有色金屬及合金課件

8.1鋁及鋁合金8.1.1工業(yè)純鋁優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性銀白光澤密度2.72g.cm-2,熔點660°C導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，僅次于Cu,Ag強度較低，室溫~50MPa極好的塑性和韌性,無冷脆純鋁主要性能與特點FCC結(jié)構(gòu)無同素異構(gòu)資源豐富，地殼總量8.2%物理性能化學(xué)性能力學(xué)性能應(yīng)用：合金組元，化工原料，包覆材料，電力電子，電磁屏蔽，科學(xué)實驗8.1鋁及鋁合金8.1.1工業(yè)純鋁優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性銀白光澤18.1.2鋁合金及其分類1.鋁的合金化及其特點合金化的主要目的：合金化元素改善材料的工藝和使用性能例：最高強度可達400~700MPa，耐熱性達300°C主要元素：Cu,Mg,Si,Mn,Zn,Li其它元素：Ni,B,Zr,Cr,Ti,RE8.1.2鋁合金及其分類1.鋁的合金化及其特點合金化的主2鋁合金相圖及分類鋁合金相圖及分類32.鋁合金的強化方式鋁合金的主要強化方式有五種：固溶強化時效（沉淀）強化過剩（第二相）強化形變強化細化組織強化問題：試說明如何實現(xiàn)上述五種強化過程2.鋁合金的強化方式鋁合金的主要強化方式有五種：問題：試說48.1.3鋁合金的熱處理熱處理目的：提高綜合性能，穩(wěn)定合金組織熱處理方法：退火、淬火（固溶處理）、時效1.退火2.淬火（固溶處理）3.時效問題：說明各種熱處理方法的溫度對組織結(jié)構(gòu)的影響和相應(yīng)工藝過程的作用低溫退火再結(jié)晶退火均勻化退火人工時效，自然時效單級時效，多級時效8.1.3鋁合金的熱處理熱處理目的：提高綜合性能，穩(wěn)定合金58.1.4常用鋁合金及其應(yīng)用1.鑄造鋁合金分類：以主要合金元素分Al-Cu,Al-Si,Al-Mg,Al-Zn性能特點及應(yīng)用Al-Si系：鋁硅明Al-Cu系：Al-Mg系：Al-Zn系：變質(zhì)處理鑄造性能好高溫性能耐蝕性差抗沖擊、耐腐蝕耐熱性差尺寸穩(wěn)定、便宜性能一般8.1.4常用鋁合金及其應(yīng)用1.鑄造鋁合金分類：以主要合6有色金屬及合金課件7有色金屬及合金課件82.變形鋁合金分類：以性能和使用特點分性能特點及應(yīng)用防銹鋁Al-Mn合金Al-Mg合金硬鋁Al-Cu-Mg系強度可達420MPa防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁可熱處理強化超硬鋁Al-Cu-Mg-Zn系強度可達680MPa鍛鋁Al-Mg-Si-Cu系合金元素多、量少強度與硬鋁類似2.變形鋁合金分類：以性能和使用特點分性能特點及應(yīng)用防銹鋁98.2鎂及其合金

Al合金Mg合金密度2．721．74資源占地殼8.2%2.5%結(jié)構(gòu)FCCHCP熔點660650強度合金可達450MPa合金350MPa模量較大較小(抗沖擊振動性好)塑性、韌性好差耐蝕性(常規(guī)條件)好差導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好差主要合金化元素CuMgSiMnZnLiAlZnMnZr合金分類鑄造類、變形類鑄造類、變形類強化與熱處理五種與鋁類似8.2鎂及其合金

Al合金Mg合金密度2．721．74108.3銅及銅合金8.3.1工業(yè)純銅及應(yīng)用純銅主要性能與特點FCC結(jié)構(gòu)無同素異構(gòu)物理性能化學(xué)性能力學(xué)性能應(yīng)用：電力電子（電纜、電刷、電線），防磁機械，換熱管，深冷設(shè)備紫紅色，紫銅密度8.9g.cm-2,熔點1083°C導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，僅次于Ag無磁性，碰撞無火花常規(guī)條件耐蝕海水,銨鹽,碳酸鹽,氧化酸不耐蝕強度較高，室溫~200MPa極好的塑性和韌性,無冷脆8.3銅及銅合金8.3.1工業(yè)純銅及應(yīng)用純銅主要FCC結(jié)構(gòu)物118.3.2銅的合金化及分類1.銅的合金化：與Al、Mg合金化類似固溶強化元素：Zn,Sn,Al,Mn,Ni(固溶度>9.4%)顯著沉淀元素：Be,Ti,Zr,Cr問題：指出銅合金的強化方法？2.銅合金分類：與Al、Mg合金化類似成型方法：鑄造銅合金、變形銅合金鑄造合金主要指含高錫、高錳、高鉛銅合金其他銅合金均為變形銅合金化學(xué)成分：黃銅、青銅和白銅黃銅：以鋅為主要合金元素白銅：以鎳為主要合金元素青銅：除鋅、鎳以外的其它元素為主要合金化元素8.3.2銅的合金化及分類1.銅的合金化：與Al、Mg合金化128.3.3常用銅合金及其特點黃銅的特性及應(yīng)用以鋅為主要合金化元素，包括普通黃銅和特殊黃銅普通黃銅：Cu-Zn二元合金普通黃銅牌號：H62,H90普通黃銅主要特點：色彩美麗單相黃銅機械性能好，易于冷成形加工對大氣、海水很耐蝕可用于防護層、冷凝器、彈殼8.3.3常用銅合金及其特點黃銅的特性及應(yīng)用以鋅為主要合金化13普通黃銅的熱處理單相黃銅不能進行熱處理強化，但低溫形變后必須進行去應(yīng)力退火（260~280°C）雙相黃銅一般也不進行熱處理，可進行熱加工。加工后也必須去應(yīng)力退火使用注意事項：脫鋅腐蝕和應(yīng)力腐蝕加砷或鎂抑制脫鋅腐蝕去應(yīng)力退火、表面噴丸或表面改性防止應(yīng)力腐蝕普通黃銅的熱處理使用注意事項：脫鋅腐蝕和應(yīng)力腐蝕14特殊黃銅：除鋅外，還加入Al、Sn、Mn、Ni等元素的黃銅。有錳黃銅、鉛黃銅、鋁黃銅等其他合金元素作用：提高硬度、耐磨性、抗蝕性Al、Sn、Mn、Ni提高抗蝕性和耐磨性Mn提高耐熱性Pb改善切削性能和潤滑性主要應(yīng)用：螺旋槳、壓緊螺帽、重要耐蝕件特殊黃銅牌號：HMn58-2,HPb59-1特殊黃銅：除鋅外，還加入Al、Sn、Mn、Ni等元素的黃銅。152.白銅白銅：以Ni為主加元素。包括簡單白銅和特殊白銅。從用途分為耐蝕白銅和電工白銅耐蝕白銅主要為簡單白銅，B5,B19,B30性能：高化學(xué)穩(wěn)定性，冷熱加工性好，抗腐蝕疲勞性好應(yīng)用：海水及蒸汽環(huán)境中的精密儀表零件，高溫高壓管道電工白銅：主要性能：高電阻、高熱電勢、極小的電阻溫度系數(shù)應(yīng)用：電阻器、熱電偶及其補償線，加熱器等常用材料：B16,BMn3-12(錳銅)，BMn40-1.5(康銅)白銅牌號：B30(簡單白銅，含Ni30%)；BFe5-1(特殊白銅，含Ni5%,Fe1%)2.白銅白銅：以Ni為主加元素。包括簡單白銅和特殊白銅。從用163.主要青銅合金及應(yīng)用青銅成分：以除Zn、Ni以外的元素為主要合金化元素

青銅牌號：QBe2,QSn10-2,QAl19-4錫青銅Sn含量決定其性能Sn(5~7%)，塑性好，適于冷熱加工，做耐蝕件Sn(>10%)，塑性差，鑄造流動性差，但線收縮很小。適于鑄造形狀復(fù)雜但對外形尺寸要求高的工藝品鋁青銅、鈹青銅：成分：Al~12%;Be1.7~2.5%強化：時效強化效果顯著性能特點：力學(xué)性能優(yōu)秀、其他特殊性能應(yīng)用：高強度、高耐磨耐蝕和彈性零件3.主要青銅合金及應(yīng)用青銅成分：以除Zn、Ni以外的元素為主178.4鈦及其合金8.4.1純鈦的性質(zhì)及應(yīng)用純鈦主要性能與特點HCP--BCC可相變強化物理性能化學(xué)性能力學(xué)性能應(yīng)用：航空航天航海、化工等領(lǐng)域結(jié)構(gòu)材料銀白色密度4.54g.cm-2,熔點1680oC導(dǎo)熱性差，線膨脹小高溫耐蝕性差大氣,海水,中性及氧化性介質(zhì)耐蝕活潑，可與C,H,O,N反應(yīng)強度較高，室溫~260MPa彈性模量低，抗沖擊塑性韌性好，高低溫性能好8.4鈦及其合金8.4.1純鈦的性質(zhì)及應(yīng)用純鈦主要HCP--188.4.2鈦的合金化及分類與,相完全固溶。Zr、Hf等相穩(wěn)定元素，擴大相區(qū)。Al,Ni,Sn,O,C相穩(wěn)定元素，擴大相區(qū)。Nd,Mo,V,W共析型相圖，Ag,Cu,Fe,Cr,Mn,Si按退火狀態(tài)，鈦合金分為型(TA4~8),型(TB1~2),+型(TC1~10)合金化特點與相圖有關(guān)8.4.2鈦的合金化及分類與,相完全固溶。Zr、Hf198.4.3鈦合金的熱處理退火：去應(yīng)力退火(450~650°C)，再結(jié)晶退火(750~800°C)淬火及時效：淬火：從相快速冷卻，有無擴散的馬氏體相變過程發(fā)生。(BCC)’(HCP)馬氏體為穩(wěn)定元素在鈦中的過飽和置換式固溶體時效溫度(450~650°C)。強化主要靠亞穩(wěn)相和由過飽和’相分解析出高度彌散的固溶體相來實現(xiàn)8.4.3鈦合金的熱處理退火：去應(yīng)力退火(450~650°C208.4.4鈦合金的性能特點和應(yīng)用型鈦合金：不能熱處理強化室溫強度較低，耐蝕成形焊接性好熱強性和蠕變強度最高制作飛機構(gòu)件、發(fā)動機葉片，超低溫容器等型合金元素Mn、Cr、Mo、V,可淬火時效強化室溫強度可達b1300MPa,為5%塑性韌性好，耐熱性差。不常應(yīng)用，一般作緊固件+兼有和型鈦合金的優(yōu)點綜合機械性能好。耐熱、耐寒、耐蝕，強度高8.4.4鈦合金的性能特點和應(yīng)用型鈦合金：21第八章總結(jié)了解鋁、銅合金的分類，熟悉相應(yīng)牌號比較鋼材與鋁合金強化方式異同，并說明原因熟悉一些新的概念：時效、人工時效、黃銅、應(yīng)力腐蝕、變質(zhì)處理、第八章總結(jié)了解鋁、銅合金的分類，熟悉相應(yīng)牌號22噴氣式發(fā)動機一般有軍民之分。民用發(fā)動機由低壓壓氣機（風(fēng)扇）、高壓壓氣機、燃燒室和渦輪等部件組成。相當(dāng)一部分作戰(zhàn)飛機和全部戰(zhàn)斗機為了在最大重量起飛和加速的需要，還需在發(fā)動機后面加上加力燃燒室。一般戰(zhàn)斗機若要超音速飛行，只有在發(fā)動機加力燃燒室工作（簡稱發(fā)動機開加力）時才能達到。發(fā)動機開加力時，一是加力燃燒室溫度極高，二是燃料消耗量猛增，要不了多久油料就會告罄。因此，所謂的超音速飛行幾乎沒有什么戰(zhàn)術(shù)價值。在第四代戰(zhàn)斗機設(shè)計與使用中，不僅要在顧及隱形的前提下降低飛行阻力，對發(fā)動機的要求也很高，其目的就是實現(xiàn)1.4～1.6倍音速甚至更高的超音速巡航。所謂巡航，是指飛機在較低的燃油消耗下長時間飛行，很顯然，此時是不能開加力的。第四代戰(zhàn)斗機之所以能夠超音速巡航，主要得益于其動力裝置的中間推力（這時包括壓氣機、主燃燒室和渦輪在內(nèi)的核心機的工作狀態(tài)和加力推力時的狀態(tài)相同，加力燃燒室不噴油點火）較大。例如美國F-22A戰(zhàn)斗機裝備的F119-PW-100發(fā)動機的中間推力足有97.86千牛（相當(dāng)于9996千克力），而我國從英國引進的“斯貝”Mk.202（國內(nèi)仿制型號稱為“秦嶺”）重1842千克，加力推力為91.26千牛，中間推力為49.91千牛。高推重比發(fā)動機噴氣式發(fā)動機一般有軍民之分。民用發(fā)動機由低壓壓氣機（23噴氣式發(fā)動機包括渦輪噴氣發(fā)動機和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。隨著航空發(fā)動機的發(fā)展，業(yè)界普遍要求研制噪聲小、性能好、經(jīng)濟和安全可靠的渦扇發(fā)動機，而不是渦噴發(fā)動機。原因就在于渦扇發(fā)動機的特殊結(jié)構(gòu)和特點。渦扇發(fā)動機較之渦噴發(fā)動機的不同點在于第一級或前幾級低壓壓氣機變成了風(fēng)扇，在風(fēng)扇最外端與原來的渦噴發(fā)動機的機匣之間多出了外涵道，原來渦噴發(fā)動機空氣流經(jīng)的地方便成了內(nèi)涵道。渦扇發(fā)動機內(nèi)通過外涵道和內(nèi)涵道的空氣流量之比，稱作涵道比或流量比。在推力既定的情況下，渦扇發(fā)動機的耗油率較低，這是現(xiàn)役飛機采用渦扇發(fā)動機的重要原因。降低耗油率的辦法還有一個，即提高熱效率。這就要求提高壓氣機的總增壓比（多轉(zhuǎn)子壓氣機最后一個壓氣機出口總壓和第一個壓氣機進口總壓之比）、渦輪前燃氣溫度和各部件的效率。歸納起來就是通過“三高”，即高增壓比、高渦輪前燃氣溫度和高涵道比，來實現(xiàn)低耗油率這個“一低”。盡管較高涵道比有利于提高發(fā)動機推力、降低油耗，但不是每種飛機皆可使用。由于高涵道比渦扇發(fā)動機的飛行阻力較大，大多用于高亞音速飛機，戰(zhàn)斗機因高速飛行和增強機動性的要求，只能使用飛行阻力小的小涵道比渦扇發(fā)動機（涵道比大多小于1，甚至達到0.2～0.3左右）。噴氣式發(fā)動機包括渦輪噴氣發(fā)動機和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。隨著24為了達到推重比為10一級這個目標(biāo)，設(shè)計人員在F119的研制中，采用了多項先進的設(shè)計參數(shù)。其中，總增壓比為35（F100為25），渦輪前燃氣溫度為1677℃（F100為1399℃）。為達到這兩個參數(shù)，必須采用最先進的技術(shù)，包括空氣動力學(xué)和燃燒學(xué)的最新成果，先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計與冷卻技術(shù)，先進的非金屬材料、金屬材料與制造技術(shù)，先進的控制技術(shù)等。只有這樣，才能使研制的發(fā)動機具有先進的性能、較長的壽命與較高的可靠性，而且結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)少。與F100-PW-220相比，F(xiàn)119-PW-100的壓氣機與渦輪的總級數(shù)少了6級（-36%），零件數(shù)減少40%。此外，F(xiàn)119采用了許多新穎的設(shè)計。包括空心風(fēng)扇葉片（F119是第一種在戰(zhàn)斗機中采用空心風(fēng)扇葉片的發(fā)動機）、整體葉盤、復(fù)合材料風(fēng)扇進口機匣等。采取以上措施后，F(xiàn)119的長度為4826毫米，最大直徑1143毫米，重量1360千克，最大加力推力達到155.68千牛，中間推力97.86千牛，推重比大于10。為了達到推重比為10一級這個目標(biāo)，設(shè)計人員在F11925有色金屬及合金課件26提高航空發(fā)動機渦輪前燃氣溫度的途徑有兩個：一是尋求和研制新的耐高溫材料，二是采用冷卻技術(shù)。自從20世紀(jì)40年代燃氣渦輪發(fā)動機誕生以來，噴氣式發(fā)動機的推重比已從2左右提高到10以上。在航空燃氣渦輪發(fā)動機的4個熱端部件（燃燒室、渦輪、加力燃燒室、尾噴管）中，主燃燒室和渦輪的工作溫度數(shù)十年來已提高了大約900℃，而加力燃燒室與尾噴管早已在1700℃高溫下工作。過去，發(fā)動機性能的提高有1/3歸功于采用了新材料和新工藝，今后這個比例還將更高。純粹的金屬，如純金、純銀、純銅等在常溫下很軟，更不用說在高溫和高負(fù)荷下工作?？萍脊ぷ髡呓?jīng)過大量篩選后把鎳、鈷、鐵鎳作為基本金屬，然后再用另一種或幾種金屬與基本金屬按一定比例配好，放在熔煉爐中共熔。當(dāng)固溶體凝固后就成了一種新的合金，不僅耐高溫而且有很高的強度。固溶強化的冶金技術(shù)以及和淬火技術(shù)相近的時效熱處理這兩種不同的高溫合金的強化辦法可以分別采用，也可以同時使用。由此制成的高溫合金可在1000℃下長期工作。在采用定向凝固和單晶工藝加工復(fù)雜的渦輪葉片零件時，其基體工作溫度允許達到1100～1150℃。目前，用于渦輪靜子葉片和工作葉片的材料大都是這類材料。在采用空心氣冷的條件下，允許渦輪在1527～1677℃的高溫下，安全、可靠、長期運行。提高航空發(fā)動機渦輪前燃氣溫度的途徑有兩個：一是尋求和27目前，正在研制的性能更好的耐高溫材料主要有氧化物彌散強化高溫合金、金屬間化合物、金屬基復(fù)合材料、陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料、碳-碳復(fù)合材料等?？梢?，耐高溫材料在一定程度上代表了航空發(fā)動機的水平。渦輪前燃氣溫度或燃燒室出口溫度同樣代表了燃氣渦輪發(fā)動機的技術(shù)水平。渦輪前燃氣溫度愈高，流過發(fā)動機的每千克空氣產(chǎn)生的功愈多。因此，設(shè)計人員總是想方設(shè)法把渦輪前溫度盡可能提高。在20世紀(jì)60年代初，當(dāng)時的渦輪前溫度水平為900～950℃。按照“三高”要求，10年后達到1227～1377℃。要知道渦輪轉(zhuǎn)速高達每分鐘10000多轉(zhuǎn)，而且是在10～30多個大氣壓下工作，離心力和氣動力都非常巨大。在燃氣溫度提高的同時，還需要對渦輪進行降溫。目前，渦輪工作葉片的冷卻技術(shù)不外乎有對流冷卻、氣膜冷卻、發(fā)散冷卻和復(fù)合冷卻四種基本方法。為了有效降溫，大多數(shù)發(fā)動機的渦輪葉片是空心的，冷空氣從這里流出以吸收熱量。以氣膜冷卻為例，該方法是通過許多小孔或長槽讓冷卻氣流從葉片的內(nèi)腔流到葉片的外表面。既吸收一部分熱量，又在葉片工作表面形成了一道冷氣膜把高溫燃氣與葉片隔離開來，起到了雙重防護作用。氣膜冷卻可以使葉片材料溫度降低300℃～400℃。

高溫渦輪及其葉片的設(shè)計與制造技術(shù)涉及氣動、傳熱、冶金材料和制造工藝等多種學(xué)科和領(lǐng)域，集中了多項高新技術(shù)，代表了一個國家的科技水平。目前，正在研制的性能更好的耐高溫材料主要有氧化物彌散28有色金屬及合金課件29早期的渦輪工作葉片均采用鍛造成形，但留有較大加工余量的毛坯還須經(jīng)機械加工。20世紀(jì)五六十年代，發(fā)展出無余量精密鑄造的渦輪工作葉片毛坯。鑄造葉片材料的組織為緊密結(jié)合的多晶粒，晶粒與晶粒之間存在多個方向的晶界，會影響承受載荷的能力。后來發(fā)展了定向凝固的鑄造方法，即鑄造時讓晶粒沿葉片方向生成。這種定向結(jié)晶的葉片承受拉伸的能力比一般精密鑄造的葉片強，而且工作壽命也較長，但它仍然存在著晶界。后來，又發(fā)展出使整個工作葉片成為一個晶體的鑄造方法，用此方法加工的工作葉片被稱為單晶渦輪葉片。既是單晶，就不再需要硼、鉿、鋯這些專為強化晶界而采用的熔點較低的元素。去掉這些元素后，合金的融化溫度提高約100℃左右，熱處理溫度增加75℃左右。單晶葉片自20世紀(jì)80年代初已在許多航空發(fā)動機上推廣應(yīng)用，目前已經(jīng)有五代單晶高溫合金相繼問世。我國在單晶高溫合金的研制方面，先后研發(fā)了三代單晶合金，即DD3、DD6和DD90。早期的渦輪工作葉片均采用鍛造成形，但留有較大加工余量30早期型號的“太行”發(fā)動機的渦輪葉片雖然是定向結(jié)晶的DZ125高溫合金先進材料，但采用了我國獨創(chuàng)的低偏析技術(shù)，其綜合性能可以和第一代的單晶高溫合金媲美。批量生產(chǎn)的該型發(fā)動機估計會采用DD6鎳基單晶渦輪葉片。在冷卻方面，“太行”發(fā)動機采用了對流、前緣撞擊加氣膜的多孔回流復(fù)合冷卻技術(shù)，使渦輪葉片的冷卻效果提高了2倍。由于運用了高推預(yù)研的先進成果，“太行”發(fā)動機的總壓比與美國第三代戰(zhàn)斗機使用的F110渦扇發(fā)動機相似，達到30以上，渦輪前溫度為1474℃，推重比7.5，加力推力129.41千牛。相比之下，俄羅斯AL-31F渦輪前溫度為1392℃，推重比7.14，加力推力122.58千牛；美國F110-GE-129的渦輪前溫度為1455℃，推重比為7.36，加力推力為129千牛。總體比較，“太行”發(fā)動機的性能高于AL-31F，與F110-GE-129相當(dāng)。中航工業(yè)在研制“太行”發(fā)動機時還采用了超塑成形/擴散連接風(fēng)扇導(dǎo)流葉片，鈦合金寬弦風(fēng)扇空心葉片，電子束焊整體渦輪葉盤，鈦合金精鑄中介機匣，短環(huán)燃燒室，擠壓油膜軸承，刷式密封，收斂擴散噴管，高壓機匣處理以及整機單元體設(shè)計等先進技術(shù)。其制造工藝與F100、AL-31F相似，十分先進。早期型號的“太行”發(fā)動機的渦輪葉片雖然是定向結(jié)晶的D31

現(xiàn)今西方國家使用的耐高溫材料為鎳基耐高溫合金，而中國研制出的新型高溫高性能高鈮鈦鋁合金，耐高溫密度超過鎳基高溫合金的一半。這一技術(shù)將使中國航空航天發(fā)動機材料居世界領(lǐng)先水平，據(jù)介紹，高鈮鈦鋁合金的應(yīng)用，開辟了航空、航天、汽車等重要領(lǐng)域的新發(fā)展，使現(xiàn)有設(shè)備得到突破性發(fā)展。更為關(guān)鍵的是，由于高鈮鈦鋁合金的密度大約是鎳基合金的一半，使用它制造發(fā)動機高溫部件，可以大大減輕發(fā)動機的重量，從而極大提高了發(fā)動機的推重比?，F(xiàn)今西方國家使用的耐高溫材料為鎳基耐高溫合金，而中32從首飛發(fā)動機聲音判斷，絕對是新型的大涵道比發(fā)動機，它的涵道比超過殲-10、SU-27和F-22三種戰(zhàn)機。流傳的視頻顯示了“殲－20”的起飛過程，從中看到，起飛時并沒有看到發(fā)動機尾部的噴火，這足以顯示中國“殲－20”的發(fā)動機噴口紅外隱身技術(shù)已達到了世界一流。據(jù)資料顯示，F(xiàn)-22同樣使用了先進的紅外隱身技術(shù)，通過噴流冷卻矩形噴口，垂尾、平尾、尾撐向后延伸，可遮蔽發(fā)動機噴口的紅外線輻射。在熾熱噴流飛出尾噴口前就得到了降溫，因而紅外特征顯著降低。而殲-20的發(fā)動機噴口竟然如此完美，很多外軍專家看后都表示不可思議。從首飛發(fā)動機聲音判斷，絕對是新型的大涵道比發(fā)動機，它338.1鋁及鋁合金8.1.1工業(yè)純鋁優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性銀白光澤密度2.72g.cm-2,熔點660°C導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，僅次于Cu,Ag強度較低，室溫~50MPa極好的塑性和韌性,無冷脆純鋁主要性能與特點FCC結(jié)構(gòu)無同素異構(gòu)資源豐富，地殼總量8.2%物理性能化學(xué)性能力學(xué)性能應(yīng)用：合金組元，化工原料，包覆材料，電力電子，電磁屏蔽，科學(xué)實驗8.1鋁及鋁合金8.1.1工業(yè)純鋁優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性銀白光澤348.1.2鋁合金及其分類1.鋁的合金化及其特點合金化的主要目的：合金化元素改善材料的工藝和使用性能例：最高強度可達400~700MPa，耐熱性達300°C主要元素：Cu,Mg,Si,Mn,Zn,Li其它元素：Ni,B,Zr,Cr,Ti,RE8.1.2鋁合金及其分類1.鋁的合金化及其特點合金化的主35鋁合金相圖及分類鋁合金相圖及分類362.鋁合金的強化方式鋁合金的主要強化方式有五種：固溶強化時效（沉淀）強化過剩（第二相）強化形變強化細化組織強化問題：試說明如何實現(xiàn)上述五種強化過程2.鋁合金的強化方式鋁合金的主要強化方式有五種：問題：試說378.1.3鋁合金的熱處理熱處理目的：提高綜合性能，穩(wěn)定合金組織熱處理方法：退火、淬火（固溶處理）、時效1.退火2.淬火（固溶處理）3.時效問題：說明各種熱處理方法的溫度對組織結(jié)構(gòu)的影響和相應(yīng)工藝過程的作用低溫退火再結(jié)晶退火均勻化退火人工時效，自然時效單級時效，多級時效8.1.3鋁合金的熱處理熱處理目的：提高綜合性能，穩(wěn)定合金388.1.4常用鋁合金及其應(yīng)用1.鑄造鋁合金分類：以主要合金元素分Al-Cu,Al-Si,Al-Mg,Al-Zn性能特點及應(yīng)用Al-Si系：鋁硅明Al-Cu系：Al-Mg系：Al-Zn系：變質(zhì)處理鑄造性能好高溫性能耐蝕性差抗沖擊、耐腐蝕耐熱性差尺寸穩(wěn)定、便宜性能一般8.1.4常用鋁合金及其應(yīng)用1.鑄造鋁合金分類：以主要合39有色金屬及合金課件40有色金屬及合金課件412.變形鋁合金分類：以性能和使用特點分性能特點及應(yīng)用防銹鋁Al-Mn合金Al-Mg合金硬鋁Al-Cu-Mg系強度可達420MPa防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁可熱處理強化超硬鋁Al-Cu-Mg-Zn系強度可達680MPa鍛鋁Al-Mg-Si-Cu系合金元素多、量少強度與硬鋁類似2.變形鋁合金分類：以性能和使用特點分性能特點及應(yīng)用防銹鋁428.2鎂及其合金

Al合金Mg合金密度2．721．74資源占地殼8.2%2.5%結(jié)構(gòu)FCCHCP熔點660650強度合金可達450MPa合金350MPa模量較大較小(抗沖擊振動性好)塑性、韌性好差耐蝕性(常規(guī)條件)好差導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好差主要合金化元素CuMgSiMnZnLiAlZnMnZr合金分類鑄造類、變形類鑄造類、變形類強化與熱處理五種與鋁類似8.2鎂及其合金

Al合金Mg合金密度2．721．74438.3銅及銅合金8.3.1工業(yè)純銅及應(yīng)用純銅主要性能與特點FCC結(jié)構(gòu)無同素異構(gòu)物理性能化學(xué)性能力學(xué)性能應(yīng)用：電力電子（電纜、電刷、電線），防磁機械，換熱管，深冷設(shè)備紫紅色，紫銅密度8.9g.cm-2,熔點1083°C導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，僅次于Ag無磁性，碰撞無火花常規(guī)條件耐蝕海水,銨鹽,碳酸鹽,氧化酸不耐蝕強度較高，室溫~200MPa極好的塑性和韌性,無冷脆8.3銅及銅合金8.3.1工業(yè)純銅及應(yīng)用純銅主要FCC結(jié)構(gòu)物448.3.2銅的合金化及分類1.銅的合金化：與Al、Mg合金化類似固溶強化元素：Zn,Sn,Al,Mn,Ni(固溶度>9.4%)顯著沉淀元素：Be,Ti,Zr,Cr問題：指出銅合金的強化方法？2.銅合金分類：與Al、Mg合金化類似成型方法：鑄造銅合金、變形銅合金鑄造合金主要指含高錫、高錳、高鉛銅合金其他銅合金均為變形銅合金化學(xué)成分：黃銅、青銅和白銅黃銅：以鋅為主要合金元素白銅：以鎳為主要合金元素青銅：除鋅、鎳以外的其它元素為主要合金化元素8.3.2銅的合金化及分類1.銅的合金化：與Al、Mg合金化458.3.3常用銅合金及其特點黃銅的特性及應(yīng)用以鋅為主要合金化元素，包括普通黃銅和特殊黃銅普通黃銅：Cu-Zn二元合金普通黃銅牌號：H62,H90普通黃銅主要特點：色彩美麗單相黃銅機械性能好，易于冷成形加工對大氣、海水很耐蝕可用于防護層、冷凝器、彈殼8.3.3常用銅合金及其特點黃銅的特性及應(yīng)用以鋅為主要合金化46普通黃銅的熱處理單相黃銅不能進行熱處理強化，但低溫形變后必須進行去應(yīng)力退火（260~280°C）雙相黃銅一般也不進行熱處理，可進行熱加工。加工后也必須去應(yīng)力退火使用注意事項：脫鋅腐蝕和應(yīng)力腐蝕加砷或鎂抑制脫鋅腐蝕去應(yīng)力退火、表面噴丸或表面改性防止應(yīng)力腐蝕普通黃銅的熱處理使用注意事項：脫鋅腐蝕和應(yīng)力腐蝕47特殊黃銅：除鋅外，還加入Al、Sn、Mn、Ni等元素的黃銅。有錳黃銅、鉛黃銅、鋁黃銅等其他合金元素作用：提高硬度、耐磨性、抗蝕性Al、Sn、Mn、Ni提高抗蝕性和耐磨性Mn提高耐熱性Pb改善切削性能和潤滑性主要應(yīng)用：螺旋槳、壓緊螺帽、重要耐蝕件特殊黃銅牌號：HMn58-2,HPb59-1特殊黃銅：除鋅外，還加入Al、Sn、Mn、Ni等元素的黃銅。482.白銅白銅：以Ni為主加元素。包括簡單白銅和特殊白銅。從用途分為耐蝕白銅和電工白銅耐蝕白銅主要為簡單白銅，B5,B19,B30性能：高化學(xué)穩(wěn)定性，冷熱加工性好，抗腐蝕疲勞性好應(yīng)用：海水及蒸汽環(huán)境中的精密儀表零件，高溫高壓管道電工白銅：主要性能：高電阻、高熱電勢、極小的電阻溫度系數(shù)應(yīng)用：電阻器、熱電偶及其補償線，加熱器等常用材料：B16,BMn3-12(錳銅)，BMn40-1.5(康銅)白銅牌號：B30(簡單白銅，含Ni30%)；BFe5-1(特殊白銅，含Ni5%,Fe1%)2.白銅白銅：以Ni為主加元素。包括簡單白銅和特殊白銅。從用493.主要青銅合金及應(yīng)用青銅成分：以除Zn、Ni以外的元素為主要合金化元素

青銅牌號：QBe2,QSn10-2,QAl19-4錫青銅Sn含量決定其性能Sn(5~7%)，塑性好，適于冷熱加工，做耐蝕件Sn(>10%)，塑性差，鑄造流動性差，但線收縮很小。適于鑄造形狀復(fù)雜但對外形尺寸要求高的工藝品鋁青銅、鈹青銅：成分：Al~12%;Be1.7~2.5%強化：時效強化效果顯著性能特點：力學(xué)性能優(yōu)秀、其他特殊性能應(yīng)用：高強度、高耐磨耐蝕和彈性零件3.主要青銅合金及應(yīng)用青銅成分：以除Zn、Ni以外的元素為主508.4鈦及其合金8.4.1純鈦的性質(zhì)及應(yīng)用純鈦主要性能與特點HCP--BCC可相變強化物理性能化學(xué)性能力學(xué)性能應(yīng)用：航空航天航海、化工等領(lǐng)域結(jié)構(gòu)材料銀白色密度4.54g.cm-2,熔點1680oC導(dǎo)熱性差，線膨脹小高溫耐蝕性差大氣,海水,中性及氧化性介質(zhì)耐蝕活潑，可與C,H,O,N反應(yīng)強度較高，室溫~260MPa彈性模量低，抗沖擊塑性韌性好，高低溫性能好8.4鈦及其合金8.4.1純鈦的性質(zhì)及應(yīng)用純鈦主要HCP--518.4.2鈦的合金化及分類與,相完全固溶。Zr、Hf等相穩(wěn)定元素，擴大相區(qū)。Al,Ni,Sn,O,C相穩(wěn)定元素，擴大相區(qū)。Nd,Mo,V,W共析型相圖，Ag,Cu,Fe,Cr,Mn,Si按退火狀態(tài)，鈦合金分為型(TA4~8),型(TB1~2),+型(TC1~10)合金化特點與相圖有關(guān)8.4.2鈦的合金化及分類與,相完全固溶。Zr、Hf528.4.3鈦合金的熱處理退火：去應(yīng)力退火(450~650°C)，再結(jié)晶退火(750~800°C)淬火及時效：淬火：從相快速冷卻，有無擴散的馬氏體相變過程發(fā)生。(BCC)’(HCP)馬氏體為穩(wěn)定元素在鈦中的過飽和置換式固溶體時效溫度(450~650°C)。強化主要靠亞穩(wěn)相和由過飽和’相分解析出高度彌散的固溶體相來實現(xiàn)8.4.3鈦合金的熱處理退火：去應(yīng)力退火(450~650°C538.4.4鈦合金的性能特點和應(yīng)用型鈦合金：不能熱處理強化室溫強度較低，耐蝕成形焊接性好熱強性和蠕變強度最高制作飛機構(gòu)件、發(fā)動機葉片，超低溫容器等型合金元素Mn、Cr、Mo、V,可淬火時效強化室溫強度可達b1300MPa,為5%塑性韌性好，耐熱性差。不常應(yīng)用，一般作緊固件+兼有和型鈦合金的優(yōu)點綜合機械性能好。耐熱、耐寒、耐蝕，強度高8.4.4鈦合金的性能特點和應(yīng)用型鈦合金：54第八章總結(jié)了解鋁、銅合金的分類，熟悉相應(yīng)牌號比較鋼材與鋁合金強化方式異同，并說明原因熟悉一些新的概念：時效、人工時效、黃銅、應(yīng)力腐蝕、變質(zhì)處理、第八章總結(jié)了解鋁、銅合金的分類，熟悉相應(yīng)牌號55噴氣式發(fā)動機一般有軍民之分。民用發(fā)動機由低壓壓氣機（風(fēng)扇）、高壓壓氣機、燃燒室和渦輪等部件組成。相當(dāng)一部分作戰(zhàn)飛機和全部戰(zhàn)斗機為了在最大重量起飛和加速的需要，還需在發(fā)動機后面加上加力燃燒室。一般戰(zhàn)斗機若要超音速飛行，只有在發(fā)動機加力燃燒室工作（簡稱發(fā)動機開加力）時才能達到。發(fā)動機開加力時，一是加力燃燒室溫度極高，二是燃料消耗量猛增，要不了多久油料就會告罄。因此，所謂的超音速飛行幾乎沒有什么戰(zhàn)術(shù)價值。在第四代戰(zhàn)斗機設(shè)計與使用中，不僅要在顧及隱形的前提下降低飛行阻力，對發(fā)動機的要求也很高，其目的就是實現(xiàn)1.4～1.6倍音速甚至更高的超音速巡航。所謂巡航，是指飛機在較低的燃油消耗下長時間飛行，很顯然，此時是不能開加力的。第四代戰(zhàn)斗機之所以能夠超音速巡航，主要得益于其動力裝置的中間推力（這時包括壓氣機、主燃燒室和渦輪在內(nèi)的核心機的工作狀態(tài)和加力推力時的狀態(tài)相同，加力燃燒室不噴油點火）較大。例如美國F-22A戰(zhàn)斗機裝備的F119-PW-100發(fā)動機的中間推力足有97.86千牛（相當(dāng)于9996千克力），而我國從英國引進的“斯貝”Mk.202（國內(nèi)仿制型號稱為“秦嶺”）重1842千克，加力推力為91.26千牛，中間推力為49.91千牛。高推重比發(fā)動機噴氣式發(fā)動機一般有軍民之分。民用發(fā)動機由低壓壓氣機（56噴氣式發(fā)動機包括渦輪噴氣發(fā)動機和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。隨著航空發(fā)動機的發(fā)展，業(yè)界普遍要求研制噪聲小、性能好、經(jīng)濟和安全可靠的渦扇發(fā)動機，而不是渦噴發(fā)動機。原因就在于渦扇發(fā)動機的特殊結(jié)構(gòu)和特點。渦扇發(fā)動機較之渦噴發(fā)動機的不同點在于第一級或前幾級低壓壓氣機變成了風(fēng)扇，在風(fēng)扇最外端與原來的渦噴發(fā)動機的機匣之間多出了外涵道，原來渦噴發(fā)動機空氣流經(jīng)的地方便成了內(nèi)涵道。渦扇發(fā)動機內(nèi)通過外涵道和內(nèi)涵道的空氣流量之比，稱作涵道比或流量比。在推力既定的情況下，渦扇發(fā)動機的耗油率較低，這是現(xiàn)役飛機采用渦扇發(fā)動機的重要原因。降低耗油率的辦法還有一個，即提高熱效率。這就要求提高壓氣機的總增壓比（多轉(zhuǎn)子壓氣機最后一個壓氣機出口總壓和第一個壓氣機進口總壓之比）、渦輪前燃氣溫度和各部件的效率。歸納起來就是通過“三高”，即高增壓比、高渦輪前燃氣溫度和高涵道比，來實現(xiàn)低耗油率這個“一低”。盡管較高涵道比有利于提高發(fā)動機推力、降低油耗，但不是每種飛機皆可使用。由于高涵道比渦扇發(fā)動機的飛行阻力較大，大多用于高亞音速飛機，戰(zhàn)斗機因高速飛行和增強機動性的要求，只能使用飛行阻力小的小涵道比渦扇發(fā)動機（涵道比大多小于1，甚至達到0.2～0.3左右）。噴氣式發(fā)動機包括渦輪噴氣發(fā)動機和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。隨著57為了達到推重比為10一級這個目標(biāo)，設(shè)計人員在F119的研制中，采用了多項先進的設(shè)計參數(shù)。其中，總增壓比為35（F100為25），渦輪前燃氣溫度為1677℃（F100為1399℃）。為達到這兩個參數(shù)，必須采用最先進的技術(shù)，包括空氣動力學(xué)和燃燒學(xué)的最新成果，先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計與冷卻技術(shù)，先進的非金屬材料、金屬材料與制造技術(shù)，先進的控制技術(shù)等。只有這樣，才能使研制的發(fā)動機具有先進的性能、較長的壽命與較高的可靠性，而且結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)少。與F100-PW-220相比，F(xiàn)119-PW-100的壓氣機與渦輪的總級數(shù)少了6級（-36%），零件數(shù)減少40%。此外，F(xiàn)119采用了許多新穎的設(shè)計。包括空心風(fēng)扇葉片（F119是第一種在戰(zhàn)斗機中采用空心風(fēng)扇葉片的發(fā)動機）、整體葉盤、復(fù)合材料風(fēng)扇進口機匣等。采取以上措施后，F(xiàn)119的長度為4826毫米，最大直徑1143毫米，重量1360千克，最大加力推力達到155.68千牛，中間推力97.86千牛，推重比大于10。為了達到推重比為10一級這個目標(biāo)，設(shè)計人員在F11958有色金屬及合金課件59提高航空發(fā)動機渦輪前燃氣溫度的途徑有兩個：一是尋求和研制新的耐高溫材料，二是采用冷卻技術(shù)。自從20世紀(jì)40年代燃氣渦輪發(fā)動機誕生以來，噴氣式發(fā)動機的推重比已從2左右提高到10以上。在航空燃氣渦輪發(fā)動機的4個熱端部件（燃燒室、渦輪、加力燃燒室、尾噴管）中，主燃燒室和渦輪的工作溫度數(shù)十年來已提高了大約900℃，而加力燃燒室與尾噴管早已在1700℃高溫下工作。過去，發(fā)動機性能的提高有1/3歸功于采用了新材料和新工藝，今后這個比例還將更高。純粹的金屬，如純金、純銀、純銅等在常溫下很軟，更不用說在高溫和高負(fù)荷下工作?？萍脊ぷ髡呓?jīng)過大量篩選后把鎳、鈷、鐵鎳作為基本金屬，然后再用另一種或幾種金屬與基本金屬按一定比例配好，放在熔煉爐中共熔。當(dāng)固溶體凝固后就成了一種新的合金，不僅耐高溫而且有很高的強度。固溶強化的冶金技術(shù)以及和淬火技術(shù)相近的時效熱處理這兩種不同的高溫合金的強化辦法可以分別采用，也可以同時使用。由此制成的高溫合金可在1000℃下長期工作。在采用定向凝固和單晶工藝加工復(fù)雜的渦輪葉片零件時，其基體工作溫度允許達到1100～1150℃。目前，用于渦輪靜子葉片和工作葉片的材料大都是這類材料。在采用空心氣冷的條件下，允許渦輪在1527～1677℃的高溫下，安全、可靠、長期運行。提高航空發(fā)動機渦輪前燃氣溫度的途徑有兩個：一是尋求和60目前，正在研制的性能更好的耐高溫材料主要有氧化物彌散強化高溫合金、金屬間化合物、金屬基復(fù)合材料、陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料、碳-碳復(fù)合材料等。可見，耐高溫材料在一定程度上代表了航空發(fā)動機的水平。渦輪前燃氣溫度或燃燒室出口溫度同樣代表了燃氣渦輪發(fā)動機的技術(shù)水平。渦輪前燃氣溫度愈高，流過發(fā)動機的每千克空氣產(chǎn)生的功愈多。因此，設(shè)計人員總是想方設(shè)法把渦輪前溫度盡可能提高。在20世紀(jì)60年代初，當(dāng)時的渦輪前溫度水平為900～950℃。按照“三高”要求，10年后達到1227～1377℃。要知道渦輪轉(zhuǎn)速高達每分鐘10000多轉(zhuǎn)，而且是在10～30多個大氣壓下工作，離心力和氣動力都非常巨大。在燃氣溫度提高的同時，還需要對渦輪進行降溫。目前，渦輪工作葉片的冷卻技術(shù)不外乎有對流冷卻、氣膜冷卻、發(fā)散冷卻和復(fù)合冷卻四種基本方法。為了有效降溫，大多數(shù)發(fā)動機的渦輪葉片是空心的，冷空氣從這里流出以吸收熱量。以氣膜冷卻為例，該方法是通過許多小孔或長槽讓冷卻氣流從葉片的內(nèi)腔流到葉片的外表面。既吸收一部分熱量，又在葉片工作表面形成了一道冷氣膜把高溫燃氣與葉片隔離開來，起到了雙重防護作用。氣膜冷卻可以使葉片材料溫度降低300℃～400℃。

高溫渦輪及其葉片的設(shè)計與制