高温合金基复合材料

1. 镍基单晶高温合金是复合材料吗

不是复合材料，属于金属类功能材料。

2. 金属材料与复合材料的区别

金属材料包括纯金来属和合金。

复合自材料是指将两种或两种以上限制不同的材料经特殊加工而制成的材料称为复合材料 。有基 体和增强体两部分组成 。 如玻璃钢、碳纤维增强复合材料等。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。

而金属材料中 ---黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳 2％～4％的铸铁，含碳小于 2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金 不锈钢、精密合金等。

3. 高温合金的使用性能和表征是什么

金属力学性能的表征

jinshu lixue xingneng de biaozheng
金属力学性能的表征
characterization of mechanical properties of metals

表征金属在力的作用下的行为的衡量指标，都属于金属力学性能所研究的范畴。诸如不同载荷所造成的可逆变形（弹性）、不可逆变形（塑性）、断裂（脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属抵抗形变和断裂能力的衡量指标，如强度、塑性、韧度（脆性）、硬度等（见）。
金属的力学性能是零件或结构件设计的依据，也是选择、评价材料和制订工艺规程的重要参量；在金属研究上，它们是合金成分设计、显微组织结构控制所要达到的目标之一，也是反映金属内部组织结构变化的重要表征参量。
金属力学性能随受载方式、应力状态、温度及接触介质的不同而异。受载方式可以是静载荷冲击载荷循环载荷等。应力状态可以是拉、压、剪、弯、扭及它们的复合，以及集中应力和多轴应力等。温度可以是室温、低温与高温。接触介质可以是空气、其他气体、水、盐水或腐蚀介质。在不同使用条件下，材料具有不同的力学行为和失效现象，因而必须有相应的力学性能指标表征。下面便是描述金属材料力学性能的表征参量，对其中已设专条的，在本条中就从略了。
强度 金属抵抗永久变形和断裂的能力的总称。以光滑拉伸试样为例，在渐增载荷作用下，材料的典型拉伸应力－应变曲线如图1[金属材料的典型拉伸应力-应变曲线]所示。反映金属材料强度的性能指标有如下几项。
比例极限（） 开始加载时，应力与应变呈直线关系，比例极限则是代表金属应力与应变成正比关系（即遵守胡克定律）的最大应力。生产中有许多在弹性状态下工作的零件，要求应力与应变间有严格的线性关系，如炮筒和测定载荷、位移的传感器中的弹性元件等，就要根据比例极限来设计。但是,不偏离应力-应变线性关系的最大应力是随测量仪器的精度而变化的，采用不同的测试方法，对同一材料可以得出不同的值。因此，在工程上就采用了条件规定的方法，中国的国家标准规定，当载荷和伸长之间的线性关系发生偏离时，若该点的切线与载荷轴间夹角的正切值已较其弹性直线部分之值增加50％，则该点所对应的应力便称为“规定比例极限”。实际上，“规定比例极限”是产生极微量塑性变形(0.001～0.01％)时的应力值。
弹性极限（） 见。
屈服强度（） 当应力超过弹性极限后继续加载，有的金属便会发生“物理屈服”现象，即在应力不增大的情况下,塑性应变不断增长到一定值(图1a[金属材料的典型拉伸应力-应变曲线]曲线上的s点)以后应力-应变才同时以非常数比例继续增长。这个保持基本恒定的应力（屈服平台应力）称为屈服点，有时也通称为屈服强度。对于无明显物理屈服现象的金属，则以产生限量的小量塑性应变时的应力作为条件屈服强度。如经常采用的条件屈服强度即为产生0.2％残余应变时的应力(图1b[ 金属材料的典型拉伸应力-应变曲线])。它和上述规定比例极限以及弹性极限只是塑性变形量上不同而已，并无本质的差别，均是金属对微量或小量塑性变形抗力的表征。因此,有一种根据不同的需要,选用不同的塑性应变量来表征微量塑性变形阶段材料强度的趋势，如[hj9]、、和等。屈服强度是设计承受静载机件或构件的主要依据。
抗拉强度（） 超过屈服强度以后应力继续增加时应变也不断增长。当应力达到最高点时，对于韧性金属而言，会在拉伸试样上发生局部“缩颈”，而使横截面积减小，因而承载能力开始下降。我们把最高名义应力称为抗拉强度（）。对于脆性材料,例如灰口铸铁，当应力达到最高点时，试棒即断裂，此最高应力也称抗拉强度。可见抗拉强度对于韧性金属是表征其极限均匀塑性变形的抗力，即塑性失稳的起始应力。对于脆性金属，抗拉强度则表征其断裂抗力。不论对韧性金属还是脆性金属，由于与所对应的载荷是金属在单向静拉伸时试样（或工件）所能承受的最大载荷，因此习惯上也把称为强度极限(UTS)抗拉强度常作为评定金属的依据，对于脆性金属也是设计的依据。
断裂强度（或） 通常，金属的实际断裂强度（或）是由试样断裂时的载荷除以试样断裂处实际横截面积而求得的。只有根据试样的实际断裂情况才能确定它的意义。对于在弹性阶段脆断的金属，相当于,也相当于;对于均匀塑变后即断裂的金属, 则相当于真实抗拉强度；对于颈缩后断裂的金属, 则实际上主要反映金属对剪切断裂抗力的大小。的数值要受试验机系统刚性的影响，同一金属，在不同试验机上试验,可得到不同的值。
塑性 金属的塑性又称范性, 为其在断裂前可以承受的塑性变形的总量。常用的塑性指标是光滑试样拉伸试验所得到的伸长率，即拉断后试棒伸长的百分数 ＝[374-1]和断面收缩率，即拉断后试棒最小断面积对原始断面积缩小的百分数 [327-02]。在技术意义上，材料具有一定的塑性容量，可以使工件受载时通过局部发生的塑性变形，而使应力重新分布，从而减少应力集中的程度，减少金属脆断的倾向。又如金属的塑性较大，则该金属的塑性变形与形变强化相结合，使金属冷变形成型工艺成为可能。
超塑性 一般工业用金属的室温塑性大都在百分之几到百分之几十的范围。而某些金属在特定的组织状态下（主要是超细晶粒）、特定的温度范围内和一定的变形速度下表现出极高的塑性，伸长率可达百分之几百甚至百分之几千，这种现象称为“超塑性”。它显然有利于塑性加工。超塑性首先在Al-Zn合金中发现,应用也较广泛。近年来在铁基、铁镍基合金以及钛合金等方面也开展了大量研究，在工业中已得到应用。
真应力－真应变曲线和形变强化 大多数金属（尤其是韧性金属），当外加应力达到屈服极限后，欲使变形继续，必须继续增加外力，即金属的塑性变形抗力随塑性变形量的增加而增加,如图1[金属材料的典型拉伸应力－应变曲线]所示。这种现象称为形变强化或加工硬化。金属的形变强化从屈服极限开始直至断裂为止的过程中都存在，但是在图1[金属材料的典型拉伸应力-应变曲线]所示的条件应力-应变曲线上,并不能真实反映金属的形变强化，这是由于在这种曲线上，各点应力均是以该点的载荷除以试样的原始截面积来表示的，未考虑截面收缩；因此，塑性变形量越大，条件应力和试样上所承受的真实应力的偏差也越大；“缩颈”后，由于局部区域截面积的急剧减少，这种偏差更大，出现应力超过后,强度随应变的增加而降低的情况。真实力-真应变曲线能全面描述金属从弹性变形开始直至断裂的全过程的应力-应变关系,如图2[工业纯铁的真应力-真应变曲线]所示其中真应力是由曲线上各点的瞬时载荷除以试样相应截面积求得,真应变是由瞬时试样伸长的微分值d与瞬时试样长度之比的积分求得,即[328-01]。这种-曲线也称流变强化曲线或硬化曲线,Hollomon公式＝是这条曲线的最简单的拟合表达式。式中的称为形变强化指数,称为形变强化系数，和均为表征形变强化的材料常数形变强化是金属的可贵性质之一,对金属压力加工以及确保机件在偶尔超载时的安全有重要作用。形变强化也是金属材料的一种有效强化手段，与合金化、热处理处于同等地位（见）。
韧性 又名韧度。金属在断裂前吸收变形能量的能力。在静载情况下可用应力－应变曲线下的面积来衡量，即以断裂前单位体积吸收的变形功作为韧性的定量指标，称为静力韧度。
金属的韧性随加载速度的提高、温度的降低、应力集中程度的加剧而下降。冲击韧性试验，就是综合应用较高冲击速度和缺口试棒的应力集中，来测定金属从变形到断裂所消耗的冲击能量的大小，即韧性的高低。
中国常用的冲击韧性试验是用一个 U型缺口方试棒, 将其置于支座上, 然后用摆锤落下将其一次冲断。用冲断试棒所消耗的冲击功除以试棒缺口根部截面积所得商值(单位为kgfm/cm),定义为冲击韧度() 有些国家则常用带V型缺口的试棒,直接以冲断试棒所消耗的冲击功作为夏氏冲击韧度(CVN值),而不将此冲击功除以试棒缺口截面积。不论或 CVN都是在特定条件下测得的冲击值。应该注意的是，冲击韧性试验和某些承受反复冲击载荷的零件服役条件不同，对于这些零件，它们的服役性能应用小能量多次冲击（或冲击疲劳）试验来衡量。
一次冲击试验也常用于评定材料的冷脆倾向。即将金属在一系列不同的试验温度下进行一次冲击试验 (即所谓“系列冲击试验”),而后确定反映材料冷脆倾向的冷脆转化温度对于试验一般采用能量法即[328-02]所对应的温度表示。对于CVN试样,一般根据宏观断口形貌确定，当断口上脆性断口占50％时所对应的温度称为断口形貌转化温度FATT50。 用系列冲击试验测定的冷脆转化温度和FATT50等都是条件性的,只能作为材料脆性倾向的评定。低温断裂韧度试验可对金属的冷脆性作出更合理的评价（见）。此外，还有表征材料在高温条件下的高温力学性能的指标（见）；材料在循环或反复加载条件下表征其力学性能的指标（见）。

4. 金属材料与复合材料的区别。急！！！！！

铸铁是一种合金，来由铁、碳源和硅组成。合金是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。
而复合材料(Composite materials)是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。须不同性质!所以合金不是复合材料。

5. 什么是单晶高温合金

单晶高温合金由以单个晶体为单位，因其合金化程度高，弥补了传统的铸锻高温合金铸锭偏析严重、热加工性能差、成形困难等难点，主要用于涡轮盘、压气机盘、鼓筒轴、封严盘、封严 环、导风轮以及涡轮盘高压挡板等高温承力转动部件。
粉末、铸锻、单晶高温合金相关发展及应用
在航空发动机的制造中，粉末高温合金因其合金化程度高，弥补了传统的铸锻高温合金铸锭偏析严重、热加工性能差、成形困难等难点，主要用于涡轮盘、压气机盘、鼓筒轴、封严盘、封严 环、导风轮以及涡轮盘高压挡板等高温承力转动部件，其中高性能发动机最关键部件之一的涡轮盘件制造技术已成为航空发动机的标志之一。
目前，超塑性等温锻造的粉末高温合金涡轮盘已 用于西方许多军用飞机发动机（这是第四代乃至更高性能的先进飞机的必要条件）。
在国内，一直以来大吨位挤压设备的缺乏使得挤压+超塑性锻造工艺无法实施，近期北重集团3.6万吨黑色 金属垂直挤压机的建造则意味着迈进了重要的一步。加上去年年度镍基单晶高温合金（单晶体的晶界最少，从而可以达到高度的抗蠕变性能，因而高温合金的单晶体铸造是西方国家高技术出 口管制中的重点技术之一）的进展，意味着高推重比的航空发动机制造有了一定的材料基础。

6. 钛合金和高温合金可以做梯度材料吗

高温合金知识
高温合金是在高温严酷的机械应力和氧化、腐蚀环境下应用的一类合金。随着科技事业的发展，高温合金逐渐形成六个较为完整的部分。
一、变形高温合金
变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253～1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金。按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。
1、固溶强化型合金
使用温度范围为900～1300℃，最高抗氧化温度达1320℃。例如GH128合金，室温拉伸强度为850MPa、屈服强度为350MPa；1000℃拉伸强度为140MPa、延伸率为85%,1000℃、30MPa应力的持久寿命为200小时、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件。
2、时效强化型合金
使用温度为-253～950℃，一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件。制作涡轮盘的合金工作温度为-253～700℃,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。 例如：GH4169合金，在650℃的最高屈服强度达1000MPa；制作叶片的合金温度可达950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸强度为490MPa，940℃、200MPa的持久寿命大于40小时。
变形高温合金主要为航天、航空、核能、石油民用工业提供结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、带材和丝材。
二、铸造高温合金
铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金。其主要特点是：
1. 具有更宽的成分范围 由于可不必兼顾其变形加工性能，合金的设计可以集中考虑优化其使用性能。如对于镍基高温合金，可通过调整成分使γ’含量达60%或更高，从而在高达合金熔点85%的温度下，合金仍能保持优良性能。
2. 具有更广阔的应用领域 由于铸造方法具有的特殊优点，可根据零件的使用需要，设计、制造出近终形或无余量的具有任意复杂结构和形状的高温合金铸件。
根据铸造合金的使用温度，可以分为以下三类：
第一类：在-253～650℃使用的等轴晶铸造高温合金 这类合金在很大的范围温度内具有良好的综合性能，特别是在低温下能保持强度和塑性均不下降。如在航空、航天发动机上用量较大的K4169合金，其650℃拉伸强度为1000MPa、屈服强度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa应力下的持久寿命为200小时。已用于制作航空发动机中的扩压器机匣及航天发动机中各种泵用复杂结构件等。
第二类：在650～950 ℃使用的等轴晶铸造高温合金 这类合金在高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀性能。例如K419合金，950℃时，拉伸强度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小时的持久强度极限大于230MPa。这类合金适于用做航空发动机涡轮叶片、导向叶片及整铸涡轮。
第三类： 在950～1100℃ 使用的定向凝固柱晶和单晶高温合金 这类合金在此温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化、抗热腐蚀性能。例如DD402单晶合金，1100℃、130MPa的应力下持久寿命大于100小时。这是国内使用温度最高的涡轮叶片材料，适用于制作新型高性能发动机的一级涡轮叶片。
随着精密铸造工艺技术的不断提高，新的特殊工艺也不断出现。细晶铸造技术、定向凝固技术、复杂薄壁结构件的CA技术等都使铸造高温合金水平大大提高，应用范围不断提高。
三、粉末冶金高温合金
采用雾化高温合金粉末，经热等静压成型或热等静压后再经锻造成型的生产工艺制造出高温合金粉末的产品。采用粉末冶金工艺，由于粉末颗粒细小，冷却速度快，从而成分均匀，无宏观偏析，而且晶粒细小，热加工性能好，金属利用率高，成本低，尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。
FGH95粉末冶金高温合金，650℃拉伸强度1500MPa；1034MPa应力下持久寿命大于50小时，是当前在650℃工作条件下强度水平最高的一种盘件粉末冶金高温合金。粉末冶金高温合金可以满足应力水平较高的发动机的使用要求,是高推重比发动机涡轮盘、压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。
四、氧化物弥散强化（ODS）合金
是采用独特的机械合金化(MA)工艺，超细的(小于50nm)在高温下具有超稳定的氧化物弥散强化相均匀地分散于合金基体中，而形成的一种特殊的高温合金。其合金强度在接近合金本身熔点的条件下仍可维持，具有优良的高温蠕变性能、优越的高温抗氧化性能、抗碳、硫腐蚀性能。
目前已实现商业化生产的主要有三种ODS合金：
MA956合金 在氧化气氛下使用温度可达1350℃，居高温合金抗氧化、抗碳、硫腐蚀之首位。可用于航空发动机燃烧室内衬。
MA754合金 在氧化气氛下使用温度可达1250℃并保持相当高的高温强度、耐中碱玻璃腐蚀。现已用于制作航空发动机导向器蓖齿环和导向叶片。
MA6000合金 在1100℃拉伸强度为222MPa、屈服强度为192MPa；1100℃，1000小时持久强度为127MPa，居高温合金之首位，可用于航空发动机叶片。
五、金属间化合物高温材料
金属间化合物高温材料是近期研究开发的一类有重要应用前景的、轻比重高温材料。十几年来，对金属间化合物的基础性研究、合金设计、工艺流程的开发以及应用研究已经成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制备加工技术、韧化和强化、力学性能以及应用研究方面取得了令人瞩目的成就。
Ti3Al基合金（TAC-1），TiAl基合金（TAC-2）以及Ti2AlNb基合金具有低密度（3.8～5.8g/cm3）、高温高强度、高钢度以及优异的抗氧化、抗蠕变等优点，可以使结构件减重35～50%。 Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蚀、耐磨损和耐气蚀性能，展示出极好的应用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蚀性能，在中温（小于600℃）有较高强度，成本低，是一种可以部分取代不锈钢的新材料。
六、环境高温合金
在民用工业的很多领域，服役的构件材料都处于高温的腐蚀环境中。为满足市场需要，根据材料的使用环境，归类出系列高温合金。
1、 高温合金母合金系列
2、 抗腐蚀高温合金板、棒、丝、带、管及锻件
3、 高强度、耐腐蚀高温合金棒材、弹簧丝、焊丝、板、带材、锻件
4、 耐玻璃腐蚀系列产品
5、 环境耐蚀、硬表面耐磨高温合金系列
6、 特种精密铸造零件（叶片、增压涡轮、涡轮转子、导向器、仪表接头）
7、 玻棉生产用离心器、高温轴及辅件 8、 钢坯加热炉用钴基合金耐热垫块和滑轨
9、 阀门座圈
10、 铸造“U”形电阻带
11、 离心铸管系列
12、 纳米材料系列产品
13、 轻比重高温结构材料
14、 功能材料（膨胀合金、高温高弹性合金、恒弹性合金系列）
15、 生物医学材料系列产品
16、 电子工程用靶材系列产品
17、 动力装置喷嘴系列产品
18、 司太立合金耐磨片
19、 超高温抗氧化腐蚀炉辊、辐射管。

7. 什么是金属基复合材料

与非金属基复合材料相比，金属基复合材料的潜力尚未充分发挥，应用面比较窄，成熟的品种很少。这种情况一直到20世纪70年代中期才略有好转。1974年，美国材料咨询局第一次肯定了研制和使用金属基复合材料的正确性，表示对这项工作要重视和支持。这主要是航空、航天、能源工业的发展提出的一系列严格的要求，看来只有依赖金属基复合材料和精陶瓷才能够解决。金属基复合材料所用的增强剂除了石墨、硼(硼硅克)纤维外，还有高强度钢丝、高熔点合金丝(钨、钼)和晶须(氧化铝、碳化硅)等。这些纤维分别用来与铝、镁、钛、铜和镍钴基高温合金组成复合材料。

硼—铝复合材料的研制起步最早，取得了一定效果。这种材料用于航天飞机的中机身构架管，可减重80公斤。采用硼—铝复合材料的飞机为数不多，目前只有F—111、S—3A等，此外还有“阿特拉斯”导弹的壳体。

硼—铝复合材料最有希望的潜在用途是制造喷气发动机的压气机及风扇叶片，如用其代替钛合金可减重33％，节省成本45％左右。美国几家主要发动机公司如普拉特•惠特尼、通用电器、TRW等均进行过硼—铝复合材料风扇叶片的研究。JT8D发动机上试用硼—铝压气机叶片，工作温度达到300℃，此外，在TF—41—P3发动机上还试用了铍—铝压气机叶片。

石墨—铝复合材料也具有很高的比强度和比模量，适合直升机、导弹、坦克和突击浮桥使用。CH47直升机的传动机，采用了多层石墨—铝护板，大大减少了振动噪音，此外石墨—铝和石墨—镁将被用在人造卫星和大型空间结构上，如卫星支撑架、平面天线体、可折式抛物面天线助等。

镍基和钴基高温合金使用高熔点钼、钨丝式晶须增强后成为耐热复合材料。这项工作在许多国家开展多年，目的是为了满足工作温度和载荷日益提高的先进涡轮发动机的需要。利用这种耐热复合材料制成实心涡轮叶片，可以提高涡轮的温度和转数，减少涡轮级数和冷却气体的消耗，为改进发动机创造了条件。采用加有二氧化钍和碳化铪的钨丝增强复合材料，工作温度为1160～1200℃，至少比目前的涡轮工作温度提高100℃。

利用氧化铝晶须毡或单晶纤维增强熔点钼钨后，可以耐更高的温度，在1650℃时的强度为钨的两倍，作为火箭喷口材料已通过试验。

以钢板为基体的各种层压板也是一种通用的复合材料。例如波音767和757飞机上采用的一种包不锈钢铝板，可以代替钛合金作为发动机的防火材料，重量轻而价格低。

另一种是以钢板为基、多孔青铜的中间层、聚四氟乙烯塑料为表面层的三层复合材料，可用于制造载重汽车底盘衬套、机床导轨和在高温腐蚀介质中工作的轴承。

超导电缆也是一种复合材料，它是以铜—锡合金为基体，埋人295根铌线后组成，经过扩散处理在界面形成七微米厚的Nb2Sn金属化合物，它具有超导性，可以用于制造磁悬浮高速列车、核聚变反应堆电磁铁、储能超导感应器、超导发电机等新产品。

8. 金属基复合材料的分类

金属来基复合材料按增强体的自类别来分类，如纤维增强(包括连续和短切)、晶须增强和颗粒增强等，按金属或合金基体的不同，金属基复合材料可分为铝基、镁基、铜基、钛基、高温合金基、金属间化合物基以及难熔金属基复合材料等。由于这类复合材料加工温度高、工艺复杂、界面反应控制困难、成本相对高，应用的成熟程度远不如树脂基复合材料，应用范围较小。

9. 我国航空发动机高温合金材料问题出在哪儿

航空发动机的要害是提高推重比和降低油耗，因此高温材料是决定性因素。在一台先进发动机专上，高温合金属和钛合金分别占发动机总重的55％～65％和25％～40％，所以研发高温合金及钛合金对提高发动机性能来说至为重要，其中涡轮叶片及涡轮盘材料更为关键，因受力复杂且处于高温高速高压的状态中，工作时间又长。总的来看，我国高温合金已形成了比较完整的体系，但从水平来看与需求还有不小差距。
此外，还有一大批先进树脂基复合材料、座舱玻璃材料、橡胶密封材料、先进涂层和镀层、功能材料等，体现了20世纪90年代国际航空材料发展水平，满足了我国现代批量生产飞机、发动机、机载设备对材料的需求，也为设计新一代航空产品做了一定的技术储备，具有鲜明的先进性。
航空材料质量要求高，品种规格多，和其它高技术一样，对我国材料制造技术和制造业有很强的带动性。如发展很快的工业燃气轮机所需高温材料，在很多方面是在航空用高温合金的基础上进行开发的。只是工业燃气轮机所要求的叶片与轮盘尺寸大，工作时间长，又要耐热腐蚀，难度更大一些。

10. 先进材料（如高温合金、陶瓷和复合材料等)与钢结构材料相比，在工程结构应用中的区别

先进材料（如高温合金、陶瓷和复合材料等)与钢结构材料相比，在工程结构应用中的区别