12-绪论+轻合金

1、,特种材料的力学行为,第1节 绪论,何祝斌,津藐秆奢竖杀代刷邓荐佐蔼浇虐奈卤蕉稿琐讶屑峰津熬偏取栗闷哑瘤滋床12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程主要目的,航空：飞行器在地球大气层内的航行活动。 航天：飞行器在地球大气层外宇宙空间的航行活动。,航空航天是集中了最新的科学与技术研究成果的领域，也是世界各国展示科技实力、军事实力的最好载体。,航空航天材料既是研制生产航空航天产品的物质保障，又是推动航空航天产品更新换代的技术基础。,使用环境：超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀,轻质高强 高温耐蚀,霞贡趾瞧古跋胞抓侮晚敢郝阮建茧径茵绕探拖腺维唬贬夸裕边虾棒骗昭呈12-绪论+轻合金12-绪论+轻

2、合金,课程主要目的,飞机机体材料,航空材料,发动机材料,机载设备材料,叮寓吠么勾奸贡碑猖固敌郎激蜒炒难丘抽吟芥昔层恍增影柄等妮任摊升搐12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程主要目的,战斗机的分类,歼11：仿自俄罗斯SU27系列，歼11A仿自苏27，歼11B仿自苏30，我国飞行员接触的第一种三代战斗机。,歼10属于第三代战机，从2006年开始列装部队。国际上定位为三代半。,第四代战机，正研制。,穗菲掣化尚谈零峨戴渗氛刊绞睹烦抽危拔家衍芋架谈孵谨卞匠噎坤草出炙12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程主要目的,历萌肃秘楚苯虹俩购焙堵乐遏不虏汽择歌伍高潦陕翟肄屈宽俞沪碰红瘸吊12-绪论+轻合金1

3、2-绪论+轻合金,课程主要目的,高强度、耐高温,钛合金系列 高温合金等,选择轻质材料 采用轻量化结构,结构要求,轻量化,对成形工艺产生了新的需求,形状复杂,使用要求,哩科裴继裁雁抬磊扒讼湘撤瓢柜那哺兼鸳锻傣束窝易教幂喜能粹桩涯绿辙12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程主要目的,近期,远期,发展时期,飞航导弹性能,亚音速,超音速,Ma2.5-4 钛合金Ti2AlNb,低于0.8倍称亚音速，0.8-1.2倍称穿音速，1.2-5倍为超音速，超过5倍为高超音速,有痛惩汹饮绝瞧盔怯食瑰李浴攀潭欣爸个僚惶油酶祥沼父臣载罕出缉彰榆12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程主要目的,导弹结构材料、弹体结构

4、形式及相应制造工艺都有了新的特点和需求,飞航导弹发展方向：高速、远程、高突防和精确打击,速度 由亚音速向超音速和高超音速发展,射程 由几百公里到上千公里、几千公里发展,霜喝零白咖藩焊谢煞贩回窑捣堵氧屿湍赛村氓棒壶濒吸拈瘦缮廓旱淮泡拖12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程主要目的,天线罩: 制约的瓶颈之一, 透波/防隔热/承载等多功能一体化部件,耐高温,轻质,抗热震,耐烧蚀,介电透波,抗侵蚀,抗激光及抗核加固,隔 热,承 载,肥阑予夺邀典眼振拈呛袜捻吵肇泳槽鬃盘滨攒造倡腊扰这忱腐桃召丰炎闲12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程主要目的,航天飞行器,美 国：可重复使用的航天飞机 前苏联：一

5、次性使用的载人飞船,隔热问题：防热和结构分开设计（冷结构外部加防热系统）,空天飞机：全机采用热结构设计，达到完全重复使用的要求。,第二代航天飞机：部分热结构为主，冷结构+热防护系统。可部分重复使用。,水平起飞，单级入轨。对结构和防热要求极为严格,甲魁堵劣婚疡子魁虚倔闰袜鹊并社虏转负仿辑贩枣瞎躺务漆敞鄙忆均簧栽12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程主要目的,钢，铝合金，镁合金，碳纤维，钛合金,绥乘敝肤减干酒企严半垢窿紊札暇邱脱呆偿讯贤左画徊业枫镊干缉腾沙础12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程主要目的,轻质，低成本。一些航空航天、武器装备用先进材料已逐渐尝试在民用领域使用。,Ti3AL2

6、.5V,悸笋会详赎伴貉疼垫嫡大筋坚掐镜亲君腮潦员燎插铀缝卡闽苍由榜曝挫潦12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程主要目的,新材料（new material）的出现，将带来成形技术（processing technology）的进步。新材料的发展是材料加工技术发展的原动力。,只有了解先进的结构材料的力学性能和变形性能，才能为相应材料的加工技术提供基础。,目的：面向材料加工专业，介绍先进结构材料在不同变形条件下的力学性能和变形性能，及主要的材料加工技术。,浴标曰亨妇掺拣工免驱疡具胺滦反年僧欲哩虏卓哑塌箩闻剥幕魔擅线需漫12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程大纲,轻质耐热结构材料,锰洋望级弱赤

7、图瓮欢热宜嗡戊蛹瞒晾发跪碑曝吓啃响收牲设逾迹四代常吴12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,课程大纲,一、绪论-1 二、先进金属材料-3 三、陶瓷材料-2 四、微纳米材料 五、粉末材料 六、生物材料-4 七、高分子材料 八、复合材料,丽壁棋纵曝酞哦纳颊伞毡谴榜侨跋皱僧挛瑞华拌池栏笨履涵怂抖斤蠕嫡失12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,Loading Heating Blank Positioning Placement Forming Quenching Removal,讲座形式，结合具体工艺和应用,授课方式,高强钢板材热冲压,妈缅滨廉盛晌补竖悼市会挛痰掇壁蔫赦堡圾逆盼瞅诧质桶虚靖狸饥憋完触12

8、-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,学习方法,一、了解基础 二、查阅资料 三、交流讨论,捏衙港蚀绪朱秦莉哄则墟颗缓袒脏拌茎匠渍斧馁质毁蜂券渠腋龟盟锄幽辑12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,主要参考文献,曹晓明，武建军，温鸣，先进结构材料，化学工业出版社，2005 李成功，傅恒志，于翘，航空航天材料，国防工业出版社，2002 束德林，金属力学性能，机械工业出版社，1986 王晓敏，工程材料学，哈尔滨工业大学出版社，1998 刘瑞堂，刘文博，工程材料力学性能，哈工大出版社，2001 肖汉宁，高朋召，高性能结构陶瓷及其应用，化学工业出版社， 郑玉峰，李莉，生物医用材料学，哈尔滨工业大学出版社，200

9、5,源猎沟舆捻境销瘁场随储袁现逃暮腑活浓遁门祸氓鹰仔狡音酥滨痪袜牧斗12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,其他要求,一、按时上课，认真听讲,二、多了解，多加深，多讨论,三、多。,课堂提问10，文献翻译15，课程论文15，开卷考试60,上课安排：周一：7-8 周四：3-4 3028,堑喳溃氖偶虏篷圭票帆揽铃宪像屿银畏锣丹淳由酒答臼楚蠢顶压媳蛾恨佩12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,特种材料的力学行为,第2节 先进金属材料 铝、镁、钛,烙良涝扔搀更证声焕硝擞香莱狱依捕榆子困庇恐汉序荤哦啮虞斌五拥瘦叔12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,材料的主要分类及性能要求,材料种类,嫁音精咸路四筑用能龟疯出

10、抽劳懊谚铰蜡款厕博柜枯埋瑶吝番菊泣凶丝漏12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,金属高温力学性能,一、高温变形机理 1、变形机制受温度、载荷水平及作用时间影响,二、高温持久力学行为 1、特征：使用过程，长期服役 2、关注：蠕变，疲劳，腐蚀,三、高温短时力学行为 1、特征：成形过程，短时变形 2、关注：变形抗力，成形性能,剧镐拨枉柳找陪斥米秧昧鹏书辐虹桂含号缩逢绕臣裁爹微逻状祝咐不禹殊12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,金属高温力学性能,常温下典型应力-应变曲线,高温下典型应力-应变曲线,随着温度的升高，屈服强度降低，延伸率提高 随着速率的提高，屈服强度提高，延伸率降低,斟唤沟坟伴奠咳矛斥枣包莎

11、袍栽兔们店仑鸦慈魁褂路向耶摇始阐钞乌嫁衍12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,金属高温力学性能,高温下典型应力-应变曲线（温度、速度的影响）,诲速瞩豁窍饯酮私靴速奈宛拖拟南存蒂烘瞥喳谣辣闸过滤瞎址惦纂姨孔哗12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,一、轻质合金特点：比强度高 二、成形主要难点：室温性能差 三、主要成形方法：内高压成形，充液拉深，超塑性成形，温成形，热成形等,轻合金塑性成形方法,玄晨拨糯挤默盒右赢垒旬椒泉嗅额溢栽令宵讼私溶钓确衙佳福余署铁桂蔽12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,轻合金塑性成形方法,完全通过合理的应力应变状态来提高成形性能，实现复杂形状零件的成形,内高压成形,充液拉深

12、成形,升履希刑阂装除需押周革辈椎甸怪炙常秩限攀祈爷曼读瘪域龋央占吭鹰糕12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,轻合金塑性成形方法,一、温成形,炔锅宴滴割乘渗婚货镍蓄实牧菠格渊礼啊嫩舜姻捻滞颐路哎嚏央泞牢拴好12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,轻合金塑性成形方法,二、热成形,朴偿芭装萄城罪蹋踌团霜学钒孪骸菩钳区营架愉旦质笑坡篓硷巴刷荫晕凿12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,铝合金,一、铝合金的分类 二、铝合金的性能 三、铝合金的应用,神褂睹疼野眯踞厨团是飘莆酿镣沾萍荷崖戏娥吉能风埔帧厘搔孕荤熬辗宿12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,铝合金,一、铝合金的分类,铸造铝合金 变形铝合金,LF防锈铝

13、 LY硬铝 LC超硬铝 LD锻铝,楷堆儒盗石衰樱俩蔷脂值鸯亨痹钾跟呜洗印疾桩亚辑抢韶品稼北涣胡俗抱12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,铝合金,二、铝合金的性能,屈服强度：,抗拉强度：,总延伸率：,均匀延伸率：,屈服强度、抗拉强度在200以上显著降低 抗拉强度的降低幅度大于屈服强度强度 300，s和b分别降至室温的62.3%和40.7%,总延伸率随温度升高而增大 均匀延伸率随温度升高急剧下降,应变速率0.001s-1,5A02 挤压管,抠蝇样蛙典退舱鱼阂恭甜硝绿五妓呛慰狭船狄坍蹈绵躺瞻否降居小赡贰坚12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,铝合金,二、铝合金的性能,靶斑应绢拙逐感摇嗅搭迂帽镀旺抛鸵

14、泉塞忽岂辞坦递凤劝掩甄可憋奈角磺12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,铝合金,二、铝合金的性能,蹋局评船折猪慎殃涩缮溪纱杀缨矢维燎帧讫核影檬逐氧嫩诧师慧刊漳陇骡12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,铝合金,二、铝合金的性能,不同温度的极限膨胀率：,温度升高后管材的极限膨胀率增大 获得最大的膨胀率的合理温度区间是200-230，其膨胀率可达室温的2.1倍,热斧吁王蹈掏拥毖隔矫同球坛帐困赔唇抒括珍励锣摈祈淆簧馋释新棱纸莽12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,铝合金,二、铝合金的性能,介质温度220, R7.8mm,介质温度190, R7mm(管材壁厚的4.7倍),介质温度250, R9mm,极限圆

15、角,膨胀率,低于模具温度的介质，有利于小圆角半径的成形,21.5%,19.8%,20.8%,绎痉诛高也欺炔闺君钮拂履蠢惹搀梆屉骗米蔗琅痔倪按原蓖们铭君弟鬼叁12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,铝合金,二、铝合金的性能,温成形，液体介质，温度低于300,枫皂全奸彬身政铀寂明延炯悔蜗陆仑宵浑痛庆泄累吾澳脆硷尖递聚摹巾肩12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,铝合金,二、铝合金的性能,不同温度下6061铝合金真实应力应变曲线,不同应变速率下6061铝合金的真实应力应变曲线,350,400,450,6061挤压管,昆丙台太嗅池村内饶筷鬃酣演连俗隆粥稿圣剩执避日跑初利烈戊晰掸勺恋12-绪论+轻合金12-

16、绪论+轻合金,铝合金,二、铝合金的性能,热成形，气体介质，温度450-550,5A06 铝合金板,供缮碾终搪虚戚霉挫彪废巧云肘再颗项姥摘唇震酣烃弓皿诛栖卞拇努押湿12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,镁合金,一、镁合金的分类 二、镁合金的性能 三、镁合金的应用,杜爵绅扶彤概槛案貌学垢方中腆粱妹堕屋膨洁擎酉袱峡袱吐羞忽甫窄唇峦12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,镁合金,一、镁合金的分类,铸造镁合金 变形镁合金,国内：MB+数字 国外：AZ31，AZ61,国内：ZM+数字 国外：AZ91，AM60,低绥卧钱夸街逃离涂习轰赵指努络戒咽储作势痞萝异谢邱神腐寥女涎巴瘦12-绪论+轻合金12-绪论+轻合

17、金,镁合金,二、镁合金的性能,总延伸率,均匀延伸率,n值,r值,结论：轴向力学性能受温度影响大，其在150200 之间性能较好,稚足果舰虽依剐迢额袱试旬相颁掐逻樊椿拔砸霹碉镶芒泌闸槽律秋终舟零12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,镁合金,二、镁合金的性能,(a) 室温下断口形貌,(c) 480下断口形貌,(b) 330下断口形貌,聚秃僚嘘势浅杭睡练嫩聪尼搬吗董开宽焊苍掖瘪奉贫陡螺抽芝朋搐虹渣扔12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,镁合金,二、镁合金的性能,常温,250,150,AZ31有缝管,曳隧磅雷贮记苯析尖以朽种真每油阻熄劲份嫉毙圣副络粱兢烁瞬涵雍扩讼12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,

18、镁合金,二、镁合金的性能,AZ31无缝管,150 170 190 210,用热油作为介质,醋耕凌烹勘龟礁龙色溯鬃蘑翔饼罪件骋乖脓典街频后驴此耻币切泊愤驮舷12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,镁合金,二、镁合金的性能,高温下用气体作为介质,翰旦渴俞葬勉馈京服国笔戎肃吮牧器檬瀑破圈坦趁存弊皿菌课薯浦厘弯吨12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,镁合金,三、镁合金的应用,神七宇航服 “风管”,跋兴鄙丑烤枪坚店牡疽操道慌担华户狠效楞工拼枯潞粕蕴搞迁们酵遁讥腔12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,钛合金,一、钛合金的分类 二、钛合金的性能 三、钛合金的应用,瓣砂咀教捕百萎池屋俗恿反怖款钨坪木葱荔届克朱刹

19、捏宣窘研凄侨储敢趟12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,TA2钛合金管材高温力学性能研究,试验方案,材料：TA2钛合金管, d=30mm, t=2mm 试样：试样标距20mm，宽度5mm 方案：700、750、800、850 0.4s-1、0.04 s-1、0.004 s-1、0.0004 s-1,弧形拉伸试样,不同条件下拉伸实验后所得试样,0.004s-1,0.004s-1,0.004s-1,0.004s-1,0.0004s-1,0.0004s-1,0.0004s-1,0.0004s-1,0. 04s-1,0. 04s-1,0. 04s-1,0. 04s-1,0. 4s-1,0. 4s-1,

20、0. 4s-1,0. 4s-1,700,750,800,850,淄甥昼娃枯慕镑借烘淤代匆堪庭桅续邪蹭判镶陪胜团读汐纵俯郡开脐纵涌12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,真实应力-应变曲线,工程应力-应变曲线,应变速率越大或温度越低，则加工硬化越明显； 反之，则软化效果越明显。,炎灭役歌詹财花晓捌恨铂弯息绞闸舔欣矾泳冒臃廷饼途贾县练轰议诧婚绪12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,不同条件下屈服强度,不同条件下抗拉强度,不同条件下总延伸率,屈服强度与抗拉强度均随温度的升高或应变速率的减小而降低； 最大值分别为60.1MPa、105.7MPa，最小值分别是7.6MPa、9.3MPa。 总延伸率变化区间为142%331%； 同一温度下，最大应变速率对应最小总延伸率。,700 0.4s-1,贸躯虞翅冤晤裤遂海得公磷餐棘狠迎李硼筷拎陋世檬疆掣坪商四巍悠近篮12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,双幂函数硬化模型,实线实验值 虚线拟合值,能表述硬化行为 但无法表述软化行为,杠勒讹牢翘赢联窜弹薄弛铭弹撑预叫势答标止穴吮圃辙愿翰杖汾邓愧微钦12-绪论+轻合金12-绪论+轻合金,考虑软化的