《高温金属结构材料》PPT课件

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1、第三章高温金属结构材料3.1引言航空材料特点：可靠性比强度和比刚度高耐高温抗疲劳耐腐蚀长寿命低成本3.2航空航天高温结构部件的工作特点及对材料的要求3.2.1高温结构部件的使用特点美国国防部要求新一代航空发动机除保证超音速巡航和超低空突防等能力外，还要求发动机：F119就是在这种背景条件下研制成功的第一台全新设计的西方第四代航空涡扇发动机。燃气涡轮发动机的涡轮叶片材料性能：高的抗氧化能力（即高的热稳定性）足够的热强性（即能在更高的温度下具有抗蠕变和断裂的能力）满意的塑性和韧性；更高的热疲劳性（即对能引起热应力的热交换的敏感性要低）足够高的低循环疲劳强度良好的耐蚀能力（保持叶片的空气动力性能

2、）高的导热性和低的热膨胀系数良好的工艺性能（即良好的焊接性能，锻造性能及铸造性能等）三高：高推重比，高压比，高涡轮前温度60年代末，发动机部件的强度设计经历了由强度估算到损伤容限设计的发展阶段。3.2先进高温结构材料的设计原则发动机高温部件：压气机、机匣、涡轮、喷嘴、燃烧室高温及应力作用下，材料的组织结构不断发生变化，如高温合金中发生的显微结构的不稳定性，包括：金属间相的析出相的分解相的聚集和粗化相的溶入和再析出有序－无序转变材料氧化应力－腐蚀裂纹发动机材料服役环境：高温高载荷高氧化腐蚀高性能重量比高可靠性高寿命选择材料的出发点：3.3高温钛合金3.3.1高温钛合金的应用概况近α钛合金β钛

3、合金近β钛合金3.3.2高温钛合金合金化历程英美1954年美国Ti-6Al-4V350－450℃60年代Ti-6246Ti-6242450－500℃70年代Ti-6242S英国IMI679和IMI685500℃70～80年代期间IMI829、IMI834和Ti-1100近600℃俄罗斯早期BT3-1400－500℃1958年BT8、BT9450－500℃后来BT18T、BT19Y、BT36600℃3.3.3新型高温钛合金的发展思路提高钛合金耐热性的两个障碍：一、蠕变二、热稳定性什么是金属的蠕变?金属材料长期在不变的温度和不变的应力作用下，发生缓慢的塑性变形的现象，称为蠕变。产生蠕变所需的应

4、力，甚至可以小于材料的弹性极限。由于金属蠕变的累积，使金属部件发生过量的塑性变形而不能使用，或者蠕变进入到了加速发展阶段，发生蠕变破裂，均会使部件失效损坏，甚至发生严重事故。热稳定性问题所谓热稳定性问题是指合金在高温下长期热暴露后因内部析出脆化相和表面被氧化而变脆。影响热稳定性因素：首先，追求强度而采取的高合金化，促使生成非平衡亚稳组织，合金长时间工作后脆性相析出，导致不稳定；高温下氧的渗入，在合金表面形成一个富氧层，导致了合金表面的不稳定。Si－提高高温抗蠕变性稀土－强化基体；细化晶粒，提高抗疲劳性，改善热稳定性。Gd2％－强度、塑性和蠕变性能的最佳配合Y－改善热稳定性和抗蠕变性能。新的

5、合金元素应具备这样的条件：在中应该具有较大的溶解度，并有较好的强化作用，但形成相的倾向要比Al、Sn小得多，尽可能避免带来组织不稳定。目前，探索到的新合金有Ga、Zn、Pb、Sb、Bi等。抗氧化性涂层渗铝涂层Pt、Au涂层3.3.4阻燃钛合金钛合金的自燃特性美国ALLOYC(Ti-35V-15Cr)俄罗斯BTT－1和BTT－3。我国，Ti－40，Ti4阻燃合金元素Cr铬、钒、钼绝热燃烧温度低于纯钛，可抑制燃烧蔓延。3.3.5铸造热强钛合金铸造α钛合金Ti-6Al-4VTi-6Al-2Sn-4Zr-6Mo400℃Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo500℃三种型壳系统纯石墨型壳系统：导热率高

6、，易产生流痕和浇不足缺陷。钨面层型壳系统：原材料昂贵、来源困难、生产周期长。氧化物陶瓷型壳系统：原材料来源丰富，能够浇注形状复杂、薄壁铸件。铸造β钛合金Ti153合金：时效效果好，拉伸强度高，有与Ti－6Al－4V相同的断裂韧性和更好的疲劳性能。3.4镍基高温合金3.4.1高温合金高温合金的基本要求：1、具有较高的热稳定性，即在高温下具有抗腐蚀能力2、具有高的热强度。即在高温下具有高的抵抗塑性变形和断裂的能力。3、具有良好的工艺性能。即在冶炼、铸造、热压、焊接和切削加工等方面，要有满意的工艺性。热强度及其指标1、蠕变强度2、持久强度3、高温短时强度和高温疲劳强度提高热强性的途径从热稳定性方

7、面来说，主要是加铬提高抗蚀性。从热强度方面来说：1、用熔点较高的金属作为高温合金的基体。2、对基体金属进行合金化：强化基体，提高再结晶温度；加入合金元素强化晶界。3、利用铸造组织。4、热处理。3.4.2镍基高温合金和合金化原则γ‘相的强化作用改善晶界偏析的两种途径:第一，50年代后期,将大气熔炼改成真空熔炼，减低损害合金性能的化学偏析、脆性金属间化合物或低熔点共晶的数量。其次，发展定向凝固技术以形成柱晶的高温合金而消除弱