《航空工程材料（活页式）》 课件汇 葛志宏 8 超高强度钢- 16 碳碳复合材料

第9讲超高强度钢概述超高强度钢现在已发展成为应用范围很广的一类重要钢种，如今已大量应用于火箭发动机外壳、飞机起落架、防弹钢板等性能有特殊要求的领域。随着洁净化、微合金和控轧控冷等先进冶金技术在钢铁企业的逐步推广和应用，钢材的品质得到了大幅度提高，发达国家正在研制相当于目前常用钢材抗拉强度数倍的超高强度钢。这种钢具有超细化、超洁净、超均质的组织和成分的特征，以及超高强度和超高韧性的特点。超高强度钢与普通结构钢的强度的界限目前尚无统一规定，习惯上是将室温抗拉强度超过1,400MPa、屈服强度大于1,200MPa

的钢称为超高强度钢。概述超高强度钢：屈服强度σb>1400Mpa，σs>1200Mpa。用途飞机起落架、机身骨架火箭发动机壳体常规武器某些零件高压容器

要求合适的塑性一定的冲击抗力一定的断裂韧性较高的高周、

低周疲劳抗力较高的缺口强度较高的缺口塑性适当的可焊性σb越高，其缺口强度越低，表明超高强度钢对缺口和表面缺陷的敏感性。KIC由材料本质决定，并随钢基体所固溶C含量增高而降低。概述基本设计原则之组织的设计较高强度的要求：σb>1400MPa在超高强度的情况下需要一定的塑韧性基体必须为马氏体组织C含量不能太高基体组织：低碳位错马氏体概述

由于不同的成分的合金，其塑韧性不一样，所要改善的方向也不一样，因此其所需要改善的方向也不一样，对于超高强度钢来说总结起来可归纳为：为得到优异的强韧性配合，M的C含量<0.30%因为钢中α-Fe的过饱和间隙固溶的强度是最有效的。但如果所固溶的C量低于0.25％时，几乎不存在点阵畸变，每固溶0.10％C所引起的σs增高300Mpa，但固溶较多的C将会得不到合适的塑性、韧性；且回火马氏体硬度下降更猛；也不利于焊接。为改善回火后的塑韧性，加入Si提高回火抗力因为Si在这方面有很好的表现，固溶2.0％Si，便可有效的推迟ε到θ的转变，使ε-碳化物保持弥散均匀分布状态，并将第一类回火脆的发生推移到更高的温度。C含量较低时，主要组织为位M，需加入合金形成金属间化合物，起弥散强化作用。超低C马氏体所具有的可动螺位错难以分解，易发生交叉滑移，所以其是个高塑性相，因此需要添加二次强化相来强化它，沉淀硬化相显然不是碳化物，因此是加入合金元素形成金属间化合物。加强碳化合物形成元素，高温回火弥散析出强化细化马氏体条，束严格控制P、S含量；以及变形热处理概述超高强度钢的发展

超高强度合金钢是为满足某些特殊要求发展起来的，按其物理冶金学特点，超高强度钢大体可以分为低合金超高强度钢、二次硬化超高强度钢和马氏体时效钢。典型的低合金超高强度钢是AISI

4340

和D6AC；典型的二次硬化型中，合金超高强度钢是HY180

和AF1410，由于马氏体时效钢属高合金钢。

超高强度钢是应用范围很广的一类重要钢种，大量应用于火箭发动机壳体、飞机起落架、防弹钢板等性能有特殊要求的领域。超高强度钢的定义和分类超高强度钢低合金超高强度钢中合金超高强度钢高合金超高强度钢马氏体时效钢沉淀硬化不锈钢Ni-4Co型超高强度钢超高强度钢的定义和分类1.低合金超高强度钢（Low-alloyultra-highstrengthsteel）是由调质结构钢发展起来的，含碳量一般在0.3～0.5％，合金元素总含量小于5％，其作用是保证钢的淬透性，提高马氏体的抗回火稳定性和抑制奥氏体晶粒长大，细化钢的显微组织。常用元素有镍、铬、硅、锰、钼、钒等。通常在淬火和低温回火状态下使用，显微组织为回火板条马氏体，具有较高的强度和韧性。如采用等温淬火工艺，可获得下贝氏体组织或下贝氏体与马氏体的混合组织，也可改善韧性。※※这类钢合金元素含量低，成本低，生产工艺简单，广泛用于制造飞机大梁、起落架构件、发动机轴、高强度螺栓、固体火箭发动机壳体和化工高压容器等。超高强度钢的定义和分类2.中合金超高强度钢（Medium-alloyultra-highstrengthsteel）热作模具钢的改型钢，典型钢种有4Cr5MoSiV钢。这类钢的含碳量约0.4％，合金元素总含量约8％，具有较高的淬透性；一般零件经高温奥氏体化后，空冷即可获得马氏体组织，500～550℃回火时，由于碳化物沉淀产生二次硬化效应，而达到较高的强度。※※这类钢的特点是回火稳定性高，在500℃左右条件下使用，仍有较高的强度，一般用于制造飞机发动机零件、高强度螺栓。超高强度钢的定义和分类Aermet100是目前综合性能最高的超高强度钢，是新一代军事装备中关键器件的首选材料，美国己成功地将其应用在最先进的F/A-22战斗机起落架和F-18舰载机的起落架上。以Aermet100为材料的F/A-22起落架超高强度钢的定义和分类高强度螺栓就是可承受的载荷比同规格的普通螺栓要大。普通螺栓的材料是Q235（即A3）制造的。1）淬火:第一次950℃2）第二次850℃,空冷;3）回火200℃,水冷、空冷。18Cr2Ni4W螺栓超高强度钢的定义和分类3.马氏体时效钢（maragingsteel）

典型钢种有18Ni马氏体时效钢，含碳小于0.03％,镍约18％，钴8％。根据钼和钛含量不同，钢的屈服强度分别可达到140、175和210kgf/mm2。从820～840℃固溶处理冷却到室温时，转变成微碳Fe-Ni马氏体组织，其韧性较Fe-C马氏体为高，通过450～480℃时效，析出部分共格金属间化合物相(Ni3Ti、Ni3Mo),达到较高的强度。超高强度钢的定义和分类3.马氏体时效钢（maragingsteel）镍可使钢在高温下得到单相奥氏体，并在冷却到室温时转变为单相马氏体，而具有较高的塑性。同时镍也是时效强化元素。钴能使钢的马氏体开始转变温度升高，避免形成大量残留奥氏体。这类钢的特点是强度高，韧性高，屈强比高，焊接性和成形性良好；加工硬化系数小，热处理工艺简单，尺寸稳定性好，常用于制造航空器、航天器构件和冷挤、冷冲模具等。超高强度钢的定义和分类4.沉淀硬化不锈钢（PHstainlesssteel）

简称PH不锈钢，是在不锈钢的基础上发展起来的具有抗腐蚀性能的超高强度钢。合金元素总含量约为22～25％。按高温固溶处理后冷至室温时显微组织的不同，可分为奥氏体型、半奥氏体型和马氏体型三类。

典型钢种有0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al,抗拉强度约为160kgf/mm2。这类钢有良好的耐蚀性、抗氧化性。钢的强化是通过固溶处理、冷处理或形变后再时效，析出弥散沉淀相而实现的。

这类钢主要用于制造高应力耐腐蚀的化工设备零件、航空器结构件和高压容器等（见不锈耐酸钢）。超高强度钢的定义和分类5.Ni-4Co型超高强度钢含9％镍使钢固溶强化和提高韧性，加4％钴的作用在于尽量减少钢中残留奥氏体量，钼和铬是为了产生沉淀硬化效应。含碳0.20～0.30％时，抗拉强度可达130～160kgf/mm2,断裂韧度达400kgf/mm2以上。综合性能好，抗应力腐蚀性高，具有良好的工艺性能，常用于航空、航天工业。超高强度钢的发展科学在发展，航空工业在前进，航空材料研究也进入了新的发展阶段，新材料不断涌现。现在我国有了更好的超高强度钢，GC-4钢完成了它的历史使命，光荣“退役”了，但它是中国航空材料发展史上第一个中国自己的超高强度钢，是中国航空工业史上的“功勋”材料。常用超高强度钢实例起落架是飞机上重要而特别的部件，它不参与机体的结构和性能，却极大地影响飞机的使用和安全。30CrMnSiNi2A是我国广泛使用的一种综合性能良好的低合金超高强度钢，主要用于制造飞机起落架、机翼、发动机壳等受力结构件，及高压连接件和高扭短轴零件。常用超高强度钢实例30CrMnSiNi2A属于低合金超高强度钢，经热处理后可获得高的强度、好的塑性和韧性、良好的抗疲劳性能和断裂韧度、低的疲劳裂纹扩展速率。主要用途用于航空工业，制造飞机结构件，可减少构件重量。常用超高强度钢实例

为了抑制低合金超高强度钢回火脆性，1952年美国国际镍公司开发了300M钢。该钢通过添加了1~2％的硅来提高回火温度（260~315℃），并可抑制马氏体回火脆性。300M钢在1966年后作为美国的军机和主要民航飞机的起落架材料而获广泛的应用，F-15、F-16、DC-10、MD-11等军用战斗机都采用了300M钢，此外波音747等民用飞机的起落架及波音767飞机机翼的襟滑轨、缝翼管道等也采用300M钢制造。常用超高强度钢实例

尽管以4340和300M钢为代表的低合金超高强度钢具有高强度，但它们的断裂韧性和抗应力腐蚀能力都比较差，因而其应用受到了一定的限制。美国于60年代初开始研制D6AC，由AISI4340钢改进而成，被广泛用于制造战术和战略导弹发动机壳体及飞机结构件。到了70年代中期，D6AC逐渐取代了其它合金结构钢，成为一种制造固体火箭发动机壳体的专用钢种。

美国新型地空导弹“爱国者”，小型导弹“红眼睛”，大中型导弹“民兵”、“潘兴”、“北极星”、“大力神”等，美国航天飞机的φ3.7m助推器壳体也采用D6AC钢制造。D6AC还曾用于制造F-111飞机的起落架和机翼轴等。第6讲铝及其合金目录123铝及其合金性能特点铝合金的分类铝合金的热处理4铝合金的牌号、性能及用途概述在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。

有色金属及其合金

概述有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度(强度与密度之比)等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料.材料占汽车净重比AlFe塑料其它橡胶磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纤维各种材料在先进汽车中占的重量百分比一、铝及其合金性能特点纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72)，熔点低(660.4℃),导电、导热性能优良。耐大气腐蚀，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。铝合金制造的机翼一、铝及其合金性能特点铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。

铝合金型材铝铸件二、铝合金的分类可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类.铝合金分类示意图三、铝合金的热处理

并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。

可热处理强化变形铝合金的热处理方法：固溶处理+时效。固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温加热固溶淬火过饱和时效析出三、铝合金的热处理在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时效。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。

温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，为过时效。随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。含4%Cu铝合金的时效曲线时效时间/d时效时间屈服强度时效峰过时效亚时效铝合金的热处理四.铝合金的牌号、性能及用途按GB/T16474-2011规定，变形铝及铝合金的牌号采用四位数字体系，第一、三、四为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（C\I\L\N\O\P\Q\Z字母除外）。牌号的第一位数字表示铝及其合金的组别，如下表所示。除改型合金外，铝合金组别按主要合金原始（6xxx系按Mg2Si）来确定。铝及其合金的组别组别牌号系列纯铝（铝含量不小于99.0%）1xxx以Cu为主要合金元素的铝合金2xxx以Mn为主要合金元素的铝合金3xxx以Si为主要合金元素的铝合金4xxx以Mg为主要合金元素的铝合金5xxx以Mg、Si为主要合金元素的铝合金6xxx以Zn为主要合金元素的铝合金7xxx以其它为主要合金元素的铝合金8xxx四.铝合金的牌号、性能及用途

4.1变形铝合金⑴变形铝及铝合金牌号表示方法按GB/T16474-2011规定，变形铝合金的牌号用2xxx~8xxx系列表示。牌号的最后两位数字没有特殊意义，仅用来区分同一组不同的铝合金。牌号的第二位字母表示原始合金的改型情况。如果牌号第二位字母是A，则表示原始合金；若是B~Y的其他字母，则表示为原始合金的改型合金。变形铝合金的新旧牌号对照表如教材所示。四.铝合金的牌号、性能及用途4.1变形铝合金⑴变形铝及铝合金牌号表示方法根据国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。全世界铝的用量百万吨四.铝合金的牌号、性能及用途GB3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为:

防锈铝合金：LF+序号

硬铝合金：LY+序号

超硬铝合金：LC+序号

锻铝合金：LD+序号铝合金波纹管铝合金制品铝是可以回收利用的金属四.铝合金的牌号、性能及用途⑵常用变形铝合金①防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是卫星天线（LF2）

提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。四.铝合金的牌号、性能及用途汽化器(热交换管为LF21)常用的Al-Mn系合金有LF21（3A21），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05），其密度比纯

铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。四.铝合金的牌号、性能及用途②硬铝合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，也可进行变形强化。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等.

飞机翼梁(腹板为硬铝合金)四.铝合金的牌号、性能及用途③超硬铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。时效强化效果超过硬铝合金.热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件,如飞机大梁、起落架等.飞机主起落架四.铝合金的牌号、性能及用途④锻铝合金Al-Cu-Mg-Si系合金可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等.压气机叶片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。四.铝合金的牌号、性能及用途美F-117隐身战斗机

(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼四.铝合金的牌号、性能及用途4.2铸造铝合金包括：Al-Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号⑴Al-Si系铸造铝合金又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明.577℃12.7%四.铝合金的牌号、性能及用途在普通铸造条件下，ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和

固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次

固溶体组织，以提高性能。未变质处理

经变质处理

ZL102的铸态组织四.铝合金的牌号、性能及用途加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。活塞(裙部为铝硅合金)用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。四.铝合金的牌号、性能及用途⑵Al-Cu系铸造铝合金这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。汽缸头常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。四.铝合金的牌号、性能及用途⑶Al-Mg系铸造铝合金这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差,耐热性低。常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机密封件等(ZL102、301)四.铝合金的牌号、性能及用途⑷Al-Zn系铸造铝合金这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞(ZL401)常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。四.铝合金的牌号、性能及用途合金牌号举例牌号含义性能用途铝合金LF55号防锈铝合金耐蚀、塑性好冷成型件LY1111号硬铝合金强硬度高冲压模锻件LC44号超硬铝合金高强受力大结构件LD77号锻铝合金可锻、耐温锻件ZL1022号Al-Si铸造合金耐蚀,铸造性好汽缸、活塞ZL2011号Al-Cu铸造合金耐热,强度较高较高温高强件ZL3011号Al-Mg铸造合金耐蚀,高强舰船配件ZL4011号Al-Zn铸造合金高强,铸造性好汽车飞机零件钛合金TC44号+型钛合金高强,耐蚀,耐热<400℃航空件四.铝合金的牌号、性能及用途谢谢大家！第7讲钛及其合金目录123钛合金的性能及分类钛合金的发展与应用工业纯钛简介1791年，英国牧师Gregor发现了一种新元素。1795年，法国化学家克拉普罗特以日耳曼神话中女神坦的名字为它命名“Titanium”，译成中文就是“钛”。从此，钛便进入了科学家的实验室。“钛”的由来简介钛是一种新金属，由于它具有一系列优异特性，被广泛用于航空、航天、化工、石油、冶金、轻工、电力、海水淡化、舰艇和日常生活器具等工业生产中，它被誉为现代金属。金属钛生产从1948年至今才有半个世纪的历史，它是伴随着航空和航天工业而发展起来的新兴工业。它的发展经受了数次大起大落，这是因为钛与飞机制造业有关的缘故。但总的说来，钛发展的速度是很快的，它超过了任何一种其他有色金属的发展速度。这从全世界海绵钛工业发展情况可以看出：海绵钛生产规模60年代为60kt/a，70年代为110kt/a，80年代为130kt/a，到1992年已达140kt/a。1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白，1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛，1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛——这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。而钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。中国钛工业起步于20世纪50年代。1954年，北京有色金属研究总院开始进行海绵钛的制备工艺研究，1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划，1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验，成立了中国第一个海绵钛生产车间，同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛加工生产试验车间。60年代中期开始钛材的工业化生产。简介一.工业纯钛工业纯钛Ti：纯钛密度4.507g/cm3熔点高1688℃具有同素异构转变:

≤882.5℃为密排六方结构的α相≥882.5℃体心立方结构的β相纯钛比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采用氩气保护。

-Ti⇌

-Ti美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造一.工业纯钛密度小,比强度高（比强度高的特性仍可保持到550～600℃。与高强合金相比，相同强度水平可降低重量40％以上）弹性模量低（120GPa），约为铁的54％。抗拉强度与其屈服强度接近无磁性、无毒耐热性能好耐低温性能好（在液氮温度下仍有良好的机械性能，强度高而仍保持良好的塑性及韧性）耐腐蚀性能(钝化层（TiO2）,纳米尺度，室温下长大极慢)导热系数小（比铁低4.5倍）抗阻尼性能强吸气性能（储气、干燥）一.工业纯钛特点：一种银白色的金属是很活泼的元素。有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多环境中表现出很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫等元素发生剧烈反应。钛一般不发生孔蚀；除在几种个别介质（如发烟硝酸、甲醇溶液）中，也不发生晶间腐蚀；钛的应力腐蚀破裂敏感性小，具有抗腐蚀疲劳的性能，耐缝隙腐蚀性能良好。

一.工业纯钛根据杂质含量，钛分为高纯钛（纯度达99.9%）和工业纯钛（纯度达99.5%）。工业纯钛有三个牌号，分别用TA＋顺序号数字1、2、3表示，数字越大，纯度越低。杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显著提高钛的强度，故工业纯钛强度较高，接近高强铝合金的水平。一.工业纯钛纯钛主要用于350℃以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置、舰船零部件及飞机蒙皮等。钛钢复合反应釜钛管换热器钛制蒸馏塔二.钛合金的性能及分类2.1钛合金纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度.按退火组织，钛合金可分为

型钛合金、

型钛合金和

+

型钛合金三类，它们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示。如TA5、TB2、TC4等。其中TA0~TA3为工业纯钛。钛合金泵二.钛合金的性能及分类2.1

钛合金的特点强度高钛合金的密度一般在4.5g/cm³左右，仅为钢的60％，若按单位重量的强度（称比强度）测定，钛合金是铝合金的1.3倍，镁合金的1.6倍，不锈钢的3.5倍，是所有金属材料中的冠军。热强度高使用温度比铝合金高几百度，可在450～500℃的温度下长期工作。抗蚀性好耐酸、耐碱、耐大气腐蚀，对点蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强。二.钛合金的性能及分类低温性能好间隙元素极低的钛合金TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。化学活性大钛合金高温时化学活性很高，轻易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层。导热系数小、弹性模量小钛的导热系数约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50％。钛合金的弹性模量约为钢的1/2。二.钛合金的性能及分类2.2

钛合金的分类钛合金按组织基体可分为：α合金、(α+β)合金、β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。钛合金按用途可分为：耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼，钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。

二.钛合金的性能及分类1、

型钛合金主加元素为铝，还有锡、硼等。

不能热处理强化，通常在退火状态下使用,组织为单相

固溶体.

强度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越.钛合金氢泵诱导轮钛合金氢泵壳体二.钛合金的性能及分类常用牌号有TA5、TA7等主要用于制造500℃以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。TA5主要用于制造船舰零件。

钛合金卫星框架钛合金液下泵-Ti合金组织二.钛合金的性能及分类2、

型钛合金加入的合金元素有钼、铬、钒、铝等。经淬火加时效处理后，组织为

相基体上分布着细小的

相粒子。这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，难于焊接，应用受到限制。钛合金管钛合金管应用二.钛合金的性能及分类

型钛合金有TB2、TB3、TB4三个牌号。主要用于350℃以下工作的结构件和紧固件,如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。钛合金棒β钛合金眼镜架钛离心泵二.钛合金的性能及分类3、

+

型钛合金加入的合金元素有铝、钒、钼、铬等。可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、耐蚀性和低温韧性。钛合金列管式换热器二.钛合金的性能及分类

+

型钛合金共有九个牌号，其中以TC4应用最广、用量最大，其经过淬火加时效处理后，组织为

+

+时效析出的针状

。α+β钛合金组织α+β钛合金组织（电镜）二.钛合金的性能及分类

+

型钛合金主要用于制造400℃以下工作的飞机压气机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等.

TC10是在TC4基础上发展起来的，具有更高的强度和耐热性。生物医用材料飞机压气机叶片三.钛合金的应用与发展目前尽管钛及其合金应用的历史不长，但由于它那超众的性能，已经获得了多个光荣称号。首先荣获的称号就是“空间金属”。它重量轻、强度大又耐高温，特别适于制造飞机和各种航天器。目前世界上生产的钛及钛合金，大约有四分之三都用于航空航天工业。许多原来用铝合金的部件，都改用了钛合金。三.钛合金的应用与发展航空航天电讯器材

医疗造船工业

机械工业硬质合金

3.1

钛合金的应用三.钛合金的应用与发展俄海军塞拉II级钛合金攻击核潜艇

潜艇在深海中航行时，要承受巨大的压力。下潜得愈深，承受的压力愈大。核潜艇的外壳采用钛合金制造，其下潜深度是一般潜艇的两倍，可达4500m。如果没有钛合金，潜海是不可能达到这样的深度的。钛合金没有磁性，用它建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。

三.钛合金的应用与发展耐热强度高，做钻头耐热阀，常用于石油工业三.钛合金的应用与发展钛镍形状记忆合金

三.钛合金的应用与发展硬质金属外壳（质量轻、耐腐蚀、耐磨损）三.钛合金的应用与发展①生物相容性等于75%黄金合金。②

使用寿命长，强度高。③安全、高贵、价格适中。三.钛合金的应用与发展1、现代航空中钛合金使用情况1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上占机重28%。随着加工工艺技术的发展，在火箭、人造卫星和宇宙飞船上，也用了大量的钛合金。飞机越先进，使用的钛越多。美国F—14A战斗机使用的钛合金，约占机重的25%；F—15A战斗机为25.8%；美国第四代战斗机用钛量为41%，其F119发动机用钛量为39%，是目前用钛量最高的飞机。三.钛合金的应用与发展三.钛合金的应用与发展三.钛合金的应用与发展F22“猛禽”，钛合金比例高达39%，后机身前后梁采用了热等静压钛合金铸件结构。三.钛合金的应用与发展中国采用钛合金技术生产的歼八II战机，让俄罗斯兄弟红了眼。钛合金主要应用于机体部位，以抵抗两台喷气发动机运行时所产生的高温。三.钛合金的应用与发展钛合金主要用于飞机及发动机的制造材料，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、发动机罩、排气装置等零件以及飞机的大梁隔框等结构框架件。此外，波音787机翼还采用了钛-石墨复合材料。三.钛合金的应用与发展波音飞机主要机型的平均用钛量（单位：吨/架）预测至2032年波音公司在中国将新增客机数量5580架。假设飞机平均用钛量30吨/架，通过计算至2032年，中国将消耗16.7万吨钛，平均每年为8370吨。三.钛合金的应用与发展宝钢集团研制出了大型飞机起落架用钢和钛合金结构用钢在飞机降落时，起落架要承受强大的冲击力

三.钛合金的应用与发展钛合金零件在先进航空发动机上占有相当的比重,并且呈现出结构集成度愈来愈高、结构愈来愈复杂的发展趋势,在减轻发动机重量、改善和提高性能等方面发挥着日益重要的作用。航空发动机三.钛合金的应用与发展2、钛合金的发展钛合金研究起源于航空，航空工业的发展促进了钛合金的发展，航空用钛合金也形成了自己的体系。航空用钛合金的研究一直是钛合金领域中最重要、最活跃的一个分支，但其发展也极其艰辛，如高温钛合金为克服“热障”问题，就花费了人们十几年的精力。80年代之前我国的航空用钛合金研究是完全仿制，80年代后逐步走向仿制与创新相结合的研究之路，研究水平并不落后于国外。三.钛合金的应用与发展3.航空用钛合金的重点研究发展方向航空用钛合金研究在材料研制部门受到高度重视，取得了可喜进展，满足了航空应用研究部门、设计部门和应用部门的一定需求。材料研制部门研制航空用钛合金已从仿制走向创新。但钛合金研究的多、应用的少却是不争的事实。近几年航空用钛合金的重点研究发展方向是：1.对现有高温钛合金的成分进行调整并研发600℃高温钛合金。2.进一步加强对阻燃钛合金和高强高韧损伤容限钛合金的研究工作,开发不同强度等级的实用钛合金。3.研制具有自主知识产权的新型高强韧钛合金,为进一步提高我国钛合金在宇航工业中大型承力构件的应用起到积极推动的作用。4.用价格较低的合金元素取代贵的金属元素或改善加工工艺降低钛合金成本,扩大其使用范围。谢谢大家！第8讲镁及其合金目录1234镁合金镁合金的分类及牌号纯镁镁合金应用一.纯镁镁在地壳中的储藏量极丰富，其蕴藏量为2.1%，仅次于铝和铁而占第三位。其特点如下：1、纯镁的比重小，只有1.74，是工业用金属中最轻的一种。镁合金具有比铝合金更高的比强度，可达18.8左右。2、镁的弹性模数E比较小，在室温时E为45000MPa。1.1纯镁的特性一.纯镁3、纯镁的熔点为650土1℃。但镁在熔化温度时极易氧化甚至燃烧，故熔炼技术比较复杂。4、镁具有密排六方点阵结构，其塑性变形能力比铝小。5、纯镁的强度不高，大致与纯铝差不多。6、镁具有很高的化学活泼性。其表面氧化镁薄膜性很脆，而且不如氧化铝薄膜致密，故镁在潮湿的空气中，特别在盐水中的抗腐蚀性很差。一.纯镁1.2工业纯镁的牌号及分类工业纯镁牌号用汉语拼音字母M加顺序号表示。如M1、M2、M3。号数愈低愈纯。纯镁的主要用途是用于制造镁合金和其他合金的合金元素，以及用在烟火工业和化学、石油等工业部门。工业纯镁的牌号及纯度牌号代号Mg%Fe%Si%Ni%一号工业纯镁M199.950.020.01—二号工业纯镁M299.920.040.010.001三号工业纯镁M399.850.050.030.002

二.镁合金2.1镁合金的特点优点

密度小（纯Mg1.7

103kg/m3）

比强度高（强度比铝合金低一般在400MPa以下）

抗震能力高

切削加工性和抛光性能好缺点抗蚀性差（在潮湿大气、海水、盐溶液中抗蚀差；但在氢氟酸、铬酸、碱、矿物油中抗蚀性较好）熔铸困难冷变形困难（六方金属）通常铸造和热加工后使用铸造Mg合金的用量比变形Mg合金的用量大二.镁合金二.镁合金2.2镁合金中的合金元素及其作用1、镁的合金化镁的合金化原理与铝的相似，主要是通过加入合金元素，产生固溶强化、过剩相强化、沉淀强化和细晶强化，以及提高合金的抗蚀性和耐热性能。常用合金元素主要是铝、锌、稀土金属、锂、银、锆、钍、锰及微量镍等。固溶强化和时效强化是镁合金的主要强化手段，凡是能在Mg中大量固溶的元素，一般都是镁合金的有效强化合金元素。二.镁合金根据合金元素的作用和极限溶解度，大致分成三类：包晶反应类：Zr、Mn；起固溶强化、细化晶粒、提高抗蚀性和耐热性的作用。共晶反应类：Ag、Al、Zn、Li、Th；是主要合金元素，起固溶强化和沉淀强化作用。共晶反应型元素是高强度镁合金的主要合金元素，这类元素在Mg中有较大的溶解度变化，有明显的时效硬化效应。Mg合金中的主要强化相有：Mg2Zn3相、γ-Mg17Al12相、Mg2RE相、Mg23Th6相、Mg12Nd2Ag相、A12Nd和A12Y相。稀土元素（RE）：Y、Nd、La、Ce、Pr、混合RE等，有提高抗蠕变性能的作用。二.镁合金铝：在镁中具有较大的溶解度，故固溶强化效果显著。由于其在共晶温度437℃时的极限溶解度w(Al)=12.6％，室温时为2.0%左右，所以可进行时效强化。变形镁合金的铝含量一般在3～5%。锆：锆是高熔点金属，溶于镁基固溶体，起相当的固溶强化作用。锆与镁同为密排六方点阵，镁锆合金在冷凝时，首先从液相中析出α-Zr，可作为镁结晶时的非自发形核核心，使合金的凝固组织细化。二.镁合金稀土元素：固溶的稀土元素（如镧、铈、钇、钕等）可以增强镁合金的原子间结合力，降低合金中原子扩散速度，增加合金的热稳定性。镁与稀土金属形成一系列金属间化合物，如Mg9RE、Mg12RE等。已知Mg9Nd的热稳定性高，有明显的沉淀强化效果。镁合金中的杂质以铁、铜和镍危害性最大，铁含量大于0.016%就显著降低镁的抗蚀性。为消除铁的有害影响，通常在镁中加入一定量的锰（0.15～0.5%），锰能与铁生成化合物并沉积于熔体底部。二.镁合金2.3镁合金的生产及热处理特点1、镁合金的生产纯镁的熔点为650土1℃。但镁在熔化温度时极易氧化甚至燃烧，故熔炼技术比较复杂。熔炼镁合金都在650℃以下进行，通常是在溶剂（NaCl、KCl和MgCl的混合物）的覆盖下，在坩埚中进行熔化。2、镁合金的热处理镁没有同素异构转变，因此亦是通过淬火+时效处理进行强化。镁合金的热处理工艺与铝合金相比较具有以下特点：1）镁合金的淬火加热温度比较低。因为镁合金的组织一般都比较粗大，而且组织达不到平衡状态。处于不平衡状态的合金熔点要比平衡状态低些。

二.镁合金2）镁合金淬火加热的保温时间比铝合金长得多。因为合金元素在镁中的扩散速度非常慢，过剩相的溶解速度亦比较缓慢。3）淬火加热速度不宜太快，通常需要采用分段加热，以防止过烧。4）镁合金淬火冷却可采用空冷或在70～100℃水中冷却，因为强化相从过饱和固溶体中析出速度缓慢。5）镁合金一般都采用人工时效处理。6）镁合金的热处理切忌用硝盐浴炉加热，一般都在真空热处理炉、箱式电炉或井式电炉中加热。在高温的硝盐浴中镁合金会发生剧烈的化学作用而引起爆炸。二.镁合金3、状态符号镁合金常用的热处理类型T1：铸造或加工变形后，不再单独固溶处理，直接人工时效工艺简单，也有强化效果，特别对Mg-Zn系合金，因晶粒易长大，重新加热晶粒粗化，时效后的综合性能反而不如T1T2：为消除铸件残余应力及变形合金的冷作硬化而进行的退火处理ZM5 350℃

2.5h。T4：淬火处理（空冷），可以提高合金的抗拉强度和延伸率，ZM5常用T4。T6：淬火（空冷）+人工时效，目的提高合金的屈服强度，但塑性相应有所降低。T6主要应用于Mg-Al-Zn及Mg-RE-Zr系，高锌的Mg-Zn-Zr系为充分发挥时效强化效果，也可以选用T6。T61：热水淬火+人工时效，可提高时效强化效果。特别是对冷却速度敏感性较高的Mg-RE-Zr合金。三.镁合金的分类及牌号和铝合金一样，可以分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。牌号采用汉语拼音字头加顺序号表示，如铸造镁合金ZM1、ZM3、ZM5及变形镁合金MB1、MB1、MB3等。镁合金具有较高的比强度和比刚度，并有高的抗震能力，能承受比铝及其合金大的冲击载荷，且切削加工性好，易于铸造和锻压，所以在航天航空工业中获得较大应用。三.镁合金的分类及牌号3.1变形镁合金1、镁锌锆系合金(Mg-Zn-Zr)这类镁合金是热处理强化变形镁合金。其中镁合金MB15的w（Zn）=5.0％～6.0％，w（Zr）=0.3％～0.9％，w（Mn）=0.l％。其沉淀强化相为Mg2Zn3。MB15的缺点是焊接性差，不能做焊接件。由于其强度高，耐蚀性好，无应力腐蚀倾向，能制造形状复杂的大型构件，如飞机上的机翼长绗、翼肋等，其使用温度不超过150℃。

三.镁合金的分类及牌号2、镁锰(Mg-Mn)系合金镁锰合金使用组织是退火组织，在固溶体基体上分布着少量β-Mn颗粒。常用的有MB1和MB8两种。镁锰合金有良好的耐蚀性和焊接性。MB1合金含有w(Mn)=1.3％～1.5％，经过340～400℃退火，其σ0.2＝98MPa，

σb=206MPa，δ=4％。其高温塑性好，可生产板材、型材和锻件。使用温度在150℃以下。三.镁合金的分类及牌号

3、镁锂(Mg-Li)合金属于超轻型结构合金，其密度为1.30～1.65g／cm3。强度较低，但室温和低温塑性很好。镁锂合金加入强化元素铝、锌、锰、镉、钕和铈等，能提高强度和组织稳定性。例如，美国的LA141合金（Mg-14Li-1.2Al-0.15Mn）可以焊接，经固溶后稳定处理，板材的σ0.2=95MPa，σb=115MPa，δ=10％，可作装甲板和航天用结构件。三.镁合金的分类及牌号4、镁稀土系(Mg-RE)和镁钍系(Mg-Th)耐热镁合金在镁-钕合金中，Mg9Nd起沉淀强化作用。随钕含量增加，室温和高温强度都可大幅度提高。钕含量在w(Nd)3％左右时，室温强度达到最大值；在300℃下，抗拉强度仍能保持在147MPa以上。在镁钕合金基础上加入锰和微量镍，锰可提高合金的蠕变性能，微量镍可进一步降低蠕变速率，如MA11合金。镁-钍系合金可产生沉淀强化相Mg23Th6，在过饱和固溶体脱溶时析出β″介稳相，产生很强的沉淀强化作用。镁-钍系合金在300℃以下的蠕变极限超过所有镁合金。三.镁合金的分类及牌号3.2铸造镁合金1、镁-铝-锌系(Mg-Al-Zn)铸造合金镁-铝-锌系合金是应用最早、使用最广的一类高强度镁合金。常用的为ZM5，主要含W(Al)=7.5％～9.0％，w(Zn)=0.2％～0.8％，w(Mn）=0.15％～0.5％，密度为1.81g／cm3。合金的铸造性好，可以焊接，但耐蚀性差。固溶+时效处理后，σ0.2=118Mpa，σb=250MPa，δ=3.5％。可用于制造飞机机舱连接隔框，舱内隔柜等，以及发动机仪表和其他结构上承受载荷的零件。2、镁-锌-锆系(Mg-Zn-Zr)铸造合金属高强度镁合金，与镁-铝-锌系合金相比，显微疏松倾向小，铸造性能好，屈服极限比高。常用的有ZM1、ZM2。合金中，锌的主要作用是起固溶强化和沉淀强化的作用，如沉淀强化相Mg2Zn3。当锌含量增加时，合金的强度升高，但w(Zn)超过6％时，强度提高不明显，而塑性下降较多。加入少量锆（0.5～0.8%）后可细化合金的晶粒，改善力学性能。加入镉和银后增大了固溶强化作用。ZM1的主要特点是强度高。而且壁厚效应小，主要用在航空工业，制造高强度、受冲击载荷大的零件，如飞机轮壳、轮缘、支架等。在ZM1成分基础上加入0.7～1.7%Ce，就发展为ZM2合金。加铈的目的是增加合金中的共晶组织，减少显微疏松与热裂倾向，改善铸造性能。同时铈还有细化组织、提高合金的耐热性能的作用。ZM2合金主要用于航空工业中，制造工作温度较高（200℃以下）的零件，如发动机机座，电机壳体等。3、镁-稀土-锆系(Mg-RE-Zr)耐热铸造合金稀土金属可使铸造镁合金质量得到改进，工作温度升高。合金加入一定量锆后可以进一步细化晶粒，保证显微组织和性能的稳定，并可改善耐蚀性。常用的牌号有ZM3、ZM6、QE22A、HK31A等。用于200～300℃范围，具有良好的高温强度。可以制造在250℃以下长期工作的零件，如发动机增压机匣、压缩机机匣及扩散器壳体等。QE22A（Mg-2.5Ag-2Nd-0.7Zr）是国外广泛应用的耐热高强度铸造镁合金。银在镁中的固溶度较大，起固溶强化作用，其σ0.2=185MPa，σb=240MPa，δ=2％，在250℃以下有高的屈服强度，可用于飞机起落架等部件。但由于价格原因，使用受到限制。3.3镁合金的牌号1、我国牌号镁合金牌号用汉语拼音加阿拉伯数字表示

纯Mg：Mg－1（一号镁） 含Mg99.95

Mg－2（二号镁） 含Mg99.92Mg－3（三号镁） 含Mg99.85杂质：Ni、Fe、Cu、Si、Sn（纯Mg一般不用于加工产品）Mg合金：ZMx（铸造Mg合金），MBx（变形Mg合金）例：ZM1 4.5Zn、0.75Zr ZM2 4.25Zn、0.75Zr、1.2RE ZM5 0.5Zn、0.33Mn、8.25Al例：MB1 1.3－2.5Mn MB2 3.0－4.0Al、0.2－0.8Zn、0.15－0.5Mn MB8 1.5－25Mn、0.15－0.35Ce MB15

5.0－6.0Zn、0.3－0.9Zr2、美国牌号

用英文字母和阿拉伯数字表示，前两个字母表示主要合金化元素，接着的两位数字分别表示前两个字母所代表元素的百分含量（重量百分数），后缀A、B、C等表示在标准成分范围内成分有所变化，但字母X表示实验合金。例如：AZ91表示Mg-9Al-1Zn字母代表元素字母代表元素AAl铝MMn锰BBi铋NNi镍CCu铜PPb铅DCd镉QAg银ERE稀土RCr铬FFe铁SSi硅HTh钍TSn锡KZr锆YSb锑LLi锂ZZn锌中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比四.镁合金的应用与发展镁合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪、减震、防辐射的要求，可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。从20世纪40年代开始，镁合金首先在航空航天部门得到了优先应用。B-36重型轰炸机每架用4086kg镁合金簿板；洛克希德F-80喷气式歼击机镁板机翼，使结构零件从47758个减少到16050个；“大力神”火箭使用了600kg的变形镁合金；“季斯卡维列尔”卫星中使用了675kg的变形镁合金；直径约1米的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件：一个型号的飞机最多选用了300-400项镁合金构件；一个零件的重量最重近300kg；一个构件的最大尺寸达2m多。四.镁合金的应用与发展在军工方面需要镁合金板材以提高结构件强度,减轻装备重量,提高武器命中率。国防工业领域

由于镁及镁合金耐冲击，如果能够开发出与铝合金耐蚀性能相当的镁合金，则其在兵器等各种军用领域将有着广阔的应用前景。如照明弹用镁粉、穿甲弹用高比强度镁合金弹托材料，以及可用变形镁合金制造的战术航空导弹舱段、副翼蒙皮、壁板和雷达、卫星上用的镁合金井字梁、相机架和外壳等零件。四.镁合金的应用与发展武器轻量化是现代兵器的发展趋势，利用镁合金取代现有武器上的一些零部件正成为各国研究的热点。有关单位已分别通过锻造或铸造成型方式开发出了变形镁合金冲锋枪机匣、枪尾、提把、前扶手、枪托体、大托弹板、瞄具座、小弹匣座以及军用铸造合金发动机进出水管和发动机滤座等军品武器用零部件，其中部分对耐蚀耐磨有较高要求的军用镁合金零部件还被通过协和涂层的方法进行了相应的表面处理。目前，这些研制生产出的军用镁合金零部件已进入实际演示验证和考核阶段，预计不久将得到初步应用。四.镁合金的应用与发展镁合金在汽车工业的应用镁合金汽车零件的好处可简单归纳为：

密度小，可减轻整车重量，间接减少燃油消耗量；

镁比强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能承受一定负荷；

镁具有良好的铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低；

镁具有较高阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用于壳体可降低噪声，用于座椅、轮圈可以减少振动，提高汽车的安全性和舒适性。

四.镁合金的应用与发展早在1930年镁合金就用于一辆赛车上的活塞和欧宝汽车上的油泵箱。上世纪六十年代在有的车上用量达到23千克，主要用作阀门壳、空气清洁箱、制动器、离合器、踏板架等；上世纪八十年代初，严格控制铁、铜、镍等杂质含量，镁合金的耐蚀性得到了解决，同时，成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用。从上世纪九十年代开始，欧美、日、韩开始把镁合金用于汽车零件上。镁合金压铸件在汽车上的应用已经显示出长期的增长态势。在过去十年里，其年增长速度超过15%。在欧洲，已经有300种不同的镁制部件用于组装汽车，每辆欧洲生产的汽车上平均使用2.5kg镁。每辆汽车对镁的需求将提高至70—120kg。目前，汽车仪表、座位架、方向操纵系统部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂、发动机和安全部件上都有镁合金压铸产品的应用。四.镁合金的应用与发展MB15、MB25属于镁锌锆系（Mg-Zn-Zr）变形镁合金，可制造飞机机翼长绗、翼肋等。MB1、MB8属于镁锰系(Mg-Mn)变形镁合金，用于飞机的蒙皮、壁板及润滑系统的附件。ZM5属于镁铝锌系(Mg-Al-Zn)铸造镁合金，用于制造飞机机舱连接隔框，舱内隔柜、发动机、仪表和其他结构上承受载荷的零件。ZM1、ZM2属镁锌锆系(Mg-Zn-Zr)铸造镁合金，可用于飞机发动机和导弹的各种铸件。ZM3、ZM6属于镁稀土锆系(Mg-RE-Zr)耐热铸造合金。可以制造在250℃以下长期工作的零件。思考题1、纯镁的特性有哪些？2、镁合金的有哪些分类？3、镁合金主要有哪些合金系？特点如何？4、镁合金的主要强化手段有哪些？谢谢大家！第10讲高温合金126目录Content1高温合金的概述2高温合金的特点及分类3高温合金的性能要求4高温合金的应用5高温合金的发展一高温合金的概述

高温合金是指能在600~1200℃高温下仍能保持按设计要求正常工作的金属材料。随着人类飞向太空，核动力、光子火箭的发展，对高温的要求进一步提高，将超出金属高温合金的极限，需要发展其他类型的高温材料。

高温合金的发展过程一高温合金的概述国外高温合金发展状况1929年：英美Meriea、Bedford和Pilling将少量的Ti和Al加入到80Ni-20Cr电工合金，蠕变显著强化。1937年：德Hansvonohain涡轮喷气发动机Heinkel问世。1939年：英研制出Whittle涡轮喷气发动机。1939年：英Mond镍公司(国际镍公司)研制出镍基合金Nimonic75，准备用作Whittle发动机涡轮叶片，后为Nimonic80取代，其含铝、钛，蠕变性能比Nimonic75高50℃。1942年：Nimonic80用作涡轮喷气发动机的叶片，成为最早的Ni3(A1，Ti)强化的涡轮叶片材料。此后，该公司在合金中加入硼、锆、钴、钼等合金元素，相继开发了Nimonic80A、Nimonic90等合金，形成Nimonic合金系列。一高温合金的概述1932年：美国Halliwell开发了含铝、钛的弥散强化型镍基合金K42B，用以制造活塞式航空发动机的增压涡轮。1941年：美国开始发展航空燃气涡轮。1942年：HastelloyB镍基合金用于GE公司的Bellp-59喷气发动机及其后的I-40喷气发动机。1944年：西屋公司的YanKee19A发动机采用钴基合金HS23精密铸造叶片。1950年美国出兵朝鲜，由于钴的资源短缺，镍基合金得到发展并被广泛用作涡轮叶片。美国的PW公司、GE公司和特殊金属公司分别开发出了Waspalloy、M-252和Udmit500等合金。并在这些合金发展基础上，形成了Inconel、Mar-M和Udmit等牌号系列。一高温合金的概述

制造工艺对高温合金的发展起着极大的推进作用。二十世纪40年代～50年代中期：通过合金成分的调整来提高合金的性能。二十世纪40年代：出现了真空熔炼技术，去除合金中有害杂质和气体，精确控制合金成分，如Mar-M200、In100和B1900等高性能的铸造高温合金。二十世纪60年代：定向凝固、单晶合金、粉末冶金、机械合金化、陶瓷过滤、等温锻造等新型工艺的研究开发。其中定向凝固工艺所起的作用尤为重要，采用定向凝固工艺制出的单晶合金，其使用温度接近合金熔点的90％，至今，各国先进航空发动机无不采用单晶高温合金涡轮叶片。一高温合金的概述我国高温合金发展历程1956年：正式开始研制生产高温合金，第一种高温合金是GH3030，用作WP－5火焰筒（歼-5），由抚顺钢厂、鞍山钢铁公司、冶金部钢铁研究总院、航空材料研究所和410厂共同试制1957年：通过长期试车后投入生产。1957年底，继GH3030合金之后，WP－5发动机用的GH4033(DH437B)、K412合金相继试制成功。1960年代初：先后研制成功GH4037、GH3039、GH3044、GH4049、GH3128、K417等高温合金一高温合金的概述70年代初：高温合金的生产试制和研究已初具规模，通过仿制、消化和发展苏联高温合金为主体的合金及其工艺，质量达到或超过苏联标准和实物水平。我国资源缺镍少钴，铁基高温合金的研制、生产和应用成为六七十年代的主线。至70年代初，研制生产的铁基高温合金牌号达33个，其中我国独创的达18种之多。大量应用至今的有GHll40、GH2135、GH35A和K213等4种合金。70年代后：引进欧美发动机WS-8、WS-9、WZ-6、WZ-8，并研制生产WP－13等发动机，引进和试制了一批欧美体系的高温合金，使我国高温合金生产水平接近西方工业国家的水平。自行研究和开发了一批新的镍基合金，如GH4133、GH4133B、GH3128、GHl70、K405、K423A、K419等。一高温合金的概述多年来研究、试制和生产了100多种高温合金，总计产量达6万t左右。生产高温合金的装备：大型真空感应炉、不同容量的电渣炉、1～7t大型真空电弧炉、200kg真空电子束炉以及大型快锻、精锻机、挤压机、水压机等设备。国际公认的工艺技术：低偏析新技术和加镁微合金化技术。通过低偏析技术，控制杂质元素磷、硫、硅等的低含量，创制了一系列低偏析合金，其承温能力比原型合金高20℃～25℃。在国外加Mg净化材质和改善热加工性能基础上，我国七八十年代进一步发现Mg的偏聚晶界、改变晶界行为可显著提高合金的持久强度和塑性等性能。

1964年开始，高温合金应用于民用工业部门，如柴油机增压涡轮、地面燃气轮机、烟气轮机、核反应堆燃料空位格架等。在民用工业的推广应用中，除传统的高温高强度的高温合金外，还相继开发出一批高温耐磨和高温耐蚀的高温合金。高温合金的用途航天航空兵器舰船核……能源冶金石化机械建材生物工程等等一高温合金的概述二高温合金的特点及分类耐高温金属材料耐热钢低合金耐热钢铁素体系耐热钢奥氏体系耐热钢500℃↓700℃高温合金铁基（铁镍基）高温合金钴基高温合金镍基高温合金弥散强化合金狭义高温合金700℃

↓1200℃定向凝固高温合金钼基、铬基、钨基高温合金

耐热合金和高温合金的分类在高温下合金能具有较高的强度，良好的疲劳性能、断裂韧度，以及强的抗氧化和抗热腐蚀性能，并保持良好的组织稳定性和可靠的使用性能等综合性能。二高温合金的特点及分类高温合金分类：按合金基体元素种类分：铁基高温合金：含镍量达25％～60％，又称为铁镍基合金镍基高温合金钴基高温合金按合金强化类型分：固溶强化型合金时效沉淀强化型合金按合金材料成形方式分：变形高温合金：饼、棒、板、环形件、管、带和丝铸造高温合金：普通精密铸造、定向凝固和单晶合金粉末冶金高温合金：普通和氧化物弥散强化合金按使用特性：高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合金、低膨胀合金、抗热腐蚀合金等。二高温合金的特点及分类我国高温合金：汉语拼音字母＋成形方式＋强化类型与基体组元变形高温合金：“GH＋4位阿拉伯数字”“G”、“H”分别为“高”、“合”汉语拼音的第一个字母“GH”后的第一位数字为分类号：

l和2——铁基或铁镍基高温合金

3和4——镍基合金；5和6——钴基合金

1、3和5——固溶强化型；2、4和6——时效沉淀强化型“GH”后的第2、3、4位数字则表示合金的编号。

GH4169：时效沉淀强化型镍基高温合金，编号169铸造高温合金：“K＋

3位阿拉伯数字”。“K”后第1位数字表示分类号，其含义与变形合金相同

2、3位数字——合金编号。

K418：时效沉淀强化型镍基铸造高温合金，编号18合金牌号国外牌号CCrNiCoWMoAlTiFeNb其他K211BAT-45Y0.152046--8------余----K401AHB-3000.0515.5余--8.5--51.8----K406GMR-235D0.1515.5余----5.53.752.5------K409B-19000.18余10--661----Ta4－4.5K417IN-1000.189余15--35.24.8------K417GRene'1000.189余10--35.24.4------K418IN713C0.1212.5余----5.360.8--2.2--K419TRW-VIA0.116余121025.31.2--2.9--K438IN7380.1516余8.52.61.73.253.3--0.9Ta1.5-2K640X-400.525.510.5余7.5------------K644FSX-4140.2529.510.5余7.3------------二高温合金的特点及分类1铁基（铁镍基）高温合金铁基高温合金由奥氏体不锈钢发展而来，在18-8型不锈钢中加入钼、铌、钛等合金元素，使其在500~700℃温度下的持久强度提高。优点：成本低，可用于制作一些使用温度较低的航空发动机和工业燃气机上的涡轮盘、导向叶片，以及一些承力件、紧固件等。缺点：铁基高温合金由于沉淀硬化型的组织不稳定，抗氧化性差，高温强度不够，仅可使用于800℃，2镍基高温合金以镍为基体，wNi>50%，可在700~1000℃温度范围内使用。优点：镍基高温合金可溶解较多的元素，具有较好的组织稳定性，高温强度较高，比铁基高温合金有更好的抗氧化性和抗腐蚀性。二高温合金的特点及分类3钴基高温合金wCo在40％~60％的奥氏体高温合金，工作温度可达730~1100℃。优点：当温度高于980℃时，其强度很高，抗热疲劳、热腐蚀和耐磨腐蚀性都很佳，适合于航空发动机，工业燃气轮机，舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导向叶片以及柴油机的喷嘴等。缺点：一般钴基高温合金含wNi=10%~22%和wCr

=20%~30%，以及钨、钼、钽、铌等固溶强化和碳化物形成元素，其含碳量较高，是以碳化物为主要强化相的高温合金，缺少共格类的强化相，中温强度不如镍基高温合金。钴是重要的战略物质，大多数国家缺乏，因此发展受到严重限制。三高温合金的性能要求高温合金工作在600~1200℃，高温性能要求：

⑴高温下的力学性能；⑵高温下的抗腐蚀性能。(1)高温下的力学性能

①持久强度指合金在一定温度、一定时间下的断裂强度。要求获得此条件下的最大强度，以表示。其中A，B为材料常数，为时间(h)，是应力(MPa)。