行去应力退火（260~280°C）双相黄铜一般也不进行热处理，可进行热加工。加工后也必须去应力退火使用注意事项：脱锌腐蚀和应力腐蚀加砷或镁抑制脱锌腐蚀去应力退火、表面喷丸或表面改性防止应力腐蚀普通黄铜的热处理使用注意事项：脱锌腐蚀和应力腐蚀47特殊黄铜：除锌外，还加入Al、Sn、Mn、Ni等元素的黄铜。有锰黄铜、铅黄铜、铝黄铜等其他合金元素作用：提高硬度、耐磨性、抗蚀性Al、Sn、Mn、Ni提高抗蚀性和耐磨性Mn提高耐热性Pb改善切削性能和润滑性主要应用：螺旋桨、压紧螺帽、重要耐蚀件特殊黄铜牌号：HMn58-2,HPb59-1特殊黄铜：除锌外，还加入Al、Sn、Mn、Ni等元素的黄铜。482.白铜白铜：以Ni为主加元素。包括简单白铜和特殊白铜。从用途分为耐蚀白铜和电工白铜耐蚀白铜主要为简单白铜，B5,B19,B30性能：高化学稳定性，冷热加工性好，抗腐蚀疲劳性好应用：海水及蒸汽环境中的精密仪表零件，高温高压管道电工白铜：主要性能：高电阻、高热电势、极小的电阻温度系数应用：电阻器、热电偶及其补偿线，加热器等常用材料：B16,BMn3-12(锰铜)，BMn40-1.5(康铜)白铜牌号：B30(简单白铜，含Ni30%)；BFe5-1(特殊白铜，含Ni5%,Fe1%)2.白铜白铜：以Ni为主加元素。包括简单白铜和特殊白铜。从用493.主要青铜合金及应用青铜成分：以除Zn、Ni以外的元素为主要合金化元素

青铜牌号：QBe2,QSn10-2,QAl19-4锡青铜Sn含量决定其性能Sn(5~7%)，塑性好，适于冷热加工，做耐蚀件Sn(>10%)，塑性差，铸造流动性差，但线收缩很小。适于铸造形状复杂但对外形尺寸要求高的工艺品铝青铜、铍青铜：成分：Al~12%;Be1.7~2.5%强化：时效强化效果显著性能特点：力学性能优秀、其他特殊性能应用：高强度、高耐磨耐蚀和弹性零件3.主要青铜合金及应用青铜成分：以除Zn、Ni以外的元素为主508.4钛及其合金8.4.1纯钛的性质及应用纯钛主要性能与特点HCP--BCC可相变强化物理性能化学性能力学性能应用：航空航天航海、化工等领域结构材料银白色密度4.54g.cm-2,熔点1680oC导热性差，线膨胀小高温耐蚀性差大气,海水,中性及氧化性介质耐蚀活泼，可与C,H,O,N反应强度较高，室温~260MPa弹性模量低，抗冲击塑性韧性好，高低温性能好8.4钛及其合金8.4.1纯钛的性质及应用纯钛主要HCP--518.4.2钛的合金化及分类与,相完全固溶。Zr、Hf等相稳定元素，扩大相区。Al,Ni,Sn,O,C相稳定元素，扩大相区。Nd,Mo,V,W共析型相图，Ag,Cu,Fe,Cr,Mn,Si按退火状态，钛合金分为型(TA4~8),型(TB1~2),+型(TC1~10)合金化特点与相图有关8.4.2钛的合金化及分类与,相完全固溶。Zr、Hf528.4.3钛合金的热处理退火：去应力退火(450~650°C)，再结晶退火(750~800°C)淬火及时效：淬火：从相快速冷却，有无扩散的马氏体相变过程发生。(BCC)’(HCP)马氏体为稳定元素在钛中的过饱和置换式固溶体时效温度(450~650°C)。强化主要靠亚稳相和由过饱和’相分解析出高度弥散的固溶体相来实现8.4.3钛合金的热处理退火：去应力退火(450~650°C538.4.4钛合金的性能特点和应用型钛合金：不能热处理强化室温强度较低，耐蚀成形焊接性好热强性和蠕变强度最高制作飞机构件、发动机叶片，超低温容器等型合金元素Mn、Cr、Mo、V,可淬火时效强化室温强度可达b1300MPa,为5%塑性韧性好，耐热性差。不常应用，一般作紧固件+兼有和型钛合金的优点综合机械性能好。耐热、耐寒、耐蚀，强度高8.4.4钛合金的性能特点和应用型钛合金：54第八章总结了解铝、铜合金的分类，熟悉相应牌号比较钢材与铝合金强化方式异同，并说明原因熟悉一些新的概念：时效、人工时效、黄铜、应力腐蚀、变质处理、第八章总结了解铝、铜合金的分类，熟悉相应牌号55喷气式发动机一般有军民之分。民用发动机由低压压气机（风扇）、高压压气机、燃烧室和涡轮等部件组成。相当一部分作战飞机和全部战斗机为了在最大重量起飞和加速的需要，还需在发动机后面加上加力燃烧室。一般战斗机若要超音速飞行，只有在发动机加力燃烧室工作（简称发动机开加力）时才能达到。发动机开加力时，一是加力燃烧室温度极高，二是燃料消耗量猛增，要不了多久油料就会告罄。因此，所谓的超音速飞行几乎没有什么战术价值。在第四代战斗机设计与使用中，不仅要在顾及隐形的前提下降低飞行阻力，对发动机的要求也很高，其目的就是实现1.4～1.6倍音速甚至更高的超音速巡航。所谓巡航，是指飞机在较低的燃油消耗下长时间飞行，很显然，此时是不能开加力的。第四代战斗机之所以能够超音速巡航，主要得益于其动力装置的中间推力（这时包括压气机、主燃烧室和涡轮在内的核心机的工作状态和加力推力时的状态相同，加力燃烧室不喷油点火）较大。例如美国F-22A战斗机装备的F119-PW-100发动机的中间推力足有97.86千牛（相当于9996千克力），而我国从英国引进的“斯贝”Mk.202（国内仿制型号称为“秦岭”）重1842千克，加力推力为91.26千牛，中间推力为49.91千牛。高推重比发动机喷气式发动机一般有军民之分。民用发动机由低压压气机（56喷气式发动机包括涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。随着航空发动机的发展，业界普遍要求研制噪声小、性能好、经济和安全可靠的涡扇发动机，而不是涡喷发动机。原因就在于涡扇发动机的特殊结构和特点。涡扇发动机较之涡喷发动机的不同点在于第一级或前几级低压压气机变成了风扇，在风扇最外端与原来的涡喷发动机的机匣之间多出了外涵道，原来涡喷发动机空气流经的地方便成了内涵道。涡扇发动机内通过外涵道和内涵道的空气流量之比，称作涵道比或流量比。在推力既定的情况下，涡扇发动机的耗油率较低，这是现役飞机采用涡扇发动机的重要原因。降低耗油率的办法还有一个，即提高热效率。这就要求提高压气机的总增压比（多转子压气机最后一个压气机出口总压和第一个压气机进口总压之比）、涡轮前燃气温度和各部件的效率。归纳起来就是通过“三高”，即高增压比、高涡轮前燃气温度和高涵道比，来实现低耗油率这个“一低”。尽管较高涵道比有利于提高发动机推力、降低油耗，但不是每种飞机皆可使用。由于高涵道比涡扇发动机的飞行阻力较大，大多用于高亚音速飞机，战斗机因高速飞行和增强机动性的要求，只能使用飞行阻力小的小涵道比涡扇发动机（涵道比大多小于1，甚至达到0.2～0.3左右）。喷气式发动机包括涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。随着57为了达到推重比为10一级这个目标，设计人员在F119的研制中，采用了多项先进的设计参数。其中，总增压比为35（F100为25），涡轮前燃气温度为1677℃（F100为1399℃）。为达到这两个参数，必须采用最先进的技术，包括空气动力学和燃烧学的最新成果，先进的结构设计与冷却技术，先进的非金属材料、金属材料与制造技术，先进的控制技术等。只有这样，才能使研制的发动机具有先进的性能、较长的寿命与较高的可靠性，而且结构简单、零件数少。与F100-PW-220相比，F119-PW-100的压气机与涡轮的总级数少了6级（-36%），零件数减少40%。此外，F119采用了许多新颖的设计。包括空心风扇叶片（F119是第一种在战斗机中采用空心风扇叶片的发动机）、整体叶盘、复合材料风扇进口机匣等。采取以上措施后，F119的长度为4826毫米，最大直径1143毫米，重量1360千克，最大加力推力达到155.68千牛，中间推力97.86千牛，推重比大于10。为了达到推重比为10一级这个目标，设计人员在F11958有色金属及合金课件59提高航空发动机涡轮前燃气温度的途径有两个：一是寻求和研制新的耐高温材料，二是采用冷却技术。自从20世纪40年代燃气涡轮发动机诞生以来，喷气式发动机的推重比已从2左右提高到10以上。在航空燃气涡轮发动机的4个热端部件（燃烧室、涡轮、加力燃烧室、尾喷管）中，主燃烧室和涡轮的工作温度数十年来已提高了大约900℃，而加力燃烧室与尾喷管早已在1700℃高温下工作。过去，发动机性能的提高有1/3归功于采用了新材料和新工艺，今后这个比例还将更高。纯粹的金属，如纯金、纯银、纯铜等在常温下很软，更不用说在高温和高负荷下工作。科技工作者经过大量筛选后把镍、钴、铁镍作为基本金属，然后再用另一种或几种金属与基本金属按一定比例配好，放在熔炼炉中共熔。当固溶体凝固后就成了一种新的合金，不仅耐高温而且有很高的强度。固溶强化的冶金技术以及和淬火技术相近的时效热处理这两种不同的高温合金的强化办法可以分别采用，也可以同时使用。由此制成的高温合金可在1000℃下长期工作。在采用定向凝固和单晶工艺加工复杂的涡轮叶片零件时，其基体工作温度允许达到1100～1150℃。目前，用于涡轮静子叶片和工作叶片的材料大都是这类材料。在采用空心气冷的条件下，允许涡轮在1527～1677℃的高温下，安全、可靠、长期运行。提高航空发动机涡轮前燃气温度的途径有两个：一是寻求和60目前，正在研制的性能更好的耐高温材料主要有氧化物弥散强化高温合金、金属间化合物、金属基复合材料、陶瓷与陶瓷基复合材料、碳-碳复合材料等。可见，耐高温材料在一定程度上代表了航空发动机的水平。涡轮前燃气温度或燃烧室出口温度同样代表了燃气涡轮发动机的技术水平。涡轮前燃气温度愈高，流过发动机的每千克空气产生的功愈多。因此，设计人员总是想方设法把涡轮前温度尽可能提高。在20世纪60年代初，当时的涡轮前温度水平为900～950℃。按照“三高”要求，10年后达到1227～1377℃。要知道涡轮转速高达每分钟10000多转，而且是在10～30多个大气压下工作，离心力和气动力都非常巨大。在燃气温度提高的同时，还需要对涡轮进行降温。目前，涡轮工作叶片的冷却技术不外乎有对流冷却、气膜冷却、发散冷却和复合冷却四种基本方法。为了有效降温，大多数发动机的涡轮叶片是空心的，冷空气从这里流出以吸收热量。以气膜冷却为例，该方法是通过许多小孔或长槽让冷却气流从叶片的内腔流到叶片的外表面。既吸收一部分热量，又在叶片工作表面形成了一道冷气膜把高温燃气与叶片隔离开来，起到了双重防护作用。气膜冷却可以使叶片材料温度降低300℃～400℃。

高温涡轮及其叶片的设计与制