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飞机及航空发动机性能的改进
浏览: 发布日期:2019-12-31

  铝合金型材研究_商业计划_计划/解决方案_实用文档。有色金属合金 南京航空航天大学 材料科学与技术学院 缪强 绪 论 绪 论 回顾 发展史与现状 作用与地位 问题与趋势 发展战略 展望 未来 第一节 金属的分类 第一节 金属的分

  有色金属合金 南京航空航天大学 材料科学与技术学院 缪强 绪 论 绪 论 回顾 发展史与现状 作用与地位 问题与趋势 发展战略 展望 未来 第一节 金属的分类 第一节 金属的分类 已知的元素109种,22种非金属,87种为 金属。在22种非金属中,有5种准金属(B、Si、 As、Se、Te)在金属中Ge、Sb、Po也是准金 属,严格说,金属有84种。 周期表的右侧,B向右下方画线延伸到砹 (At )的斜线,将元素分为金属和非金属两部 分,斜线的右上方大部分是非金属,斜线左下 方为金属,斜线附近为准金属。 第一节 金属的分类 黑色金属(铁、铬、锰) 金属 有色金属 (除黑色金属外 的金属) 非铁金属Non-ferrous Metals 轻金属 重金属 稀有金属 贵金属 具有独特的性能和功能,如半导体功能、形状记 忆功能、介电功能、光,磁、热、化学和核功能等。 第一节 金属的分类 1. 轻有色金属 指密度 4.5g/cm3 的有色金属 ? ? 包括:K、Na、Ca、Mg、Al、Sr、Ba。 特点:密度小,0.53~4.5g/cm3, 化学性质活泼,与 氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。 第一节 金属的分类 2. 重有色金属 指密度4.5g/cm3 的有色金属 ? ? 包括:Cu、Ni、Sn、Pb、Cd、Hg、Co、Bi等。 特点:大多数易形成配合物。 第一节 金属的分类 3. 贵金属 ? 包括:金、银和铂族—锇、铱、 铂、钌、铑、钯。 ? 特点: (1)化学性质稳定; (2)密度大:10.4 ~22.4 g / cm3 (3)熔点高:1200 ~3300K ? 由于它们在地壳中含量少,开采 和提取比较困难,价格贵,称为 贵金属。 第一节 金属的分类 4. 准金属 指性质介于金属与非金属间的元素。 ? ? 包括:B、Si、Se、Te( 碲)、As、Ge、Sb、Po。 它们在周期表中B →At(砹)这条斜线附近, 常称为对角线。 第一节 金属的分类 5. 稀有金属 ? 在自然界含量少或分布稀散、发现晚,难提取或 制备应用较晚的金属。 包括:锂、铷、铯、铍、钨、钼;钒、铌;钛、 铪;镓、铟、铊、锗和稀土元素(即周期表中第 三副族中的钪、钇和镧系元素共17种)以及人造 超铀元素等。 ? 第二节 历史与现状 第二节 历史与现状 材料的发展史,就是人类社会的发展史。 石器时代→陶器时代→青铜器时代→铁器时代。 现代社会 三大技术 支柱 生物 工程 信息 技术 新材料 第二节 历史与现状 石器时代 青铜时代 铁器 时代 多 元 材 料 时 代 第二节 历史与现状 一、辉煌的华夏青铜文明 吴 王 夫 差 矛 越 王 勾 践 剑 三星 堆纵 目人 面像 四羊方尊 青铜敦 第二节 历史与现状 湖北擂鼓墩二 号墓出土战国编钟 一套,其件数和规 模仅次于曾侯乙编 钟 . 音律准确,音色 优美,基本与C大 调七声音阶结构相 同,总音域达 5 个 8 度以上, 五人合作 演出,众声齐发, 交响叠鸣 。无愧为 古代音乐之绝响。 第二节 历史与现状 二、有色金属在现代社会中的作用和地位 ◆ 材料是国民经济、社会进步和国家安全的物 先进有色金属材料具有强烈的基础性、支撑 质基础与先导。 ◆ 性、技术经济价值和迫切战略需求。 第二节 历史与现状 1、 国防支撑材料 ? 铝材是飞机的主要结构材料,占重量比的50~80%,民用 飞机铝材料用量在70%以上。钛及其合金在新型飞机上用 作结构材料,飞机越先进,钛用量就越大。 ? 导弹与火箭的构件基本上采用铝合金、钛合金、镍基高温 合金、镁合金和部分难熔金属合金。 钛、铝及其合金成为舰船耐压壳体、核动力系统、武备系 ? 统、声纳系统等的主要材料。 第二节 历史与现状 航空航天的物质基础 卫星发射,节省 1 公斤重量将降低费用 $20000 。一次 发射节约费用20%。 鍛铝2014(LD10)的力学性能 铝的理论强度 4700MPa,当今高 强铝合金强度没超 过1000MPa。 第二节 历史与现状 F/A-22猛禽(四代机典型代表) X-45 无人作战飞机 B-3高超音速轰炸机概念设计图 B-2幽灵 战略轰炸飞 第二节 历史与现状 自从1907年12月17日莱特兄弟将第一双人类翅膀送上 天空后,各种飞机不断快速发展,对制造飞机零部件的材料 的要求越来越高,主要是比强度高、耐高温、耐疲劳等。 F119发动机(F/A-22用) 第二节 历史与现状 美国正研制6倍音速的太空战机, 从太空上攻击地球目标。 美国太空武器想象图 美国ABL机载激光武器系统 第二节 历史与现状 世界上第一架载人 太空飞船 世界上第一位太空人 第二节 历史与现状 ? “原子时代第一金属”的锆,是核动力潜艇不可替代材料, 80%的锆材用作核动力堆的燃料包壳、容器管、压力管、 格架、端塞和其它堆芯结构材料。 “核时代金属”铍,在核武器中对增大爆炸威力起关键作 用。铍的比刚度大,在导航系统中用作制造精密陀螺仪, 对增加射程、提高命中精度起关键作用。 铀、铍、钽、钨、铂族金属、锗…,被许多国家储存作为 战略物资。美国对钨以钨精矿形式,钽和铍以纯金属形式 ? ? 进行储备,铂和钯被列为特殊战略金属。 第二节 历史与现状 2、高技术关键材料 ? 铌、钛、锡、铋、钇等都是制取超导材料的基本组元, NbTi、Nb3Sn实用低温超导材料已商品化。 ? 表面工程和技术,有相当部分是稀有金属薄膜、半导体材 料薄膜和贵金属薄膜。 21世纪中叶聚变能和太阳能将成为主要能源,可控核聚变 反应堆工程需要大量锂、钼、锆、钛等。 ? 第二节 历史与现状 中东有石油,中国有稀土。 ? 稀土元素的特殊电子层结构使其在光、电、磁、化学上表 现出奇异性能,已出现的一大批功能材料,如稀土磁性材 料、稀土发光材料、稀土尾气净化材料、稀土储氢性材料、 高温超导材料等,2l世纪稀土将在功能材料中处于主体地 位。 ? 美国公布的22种金属高科技材料中,稀土金属被列为第三 位。 第二节 历史与现状 3、国民经济的基础材料 ? 电线、电缆占铜材总消耗量的50%,铝材总消耗量的量的 33%,没有材料可替代。 ? “蓄电池金属”铅的60--70%消费在蓄电池中。镍是制 造镍氢电池、镍镉电池的原材料。 车辆中以铝代钢,减重50%,增加运载量10%,节能9.6 -12.5%,日常检修工时减少45%。 ? 第二节 历史与现状 “协和”超音速客机 水陆两用汽车 金属材料的发展使汽车、 飞机的性能发生了突变 磁悬浮列车 第二节 历史与现状 ? 钛的极好耐蚀性在化工、海洋工程、冶金、能源等部门的 得以广泛应用,我国氯碱行业在5 000多台电解槽上使用 钛阳极代替石墨阳极,年节电4亿多度。 ? 钽的高纯化使钽电容器向轻、薄、小型化、可靠化方向发 展。bet36体育 稀有金属的碳化物、氮化物广泛用于制造切削刀具、钻头 ? 、耐磨工件、模具和耐磨涂层。 第二节 历史与现状 ? 电冰箱、电视机、录相机、洗衣机等对有色金属提出了更 高要求。铝材已进入建筑行业,约占铝耗量的20%以上, 在我国占30%以上。 ? 铝用于制造刚性、柔性包装、复合材料容器和密封片盖等, 美国包装用铝约占铝消耗总量的20%,我国占我国占8~12 %。 第二节 历史与现状 纽约世贸大厦基本上是用铝合金 贴面,在9.11事件中虽毁于一旦,但 它作为大量使用铝合金贴面的雄伟建 筑已载入史册。 第二节 历史与现状 ? 在世界金和铂的需求量中,90%以上的金和 36~39%的铂消费在饰品方面,我国是世界铂 首饰第二大消费国。 ? 铝合金管是农业喷灌地面、地下管网的材料, 铝制粮仓与钢筋混凝土粮仓相比,建设劳动强 度下降90%左右,基建投资减少50~60%。 第三节 问题与展望 第三节 问题与展望 4、新世纪对材料提出新的要求 第三节 问题与展望 未 来 对 材 料 和 技 术 的 要 求 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 价 格 40 环境和能源因素 放在很重要的位置 27 13 8 6 3 易 获 取 可 替 代 3 低 有 利 环 境 节 能 和 节 材 自 动 化 程 度 高 容 易 接 受 容 第三节 问题与展望 2004年提出了循 环型社会的材料 产业——材料产 业的可持续发展 第三节 问题与展望 循环材料产业 ? 适应时代需要,把生态环境意识贯穿到产品设计、 生产工艺的中,提高材料的利用率,降低生产和 使用过程的环境负担。形成资源—材料—环境良 性循环的产业。 第三节 问题与展望 ? ? 动力机械工作温度愈高,比强度和比刚度愈高,效率愈高。 飞机及航空发动机性能的改进,分别为2/3和1/2靠材料 性能提高。 ? ? 卫星和飞船能减重1公斤就能带来极高的效益。 汽车节油有37%靠材料的轻量化,40%靠发动机的改进, 而绝热发动机(不需水冷)主要靠材料性能的提高。 第三节 问题与展望 不同类型材料的发展前景 ? 金属在结构材料中仍占主要位置,钢铁在今后几十年内的 产量不会下降,目前全世界产量7~8亿吨。 铜、铅、锌的资源接近枯竭,代用品成为当务之急,加速 开发低品位矿的提炼方法。 镁和钛将得到更广泛的应用。 ? ? 思考题 1. 为纪念世界第一位宇航员 加加林,bet36体育莫斯科列宁大街一 尊40米高的雕像,选用的材 料为钛合金,其含义是什么? 思考题 俄罗斯博物馆: 世界上最大的 天然金块— “金骆驼”, 重36kg 2. 金子从古至今都是流通的货币,为什 么?铜是人类最早认识和使用的金属, 为什么? 人有了知识,就会具备各种分析能力, 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书,广泛阅读, 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍,我们能丰富知识, 培养逻辑思维能力; 通过阅读文学作品,我们能提高文学鉴赏水平, 培养文学情趣; 通过阅读报刊,我们能增长见识,扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操, 给我们巨大的精神力量, 鼓舞我们前进。