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《新材料导论》 第二讲 高性能结构材料  主 讲：张 菁 材料工程教研室 Te l: 6529 Advanced Materials 1 《新材料导论》 第二讲 高性能结构材料  结构材料是是以力学性能为基础，制造受力构件所用的 材料。相对于功能材料而言，结构材料在航空航天、机械制 造、交通运输、建筑等行业领域，是应用最广的基础材料。 Introduction to Advanced Materials 2  高性能结构材料 高性能内涵： z高比强度 z耐高温 z耐磨损 z耐腐蚀等性能  几个强度概念： ⑴材料承受拉应力而不破坏的能力叫抗拉强度 ⑵材料承受剪切应力而不破坏的能力叫剪切强度 ⑶材料的抗拉强度与材料比重之比叫做比强度。 对于钢材而言，工作温度比较高时，就要考虑高温氧化？ 锅炉某些高温元件，如锅炉、反应罐、与高温烟气中的氧气发生的氧化反应，称高温氧化。氧化生成的氧化膜发生脱落，最后导致破坏。 钢材工作温度高于570℃，就需要考虑抗氧化性问题。在钢中加入铬元素，生成的氧化膜具有良好的保护作用，是提高钢材抗高温氧化性能的主要手段。 蠕变和持久强度？ 金属在一定温度和一定应力作用下，随着时间的推移缓慢地发生塑性变形的现象称蠕变。材料发生蠕变的温度与其性质有关，碳钢在300—350℃时，合 金钢在350—450℃时，在应力作用下，就会出现蠕变。温度越高，应力越大，蠕变速度就越快。 材料抗蠕变的性能用蠕变极限来衡量，它表示在一定温度下，于规定时间内，钢材发生一定量总变形的最大应力值。 持久强度是在高温条件下，经过规定时间发生蠕变破裂时的最大应力。持久塑性是指处于蠕变状态的材料，在发生破裂时的相对塑性变形量。高温材料 特别是发电厂使用的管材，应具有良好的持久塑性，希望不低于3—5。过低的持久塑性，会使材料发生脆性破坏，降低其使用奉命。 材料的蠕变极限、持久强度、持久塑性都是通过试验方法求得的。 3  高性能结构材料 例如：金属材料 优点: 高韧性，延展性好，强度高，导电性好。 发展情况： 初期：铁和钢(铁的合金)  20世纪初：以硬铝为首的铝合金  20世纪50年代：又出现只有钢一半重、耐热性比钢好而强度 不低于钢的钛合金。 现在：主要仍是钢、铝合金、钛合金，性能提高 发展：超高纯度铁、超高强度钢、超高速钢(用作刀具)、超 硬合金、超塑性合金、超耐热合金、超低温材料等等。 4  高性能结构材料 z高强度材料可以满足一些耐受性要求较高的部件制 造，但加工难度相应也增大了。 z长期以来，人们一直希望能够很容易地对高强度材 料进行塑性加工成型，成型以后，又能像钢铁一样 坚固耐用。 z例如，弯管加工视频 5  高性能结构材料 超塑性合金 z 塑性是金属 自身具有的一种物理属性。所谓塑性，是指当材料或物 体受到外力作用时，所发生显著的变形而不立即断裂的性质。 z 塑性的大小，标志着材料变形能力的好坏。对于同种材料来说，塑 性愈