第三章高温结构材料1
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1、主要内容材料的高温性能指标材料的高温性能指标航空高温结构部件的工作特点航空高温结构部件的工作特点高温钛合金：高温钛合金应用概况，新型高高温钛合金：高温钛合金应用概况，新型高温钛合金的发展思路，阻燃钛合金、铸造热温钛合金的发展思路，阻燃钛合金、铸造热强钛合金强钛合金镍基高温合金：镍基高温合金和合金化原则，镍基高温合金：镍基高温合金和合金化原则，变形及粉末冶金高温合金变形及粉末冶金高温合金主要内容金属间化合物：金属间化合物：Ti-Al系金属间化合物，系金属间化合物，Ni-Al金属间化合物，金属间化合物，Mo-Si系金属间化合物系金属间化合物难熔金属及其合金：钼及其合金，钽合金，难熔金属及其合金：钼
2、及其合金，钽合金，铌合金、钨合金铌合金、钨合金重点：航空高温结构部件的工作特点及对材料重点：航空高温结构部件的工作特点及对材料 的要求；的要求；高温钛合金高温钛合金难点：金属间化合物难点：金属间化合物 HeS 3B 离心式喷气发动机结构图轴流式涡轮喷气发动机结构图涡扇喷气发动机结构图F-119-PW-100双转子加力式涡轮风扇发动机结构燃气轮机结构 高压蒸汽锅炉、汽轮机、燃气轮机、柴油机、化工炼油设备以及航空发动机中的构件都是长期在高温 条件下工作的。 材料的高温力学性能不同于室温。何谓高温？金属材料：T0.3-0.4Tm；(Tm为材料的熔点，以绝对温度K计算)陶瓷材料：T0.4-0.5Tm；
3、高分子材料TTg （Tg为玻璃化转变温度）约比温度绪论u材料在高温下将发生蠕变现象（材料在恒定应力的持续作用下不断地发生变形）；u材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关，载荷作用时间越长，引起变形的抗力越小；u材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低。应变速率越低，作用时间越长，塑性降低越显著，甚至出现脆性断裂；u与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛（恒定应变下，材料内部的应力随时间降低的现象）；温度对材料力学性能的影响高温结构材料：英文名称：hightemperaturestructurematerial定义：高温环境条件下，使用的结构材料。先进的高温结构材料主要包括先进的高温钛合金、高温合金
4、、金属间化合物、金属基复合材料、陶瓷及陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料等。要求：高温强度、耐蚀、高的热导率、低的膨胀率、良好的工艺性等。 高温下的结构零件有两方面的破坏因素：高温下的结构零件有两方面的破坏因素：一是高温下产生氧化与腐蚀引起的破坏；二是一是高温下产生氧化与腐蚀引起的破坏；二是高温下的热强度不足引起的破坏。所以衡量高高温下的热强度不足引起的破坏。所以衡量高温结构材料的主要性能指标有两项：温结构材料的主要性能指标有两项：热稳定性热稳定性和和热强度热强度。热稳定性热稳定性 在高温下，金属材料抵抗氧化腐蚀的能力，称为在高温下，金属材料抵抗氧化腐蚀的能力，称为热稳定性热稳定性。它是以一定温度
5、下，单位时间内面积上金。它是以一定温度下，单位时间内面积上金属损失或增加的重量来表示，其单位为属损失或增加的重量来表示，其单位为g/m2h。在其。在其他条件相同的情况下，失重或增重越少，热稳定性就他条件相同的情况下，失重或增重越少，热稳定性就越高。越高。3.1.1 热稳定性提高热稳定的途径主要有提高热稳定的途径主要有：对材料进行表面化学热处理，如渗铝、渗铬、渗硅等对材料进行表面化学热处理，如渗铝、渗铬、渗硅等是合金化，即在材料中加入适量的铝、铬、硅等元素是合金化，即在材料中加入适量的铝、铬、硅等元素；铝、硅使材料变脆，少量，铬是提高热稳定性的主；铝、硅使材料变脆，少量，铬是提高热稳定性的主要元
6、素；要元素；在材料表面涂覆耐氧化涂层，如镀镍、镀铬等镀层、在材料表面涂覆耐氧化涂层，如镀镍、镀铬等镀层、采用热喷涂陶瓷涂层等，来阻碍氧原子向金属基体扩采用热喷涂陶瓷涂层等，来阻碍氧原子向金属基体扩散而氧化零件。散而氧化零件。3.1.2 热强度 在高温下，金属抵抗变形和破坏的能力称为热强度在高温下，金属抵抗变形和破坏的能力称为热强度或高温强度。衡量金属材料高温强度的指标是：或高温强度。衡量金属材料高温强度的指标是：蠕变极蠕变极限限和和持久强度极限持久强度极限。蠕变蠕变（Creep）：材料在长时间的恒温、恒载荷作用下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象。由于蠕变变形而导致材料的断裂
7、称为蠕变断裂蠕变断裂蠕变材料的蠕变可在任何温度范围内发生，不过高温时，变形速度高，蠕变现象更明显。陶瓷材料在室温一般不考虑蠕变；高分子材料在室温下就能发生蠕变。蠕变的一般规律-蠕变曲线fT tm m12( , , , ,)式中 为蠕变速率，为应力，T为绝对温度，t为时间，为蠕变变形量，m1和m2为与晶体结构特性和组织因素有关的参量。 稳态(恒速)蠕变阶段nAt 过渡(减速)蠕变阶段式中A、n皆为常数，且0n1。 失稳(加速)蠕变阶段t 材料因产生颈缩或裂纹而很快于d点断裂。第II阶段的蠕变速度 及r(持久断裂时间)、r(持久断裂塑性)是材料高温力学性能的重要指标。u应力与温度对蠕变的影响蠕变曲
