新型高性能结构材料(一)教材课件.ppt
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1、第十二章:新型高性能结构材料,第二节:超 塑 性 合 金,第三节:高 温 合 金,第四节:超 低 温 材 料,第一节:超 硬 材 料,前 言,新 型 高 性 能 结 构 材 料,高性能结构材料是具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料,它包括新型金属材料、高性能结构陶瓷材料和高分子材料等。,发展新型高性能结构材料将支撑交通运输、能源动力、资源环境、电子信息、农业和建筑、航天航空、国防军工以及国家重大工程等领域的可持续发展,对国家支柱产业的发展和国家安全的保障起着关键性的作用。,第 一 节:超 硬 材 料,超硬材料通常是指莫氏硬度达到或接近10的材料,主要指金刚石和立方氮化硼,适于用
2、来制造加工其他材料的工具。此外,超硬材料在光学、电学、热学方面还具有一些特殊性能,是一种重要的功能材料。,一、人造金刚石和立方氮化硼的问世,瑞典ASEA公司的Liander和Lundblad在1953年成功地合成了金刚石;1957年物理化学家温托夫(R.H.Wentorf)研制成功立方氮化硼。,请同学们猜一猜,合成钻石,超硬材料的发展历程如表12-1所示。,二、超硬材料的性能及应用,1.天然单晶金刚石,天然金刚石是一种各向异性的单晶体。硬度达9000-10000 HV,是自然界中最硬的物质,最重要的用途在于高速超精加工有色金属及其合金。,2.人造单晶金刚石,人造单晶金刚石硬度略逊于天然金刚石,
3、其解理方向和尺寸变得可控和统一。,表12-1 超硬材料发展史,3人造聚晶金刚石,人造聚晶金刚石是在高温高压下将金刚石微粉加溶剂聚合而成的多晶体材料其硬度比天然金刚石低(6000HV左右),但抗弯强度比天然金刚石高很多主要用来制作刀具。,4化学气相沉积金刚石膜,金刚石膜是采用化学气相沉积(简称CVD)的方法制备出来的一种多晶纯金刚石材料,他呈膜状附着于基体表面,故又常称金刚石膜。,5立方氮化硼,立方氮化硼微粉的显微硬度为80009000HV,仅次于金刚石,但热硬度和热稳定性比金刚石高很多。立方氮化硼在1300时仍能保持其硬度。,6立方氮化硼烧结体,立方氮化硼烧结体具有较高的硬度(30005000
4、HV)和耐磨性,并具有很高的热稳定性,在800时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的常温硬度。,第 二 节:超 塑 性 合 金,一、超塑性的定义,变形所需应力却很小,变形均匀,拉伸时不产生颈缩;无加工硬化,无弹性回复,变形后内部无残余应力,无各向异性,这种现象即为超塑性。,图12-1 为Ni-Fe-Cr合金延伸率达1000%以上而无颈缩的拉伸试样图。,超塑性合金 Superplastic alloy,1 超塑性合金现象,10,金属在某一小的应力状态下,可以延伸十倍甚至是上百倍,既不出现缩颈,也不发生断裂,呈现一种异常的延伸现象。,图12-1 Ni-Fe-Cr合金延伸率达1000%以上而无颈缩的拉伸试样
5、图a 拉伸试验前;b拉伸试验后,12,4.3.1 超塑性现象,产生超细化晶粒;适宜的温度和应变速率。,产生超塑性的条件,6.4.2 超塑性合金类别,结构类别:细晶超塑性相变超塑性合金种类:锌基合金:巨大的无颈缩延伸率;低蠕变强度,冲压加工性能差铝基合金:综合力学性能较差,室温脆性大镍基合金超塑性钢:钛基合金,13,金属材料在一般条件下没有超塑性。要使其能够发生超塑性形变,必须具备以下三个条件:,材料必须为具有细小等轴晶粒的两相组织,晶粒直径必须小于10(超细晶粒),且在超塑性形变过程中晶粒不显著长大;超塑性形变要求一定的温度范围,一般为熔点的0.50.65倍;超塑性形变时的应变速率很小,一般需
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