高强化发动机用铝基复合材料活塞 项目简介：活塞是发动机的关键零
高强化发动机用铝基复合材料活塞
项目简介：活塞是发动机的关键零部件，集新材料、先进制造技术和先进设计技术于一体，属于高新技术产品。复合材料活塞已经成为国际上发动机生产厂家的核心技术之一，也是我国长期依赖进口的关键零部件。随着发动机功率的不断提高，发动机散热量增加，普通高镍铸铁活塞的高温强度、耐热能力已临近极限状态，而铝基复合材料活塞的轻质、耐高温、高压、高强度、抗负荷特性日益显出无法比拟的优异性能。
高性能挤压铸造复合材料增强活塞采用挤压铸造工艺制造，组织致密，材料性能接近锻造水平。活塞基体铝合金采用自主研制的WR004活塞合金，该合金各项性能相当于德国Mahle142合金的水平；而活塞第一环槽采用铝基复合材料替代高镍铸铁，活塞总体重量减轻，耐磨性与高镍铸铁相当，与铝合金基体结合强度提高五倍以上；成型工艺采用先进的挤压铸造工艺替代传统重力铸造工艺，活塞的高温性能、耐热疲劳性能和热稳定性指标均优于金属型重力铸造活塞，活塞的使用可靠性得到了提高。我国汽车产销量位居世界第一，发动机活塞的主机市场和配件市场需求量激增，复合材料活塞在中重商用车和高档轿车中的市场需求更为激烈，市场空间广阔
应用范围：用于高档、高性能汽车发动机活塞和船用发动机活塞
技术优势与创新点：
高性能挤压铸造复合材料增强活塞与普通高镍铸铁镶圈活塞相比具有如下技术优势：
1.活塞基体材料组织致密，性能接近锻造水平；
2.复合材料增强区与未增强区域结合强度（≥190MPa）优于高镍铸铁镶圈与铝基体的结合强度（20MPa-30MPa）； 3.热膨胀系数低，耐热疲劳性能好，可选择更小的配合间隙，提高发动机性能，减少废气排放，降低油耗；
4.复合材料活塞不仅可增强第一环槽部位，而且可以增强活塞顶部包括燃烧室，提高活塞顶部耐热冲击能力，提高活塞寿命；
5.复合材料活塞工艺简单，容易实现机械化，成本完全可以与普通活塞竞争。
技术水平：
国内外首创挤压铸造、铝基复合材料增强第一环槽、可溶芯成形内冷油腔的整体式活塞，活塞总体技术达到国际先进水平，主要体现在：
1.高强耐热活塞合金在国内首家研制成功WR004活塞合金，综合性能优于国内活塞用铝合金的性能水平。350℃高温性能比活塞合金ZL109提高一倍以上，常温抗拉强度比德国Mahle142s合金提高50%以上。活塞的耐热性能大为提高。
2.第一环槽陶瓷纤维铝基复合材料增强工艺
活塞第一环槽采用AI2O3陶瓷纤维增强铝基复合材料取代传统的高镍铸铁镶环，活塞重量减轻，耐磨性与高镍铸铁相当，复合材料部位与铝合金基体的结合强度比高镍铸铁与铝合金基体的结合强度提高五倍以上。
3.活塞挤压铸造整体成形工艺
采用挤压铸造工艺制造的活塞与重力铸造相比，组织致密，抗拉强度提高25%以上；制造工序少，材料利用率高。
4.活塞成本在国外进口活塞50％以内。
技术状态：小批量生产阶段
合作方式：技术合作、许可使用
铝合金活塞
模具表面电弧沉积加厚纳米涂层技术
项目简介：模具是宁波经济高速持续发展的支撑技术，但是宁波的模具技术水平与国外相比有较大的差距。特别是模具的使用寿命，只有国外发达国家的1／2至1／10，这个问题对结构复杂、精密度高、长寿命的高档模具更为突出。应用先进的材料和表面处理技术，是提高模具的性能、寿命和降低成本的重要手段。
本项技术是一种先进的制备表面纳米材料的技术，它通过在真空环境下产生的高能等离子体在模具表面沉积纳米材料，沉积温度低，工件不易变形。所制备的纳米陶瓷硬质涂层，具有表面硬度高、摩擦系数低、结合力强等特点，可大幅度提高模具的使用寿命。该项技术进一步提高了涂层与基体材料的结合强度，制备出超硬、超厚的纳米涂层，可直接用于各种模具的表面强化。
应用范围：纺织、金属及塑料制品业、黑色（有色）金属冶炼及延压加工业、铁路、汽车、船舶、航空、航天等模具制造的表面强化。
技术优势与创新点：
传统的物理汽相沉积所制备硬质涂层，均属于微米结构材料，其膜层太薄（仅有几个微米），表面有大量的液滴，且晶粒粗大、组织疏松等因素，对服役工况恶劣的模具（如压铸、冷冲模具）性能的提高效果不大，而且还需先对模具进行离子氮化，形成支撑底层，才能起到一定的延寿作用。本技术的优势与创新点在于综合应用了电弧的高离化能量（获得良好的涂层结合力和致密性）与磁控溅射的优点（涂层非常光滑）技术，合成出多元、多层的纳米复合材料，具有超厚（>10µm）、超硬（> 40GPa）、低摩擦系数（＜0.1）和高的结合强度（划痕50～70N）的特性，使模具的使用性能获得大幅度提升。
技术水平：在工艺技术和装备制造已成熟，“模具表面电弧沉积加厚纳米涂层系统”达到国内先进水平，已申请国家发明专利，专利申请号为200910099424.7。主要技术指标包括：
1. 纳米材料厚度：≥30μm；
2. 硬度：HV≥2500kg/mm2；
3. 耐中性盐雾试验≥500h；
4. 模具寿命比镀硬铬提高一倍以上。
技术状态：可大批量生产
合作方式：提供技术研发平台、成套技术转让、技术合作、技术服务
大面积电弧沉积设备 经电弧沉积处理后的汽车部件压铸模具 包铝复合镁合金板材制备工艺研究
项目简介：针对镁合金板材轧制加工成品率低、板材价格高等问题，我院采用爆炸复合的方法实现了镁合金坯锭包铝复合，通过包铝复合可实现镁合金板材轧制加工，提高镁合金板材的轧制加工成品率，提高镁合金材料利用率，缩短生产周期，降低生产成本，实现低成本镁合金板材的批量推广应用。
应用范围：交通运输车辆、电器通讯设备、电子产品等民用产品和航空航天、武器装备等军用领域。
技术优势与创新点：
1.通过在镁合金板两侧复合铝合金板，大幅提高了镁合金板材的变形加工性能，抑制镁合金板材在变形过程中的表面开裂现象，为镁合金轧制变形加工板材推广应用提供了技术保障；
2.实现了镁合金板和铝合金板的优势互补；
3.利用铝合金板将镁合金与环境隔离，有效解决了镁合金腐蚀防护性能差的问题，极大地拓宽镁合金的应用范围；
4.整体爆炸复合过程简单易操作，炸药爆炸载荷作用下复板金属高速碰撞基板金属，使复板金属和基板金属牢固地连接在一起。
技术水平：包铝复合镁合金板材是一项具有自主知识产权的新型技术（已申请发明专利，专利申请号：201010270374.7），本项目突破了铝镁爆炸复合关键技术，填补了镁合金包铝复合的国内外空白。
材力学性能：层间剪切强度≥60MPa；
腐蚀性能：表面防护处理后，抗中性盐雾腐蚀性能达到1000h以上；镁合金板材坯锭轧制成型成品率由40%提高到90%以上;轧制镁合金板材价格下降50%。
技术状态：试生产阶段 合作方式：技术入股、技术合作、许可使用 激光－电弧复合热源焊接技术
项目简介: 激光-MIG电弧复合热源焊充分利用了激光和MIG电弧的协同效应，同时通过激光与电弧的相互作用来改善激光能量的耦合现象和电弧的稳定性，使其同时具备MIG焊与激光焊两种不同类型焊接方法的优点，如焊接熔深大、效率高、工件变形小、装配要求低、熔池搭桥能力强、易于集成等特点。激光－电弧复合热源焊接技术对装配要求较低，可以实现大间隙的焊接，在一定程度上可以代替常规熔化焊，它不受焊接空间限制，焊接附加条件低，焊接成本也较低。可焊接材料有钢、铝合金、镁合金和钛合金等。激光－电弧复合热源焊接技术具有常规焊接方法不可比的优势，可大幅提高产品的焊接质量，对于钢、铝合金、镁合金等绝大部分材料都可实现高质量焊接，具有广泛的市场前景。
应用范围：航空、航天、核能设备、国防武器、造船业、汽车、铁路车辆、机械零部件、电子、建材业及家电行业。
技术优势与创新点:
1.钢、铝和镁合金构件的激光－MIG复合焊接工艺；
2.钢、铝和镁合金构件的低变形或零变形激光－MIG复合焊接技术；
3.钢、铝和镁合金的激光－MIG复合焊接缺陷控制技术；
4.钢、铝和镁合金构件的激光、激光－MIG复合焊接母材温度控制技术。
技术水平：国内领先水平，已获得国家发明专利，专利号为CN200810162685.4
技术状态：小批量生产阶段
合作方式：技术转让、技术合作、技术服务
激光－电弧复合焊示意图
激光、激光－MIG复合焊接铝合金车门
激光焊接钢桶体 超声波C扫描检测系统ACSIS-2
项目简介：ACTIS系列超声波C扫描系统是高性能无损检测设备，该设备集超声波检测仪、机械扫描系统、计算机数据采集及图像处理系统、水浸探头于一体，具有平面弓形扫描、平面圆环扫描和圆柱扫描等多种扫描方式。给出高质量的超声波C扫描检测图像，成像直观，检测灵敏度高，缺陷定位、定量准确，可以实时观察被检件的内部质量显示图，也可以进行C扫描图的彩色打印输出，适合金属圆盘、圆柱、棒材等结构的内部质量的高精度超声波C扫描检测。
应用范围：适合金属及非金属圆盘、圆柱、棒材等结构的内部质量的高精度超声波C扫描检测。
技术优势与创新点：
1.整套系统集成度高，抗信号干扰能力强；
2.超声波C扫描软件功能强大，扫描方式灵活，包括平面圆环扫描、平面弓形扫描、圆柱扫描、局部扫描、暂停、续扫等功能；
3.图像处理与分析功能中有图象放大、缩小、旋转、还原、尺寸测量、距离测量、信号值分布直方图分析等功能；
4.可以给出缺陷有关的特征量，如位置、形状类型、当量大小等并且根据有关标准对缺陷进行自动评判。
技术水平：
1.被检工件直径范围：φ5mm～φ200mm；
2.被检工件的高度范围：200mm～500mm；
3.被检工件壁厚范围：8mm～50mm；
4.被检工件的最大重量：50㎏；
5.自动水循环系统。
设备主要系统指标：可检测≤φ1mm平底孔当量直径
技术状态：小批量生产阶段
合作方式：技术转让、技术入股
SiC含量对浇铸SiC
1 第一章 总论
1.1 项目引言
当今航天技术与航空工业的高速发展, 高效燃气轮机的出现，原子能利用的发展以及汽车等运载工具的轻型化, 对材料提出了愈来愈高的要求, 人们研究和发展了许多高性能的新材料,现代复合材料就是其中的一个重要方面; 特别是金属基复合材料,
一经出现, 就引起了世界各国专家, 学者的关注, 在过去的二十多年中, 金属基复合材料由于其高强度比, 高比刚度, 高耐磨性等优良特性, 其理论和实际应用都取得了突飞猛进的发展[1]。
金属基复合材料分为两类，长纤维和非长纤维金属基复合材料。非长纤维复合材料包括短纤维、晶须和颗粒增强物三种复合材料。美国学者Logsdon等[2]在1986年发表文章指出：金属基复合材料发展的未来前景主要在于非长纤维增强，特别是SiC晶须和颗粒增强铝基复合材料。由于SiC颗粒具有高强度，高硬度，高模量，低膨胀系数等许多优良特性[3],是一种理想的增强物,国内外都研究得非常活跃。SiC颗粒增强复合材料具有各向同性的优良特性并能用普通合金的制造设备成型、加工，能适用于不同的加工方法，能够挤压，锻造，轧制薄板等[4]。
SiC与Al之间的浸润性较差，在1000。C以下基本上不润湿，给制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料造成了一定困难。制备SiC颗粒增强Al基复合材料的工艺方法很多，根据基体合金的状态，大致可分为粉末冶金法，铸造法[5]两大类。铸造法由于其工艺成本低，因而得到广泛的研究与应用，常见的较为成熟的工艺主要有挤压铸造，半固态铸造法[1,3]。
在铝基合金中加入碳化硅颗粒，可以大幅度提高材质的弹性模量，改善合金的低、高温强度，疲劳强度。大大提高了合金的耐磨性能，具有广泛的应用前景。主要在汽车工业，航空航天工业，特别在军事工业中用作结构件和耐磨件。SiC颗粒增强Al基复合材料由于具有优异的吸收能量和放射线的能力，还可以用于制造防弹板，屏蔽材料等[6]；由于具有较低的热膨胀系数。也可制作尺寸要求严格的结构元件。同时由于具有优异的耐磨性而应用在汽车工业、内燃机工业的耐磨机件，例如发动机活塞、活塞环，缸套、连杆、轴瓦等。美国陆海空三军和航空航天局已经确定了碳化硅颗粒增强铝基复合材料几种潜在的发展应用，包括：直升飞机滑行着陆装置、坦克履带板、导弹镶嵌结构等许多应用[2,5]。
颗粒增强铝基复合材料的研究与进展
科技论坛 ・４１・
颗粒增强铝基复合材料的研究与进展 李涛郭西振张新馨 （上海市电机学院机械学院，上海２００２４５） 摘要：颗粒增强铝基复合材料在航空航天等众多领域都有极为重要的应用。本文综述了近年来颗粒增强铝基复合材料的研究和应 用现状，重点介绍了５种较为成熟的颗粒增强铝基复合材料的制备方法，对发展颗粒增强铝基复合材料提出了几点建议。 关键词：颗粒增强铝基复合材料；制备方法；应用 １颗粒增强铝基复合材料的 制备方法 经过三十多年的研究，颗粒增 强铝基复合材料从无到有，展现出 广泛的应用前景。增强相粒子多采 用Ａ１２０３、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＴｉＢ２等成本低和 易获得的陶瓷颗粒。到目前为止， 制备颗粒增强铝基复合材料较为 成熟的技术主要有以下几种：粉末 冶金法、挤压铸造法、搅拌铸造法、 喷射沉积法和原位复合法。 １．１粉末冶金法 粉末冶金法是将金属粉末和 增强颗粒均匀混合，然后进行冷压 成型，真空除气后热压、保压，成型 后的坯锭再经过后续加工制成所 表１不同制备方法下产品的相关特性及应用
粉末冶金法 纳米至微米 ４ 挤压铸造法＞＝Ｓｕｍ 搅拌铸造法＞＝１０ｕｍ 喷射沉积法 微米级 原位复合法 微米级 组织紧密分布均匀 工艺复杂 孔隙率低无余量成型 对模具要求较高 工艺简单润湿性差易 团聚；适合批量生产 组织细化 润湿性好 颗粒利用率低 工艺复杂 润湿性好 增强体分布均匀 飞机上的导流叶片；航天器的 起落架；汽车刹车盘等部件 制动盘：电子封装材料：活塞 等局部增强材料 铸锭；坯锭：电子封装材料； 自行车管材 轧制件 燃气涡轮机；热交换机；耐热 元件；切削工具 需的复合材料［６ｊ。粉末冶金法适用注：数字表示定性级别，１表示级别最高 于形状和尺寸都不相同的各种颗粒，对于颗粒增强铝基复合材料的 可设计性有了很大的提高。同时，粉末冶金法存在不少独特的优点， 制备的复合材料颗粒分布均匀、组织细密，不易出现偏析和偏聚；烧 结温度比金属的熔点低，减轻了界面之间的反应，减少了化合物的 生成，提高了产品的精度。在航天领域，英国航天金属基复合材料公 司（ＡＭＣ）采用高能球磨粉末冶金法成功研制出碳化硅颗粒增强铝 基（２００９／ＳｉＣ／１５ｐ）复合材料，用此材料制造的直升机旋翼系统连接 用模锻件已成功应用于欧直公司生产的新型直升机旋翼上。该材料 与铝合金相比，弹性模量提高约４０％，构建刚度提高约３０％，寿命提 高约５％；与钛合金相比，构件重量下降２５％ 。 然而，粉末冶金法也存在着一定的缺点，如成本高、工艺较复 杂、生产周期长等。但是，粉末冶金技术现在正朝着高致密化、高性 能化、集成化和低成本等方向发展。随着研究的不断深入，粉末冶金 的应用范围将更加广泛。 １．２挤压铸造法 挤压铸造法是将增强体颗粒预制件放人经过精密加工的石墨 浇铸模内适当的位置，随后加入融化的铝液，在压力的作用下先渗 入模壁间隙中，继而渗入预制件中，最后去压，冷却，脱模取出［９１。采 用挤压铸造法主要有以下优势：（１）制备成本低；（２）制成的零件形 状与最终零件相同或相似；（３）能够减轻颗粒间界面反应㈣。但是， 在制造形状复杂的零件时有一定的困难，挤压铸造施加压力比较 大，受到了一定的限制。在国内，武高辉等利用挤压铸造法制备了新 型的环保型ＳｉＣｐ／Ａ１—２０％Ｓｉ复合材料，该材料在室温下平均线膨胀 系数为７．７７×１０ ℃，与硅芯片的热膨胀系数相当，正好能够避免 在工作时硅片和器件的热力集中，极大的提高了集成电路元件的稳 定性…］。美国福特公司用此方法制备的２０％ＳｉＣｐ／Ａ３５６汽车制动 盘，大量用于高级轿车的后轮上，有着很好的性能。日本丰田公司运 用颗粒增强铝基复合材料（Ａ１：Ｏ３／Ａ１）制备了发动机活塞，与原来的 相比较，热导性提高了将近４倍，重量减轻了５％一１０％［９１。 １．３搅拌铸造法 半固态搅拌铸造法是把金属液温度控制在液相线温度和固相 线温度之间，然后将增强体颗粒加入到熔体中，并且通过连续机械 搅拌使颗粒与金属液充分混合，再迅速升温至液相线以上直接进行 浇注，即得到所需的复合材料 。用该方法制备的颗粒与铝基体之 间的润湿性好，粒子分布均匀，且制备设备简单，成本低廉，能够大 规模生产。现在，成熟的半固态搅拌铸造法主要应用于微米级颗粒， 对于亚微米级和纳米级颗粒，搅拌铸造法还比较难控制其在铝液中 的均匀分布㈣。同时，此方法金属液处于半固态，粘度比较大，易形 成团聚现象，导致复合材料的相关性能降低。齐海波等采用半固态 搅拌挤压铸造方法制备出ＳｉＣ复合材料制动盘，与传统ＨＴ２５０铸铁 制动盘相比，该新型制动盘热膨胀系数更小、导热性能更好、质量也 更轻，不仅延长了制动盘的使用周期，也节约了成本㈣。 １．４喷射沉积法 喷射沉积法是使融化的金属液在高压惰性气体射流的作用下 分散雾化，同时将增强相颗粒喷入金属雾化射流中，使之混合共喷 射沉积到预处理的基板上，并快速凝固形成所需要的复合材料旧。 此方法是一种新型的铝基复合材料的制备工艺，具有减少增强颗粒 与基体的界面反应，促使晶粒细化且分布均匀，简化工艺规程，缩短 生产周期，降低生产成本等功能，但是颗粒的利用率低。在２０世纪 ７Ｏ年代末，美国麻省理工大学的Ｎ．Ｊ．Ｃｒａｎｔ提出以超声气体雾化制 备细粒度、高速度的雾化液滴为特征的液体动压成形工艺（ＬＤＣ） 。 在我国，大量的研究机构在喷射沉积制备复合轧辊方面取得较大进 展，如中南大学陈振华、黄培云发明的多层喷射沉积技术。此技术改 变了传统喷射沉积工艺中雾化锥／基底的单向直线运动模式，利用 往复沉积强化冷却效果，从而解决了在制备厚度很大的坯件时组织 易恶化为铸态组织的问题，并能优化复合材料中增强相的分布及其 与基体的结合状态。这一技术已被成功应用于制备ＳｉＣ颗粒增强铝 基复合材料 。 １．５原位复合法 原位复合法是新发展起来的制备复合材料的方法。此方法是在 铝基体中、元素之间或元素与化合物反应生成一种或几种增强相颗 粒。增强颗粒是从基体内形核、长大，热力学稳定性较好。并且，由于 元素之间能够很好地反应，生成的粒子分布均匀且细小，反应界面 结合稳定且无污染，因此这种方法能够制备性能良好的增强铝基复 合材料。 原位复合法经过多年的不断发展，先后出现气液固相法（ＶＬＳ）、 自蔓延高温合成技术（ＳＨＳ）、接触反应法（ＣＲ）、放热弥散法 ｌ ２ ２ ｌ １ ｌ ２ ４ ２ ２
复合材料
一、复合材料的发展
复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草或麦秸增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。
现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料[1]对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。进入21世纪以来，全球复合材料市场快速增长，亚洲尤其中国市场增长较快。2003～2008年间中国年均增速为15%，印度为9.5%，而欧洲和北美年均增幅仅为4%。
二、复合材料的定义和分类
1、复合材料的定义
复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强相（增强体）。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着相接口。分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。
2、复合材料的分类
（1）按基体材料类型分类
①聚合物基复合材料 以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体制成的复合材料
②金属基复合材料 以金属为基体制成的复合材料，如铝基复合材料、钛基复合材料等。
③无机非金属基复合材料 以陶瓷材料（也包括玻璃和水泥）为基体制成的复合材料。
（2）按增强材料种类分类
①玻璃纤维复合材料。
②碳纤维复合材料。
③有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等）复合材料。
④金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料。
金属材料在武器装备方面的应用
金属材料在武器装备方面的应用
班级：机械E14 学号：41304022 姓名：张梦渊
在常规兵器用材料中，金属材料约占80%，其中又以钢铁材料占主导地位。但是，随着兵器的现代化发展，高性能的有色金属装甲材料、结构特殊功能材料和复合材料的乃是在迅速增加，对处理器战术技术性能的提高超到越来越大的作用。
一、铝合金装甲车体材料
为了减轻重量和提高防护性能，国外铝装甲的使用从50年代就开始了，到现在已经历了四个发展阶段，即由高韧可焊Al-Mg系合金装甲发展成中强可焊Al-Zn-Mg系装甲，再发展到铝合金间隙叠层装甲和铝合金装甲附加复合装甲。使用铝装甲的车辆也由装甲输送车，发展到轻型坦克、步兵战车和中型主战坦克。
英国进行的均质铝装甲材料D54S(Al-Mg系)与IT80装甲钢（Ni-Cr-Mo钢）防护性能的实验比较表明：在相同面密度（板材单位面积上的重时相等）的情况下，对榴弹破片的防护能力铝装甲优于钢，在入射角为30-45°范围内，对小口径弹（7.62mm硬芯穿甲弹）铝不如钢，但是随着弹丸走私的增大，入射角的增大或减小，铝装甲防护的优越性就显示出来了。而且，铝装甲的性还在于它可以大幅度提高国体风度，可在其上采用焊接铝合金构件，以达到减轻重量的“连锁反应“的效果。
我国60年代中即开始铝装甲材料研究，新型LC52铝装甲材料已在部分战车上使用。铝装甲今后的发展方向，仍是研究抗弹性更好的均质材料和复合装甲材料。
二、铝合金结构材料
1. 变形铝合金
为减重，现在几乎所有的兵器都尽可能多的采用铝合金结构件。在坦克车辆方面，以英国“蝎“式坦克为例，其使用的变形铝合金除装甲车体外，还有平衡时连杆底座、刹车盘、转向节、履带松紧装置、诱导轮、负重轮、炮塔座圈、烟幕发射器、弹药架、贮藏舱、油箱、座椅、、管路等。目前，各国的架桥坦克和渡河舟桥的桥体，采用铝合金焊接结构，与原负结构相比，可使桥长由18m左右增加到22-27m，载重量也增加到50-60t。在火炮方面，美国M102式105mm榴弹炮最为典型，它的大架、摇架、前座板、左右耳轴托架、瞄准镜支架、牵引杆和平衡机外筒均是变形铝合金制成。加之其结构的变化，使此炮重量从其前身（M101式炮）的3.7t降到1.4t，射程提高35%-40%，可实现全炮空运空投。对尾翼稳定的各种大中径炮弹、战术导弹和火箭弹，为提高其飞行的稳定性，其尾部零件，如尾翼、尾杆、下弹体弹托、尾翼座等多采用铝合金。另外，各类弹的引信体也多数是采用铝。
冷知识科普：图解直升飞机的结构及原理
冷知识科普：图解直升飞机的结构及原理
一、机身结构图
二、机身
机体用来支持和固定直升机部件、系统，把它们连接成一个整体，并用来装载人员、物资和设备，使直升机满足既定技术要求。机体是直升机的重要部件。下图为 UH—60A直升机的机身分段图。
机体外形对直升机飞行性能、操纵性和稳定性有重要影响。
在使用过程中，机体除承受各种装载传来的负荷外，还承受动部件、武器发射和货物吊 装传来的动负荷。这些载荷是通过接头传来的。为了装卸货物及安装设备，机身上要设计很 多舱门和开口，这样就使机体结构复杂化。
旋翼、尾桨传给机体的交变载荷，引起机身结构振动，影响乘员的舒适性及结构的疲劳寿命。因此，在设计机身结构时，必须采取措施来降低直升机机体的振动水平。
军用直升机机体结构应该有耐弹击损伤和抗坠撞的能力。 近年来，复合材料日益广泛地应用于机身结构，与铝合金相比较，它的比强度、比刚度高，可以大大减轻结构重量，而且破损安全性能好，成型工艺简单，所以受到人们的普遍重 视。例如波音360直升机由于采用了复合材料结构新技术以及先进气动、振动和飞行控制技 术，可使巡航速度增加35％，有效载荷增加1296，生产效率提高50％。
三、发动机直升机的动力装置
发动机直升机的动力装置大体上分为两类，即航空活塞式发动机和航空涡轮轴发动机。 在直升机发展初期，均采用技术上比较成熟的航空活塞式发动机作为直升机的动力装置。但由于其振动大，功率质量比和功率体积比小、控制复杂等许多问题，人们就利用已经 发展起来的涡轮喷气技术寻求性能优良的直升机动力装置，从而研制成功直升机用涡轮铀发动机。
实践证明，涡轮轴发动机较活塞式发动机更能适合直升机的飞行特点。当今世界上，除部分小型直升机还在使用活塞式发动机外，涡轮轴发动机已成为直升机动力装置的主要形式。
航空涡轮轴发动机：
航空涡轮轴发动机，或简称为涡铀发动机，是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。法国 是最先研制涡轴发动机的国家。50年代初，透博梅卡公司研制成一种只有一级离心式叶轮压气机、两级涡轮的单转于、输出轴功率的直升机用发动机，功率达到了206kW(280hp)， 成为世界上第一台直升机用航空涡轮轴发动机，定名为“阿都斯特—l”(Artouste—1)。首先装用这种发动机的直升机是美国贝尔直升机公司生产的Bell 47(编号为XH—13F)，于1954年进行了首飞。
汽车维修与发动机构造——第二章 机体组及曲柄连杆机构
第二章 机体组及曲柄连杆机构
功用：曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。 工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。
组成：曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
第一节 曲柄连杆机构中的作用力及力矩
作用在曲柄连杆机构上的力有气体力和运动质量惯性力。
气体力作用于活塞顶上，在活塞的四个行程中始终存在，但只有作功行程中的气体力是发动机对外作功的原动力。气体力通过连杆、曲柄销传到主轴承。气体力同时也作用于气缸盖上，并通过气缸盖螺栓传给机体。作用于活塞上和气缸盖上的气体力大小相等、方向相反，在机体中相互抵消而不传至机体外的支承上，但使机体受到拉伸。
曲柄连杆机构可视为由往复运动质量和旋转运动质量组成的当量系统。往复运动质量包括活塞组零件质量和连杆小头集中质量，它沿气缸轴线作往复变速直线运动，产生往复惯性力；旋转运动质量包括曲柄质量和连杆大头集中质量，它绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，也称离心力。往复惯性力和旋转惯性力通过主轴承和机体传给发动机支承。
第二节 机体组
一、机体组的功用及组成
现代汽车发动机机体组主要由机体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、主轴承盖以及油底壳等组成。镶气缸套的发动机，机体组还包括干式或湿式气缸套。
机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体。气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。另外，气缸盖和机体内的水套和油道以及油底壳又分别是冷却系统和润滑系统的组成部分。
发动机连杆材料的研究现状
徐燕茹苏铁熊 龚玉霞李慧：发动机连杆材料的研究现状 ３１
发动机连杆材料的研究现状
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ Ｒｏｄ
徐燕茹苏铁熊龚玉霞李慧
（中北大学）
［摘要］汽车连杆的强度、刚度和质量对提高发动机的动力性和可靠性至关重要，为满足发动
机大功率、轻量化的设计要求，其中一个关键是连杆材料要有优越的综合性能。本为介绍了现阶段
先进连杆材料的研究现状。
［关键词］连杆材料非调制钢钛合金复合材料粉末 台金
Ｋｅｙ ｗＯｒｄｓ：Ｃ０ｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒｏｄ ｍａｔｅｒｉａｌ Ｎｏｎ－ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｅｅｌ Ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ Ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
Ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ
Ｏ 引言
由于日益严格的排放法规要求和燃油耗法规
定，小排量化的高功率、高转矩是发动机技术发展
的趋势之一，发动机缸内最大爆发压力高达 ２０ＭＰａ。不断强化的发动机设计目标，使得人们更加
关注连杆材料及成品的强度。国内外对连杆材料在
不断地探讨和革新。
１ 非调制钢
非调制钢可分为两类：一种是微合金非调制钢． 如我国的３８ＭｎＶ（或４０ＭｎＶ）、德国的３６ＭｎＶＳ４、
Ｓ４３ＣＶＳ、Ｓ５３ＣＶ－ＦＳ、ＳＰＬＩＹＡＳＣ０３８等。该类材料的发
动机输出功率高，爆发压力高，连杆体具有很高的疲劳
寿命。另一种是高碳非调制钢，如德国的Ｃ７０和
Ｃ７０Ｓ６，法国的Ｃ７０Ｅ３和ＳＰＬＩＴＡＳＣ０７０、我国的 Ｃ７０Ｓ６ＢＹ等。由于省略了锻后的热处理，非调制钢不
仅节省能源，而且减少了生产工序，从而降低了成本。
２金属基复合材料
克莱斯勒公司与杜邦公司合作开发的纤维增 强铝锂合金基复合铸造汽车连杆，质量轻、强度好、
膨胀系数小，对提高发动机效率和燃料经济性非常
有利，其试验循环次数超过千万次Ⅲ。日本日产公司
采用ＳｉＣ晶须增强Ａ１基复合材料制造了汽车发动
挤压铸造在汽车、摩托车上的应用
挤压铸造在汽车、摩托车上的应用
挤压铸造在汽车、摩托车上的应用
中国兵器科学研究院、宁波分院
齐丕骧
“挤压铸造”国内外也称“液态模锻”是一种介于铸造与锻造之间的优质、高效、节能的工艺方法，它既能接近甚至达到同种合金锻件的内部组织和力学性能，又能实现高效率的大批是生产，与普通压铸件相比，可较大程度的提高力学及使用性能，与普通锻件相比，又可节约能源。因此，多年来，国内外厂商，均把此项工艺用做汽车、摩托车高档有色金属铸件的方法之一，并迅速的在发展。
汽车、摩托车业，在各工业发达国家均是重要的支柱产业，我国也不例外。2006年，我国汽车产量728万辆，同比增长27.6%，2007年达以880万辆，又增涨了21%。07年6月份汽车保有量已达5355万辆。2006年我国摩托车产量达到2144万辆。[1,2]。在目前，世界性的“节能、环保”大形势下，对铝、镁合金铸件，尤其是高档铸件的需求是长盛不衰的，这就为挤压铸造业的发展，提供了极好的市场条件。重庆及我国西部地区，目前，已是重要的汽车、摩托车及其铝、镁合金铸件的产业基地，以其独特的资源优势及地域优势，相信会比其它地区有更大的发展空间。
本文重点讨论，在国内外汽车、摩托车零部件上，挤压铸造工艺的应用概况及其发展趋势。
1、国内外应用概况
表1 国内外挤压铸造汽车、摩托车主要零部件表
部位 汽车车体及行动部件 汽车发动机及变速箱部件 汽车空调及其它部件 摩托车零部件
零件名称 铝合金及镁合金轮毂，横梁（十字梁），转向节，下支臂，制动卡钳，ABS零件，转向阀铝及铝基复合材料活塞、发动机缸体、发动机支架、滤空调压缩机上、下缸体、上下盖板、活塞、斜盘、滑履、涡旋压缩机缸铝及镁合金轮毂、上、下联板、传动箱壳体、减震筒,碟刹泵体、后衣体,制动器缸体，离合器缸体,拔叉、摇臂、履带板、铝基复合材料制动毂 清器支架、变速箱体、多岐管、燃料分配器 体、涡旋盘；空压机连杆、油泵壳体、空气过滤器罐体、罐盖 架、车摇架、车架接头、把接头、方向轴、曲柄,发动机活塞
铝碳化硅介绍
一铝碳化硅简介
铝碳化硅AlSiC（SICP/Al或Al/SiC、SiC/Al），是铝基碳化硅颗粒增强复合材料的简称，是一种颗粒增强金属基复合材料，采用Al合金作基体，按设计要求，以一定形式、比例和分布状态，用SiC颗粒作增强体，构成有明显界面的多组相复合材料，兼具单一金属不具备的综合优越性能，充分结合了陶瓷和金属铝的不同优势，实现了封装轻便化、高密度化等要求。
二材料性能
AlSiC密度在2.95~3.1g/cm3之间，热膨胀系数（CTE）6.5~9ppm/℃，具有可调的体积分数，提高碳化硅体积分数可以使材料的热膨胀系数显著降低。同时，铝碳化硅还具有高的热导率和比刚度，表面能够镀镍、金、银、铜，具有良好的镀覆性能。
密度（g/cm3） ≥2.95
热导率（(W/m.K) @25℃）
200
热膨胀系数(CTE) ppm/℃ 6.5~9（可调）
弹性模量(G Pa) 200
抗弯强度(M Pa) 400
电阻率(μΩ·cm) 21
气密性(atm-cm3/s He) <10-9
铝碳化硅复合材料的比刚度是所有电子材料中最高的：是铝的3倍，铜的25倍，另外铝碳化硅的抗震性好，因此是恶劣环境（震动较大，如航天、汽车等领域）下的首选材料。铝碳化硅复合材料已成为航空航天、国防、功率模块和其他电子元器件所需求的新型封装材料。用于航空航天微波、功率放大模块等电子器件及模块的封装壳体或底座。
一方面AlSiC（铝基碳化硅）的热膨胀系数与半导体芯片和陶瓷基片实现良好的匹配，能够防止疲劳失效的产生,甚至可以将功率芯片直接安装到AlSiC（铝基碳化硅）基板上；另一方面AlSiC（铝基碳化硅）的热导率是可伐合金的十倍，芯片产生的热量可以及时散发。这样，整个元器件的可靠性和稳定性大大提高。 ■热膨胀系数等性能可通过改变其组成而加以调整，因此产品可按用户的具体要求而灵活地设计，能够真正地做到量体裁衣，这是传统的金属材料或陶瓷材料无法作到的。
高速大功率柴油机活塞可靠性研究
第４期（总第１７０期） ２００７年８月 车用发动机 ＶＥＨＩＣＬＥ ＥＮＧＩＮＥ Ｎｏ．４（Ｓｅｒｉａ１ Ｎｏ．１７０） Ａｕｇ．２００７
高速大功率柴油机活塞可靠性研究
陈泽忠 ，王增全 ，曾高文 ，刘伟伟。，石 阳。
（１．中国北方发动机研究所，山西大同０３７０３６；２．青岛大学，山东青岛 ２６６０７１； ３．中国人民解放军总装备部装甲兵军事代表局，北京１００８５１）
摘要：在高速大功率柴油机研制过程中，通过对整体重力铸造活塞内冷油道、型线与配缸间隙、环槽等细节结 构的优化设计、混杂增强铝基复合材料的应用、热机耦合计算分析以及试验验证等４个方面的技术研究，解决了活 塞结构可靠性问题，分别通过了部件、台架耐久性考核、道路以及整车环境适应性等试验验证，同时指出了铝合金 活塞进一步强化的研究方向。 关键词：柴油机；活塞；结构设计；温度场；耦合分析；耐久性试验 中图分类号：ＴＫ４２１．２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１—２２２２（２００７）０４—００１２ ０４
随着柴油机的不断强化，单位排量功率和最高
燃烧压力不断增加，活塞承受的热负荷与机械负荷 也不断提高，对活塞本体结构的设计、材料、工艺以
及试验研究方法等提出了更高的要求。
本研究柴油机的强化指标为单位排量功率 ３５ｋｗ／Ｌ、最高燃烧压力１４．５ＭＰａ、活塞平均速度
１２．８ ｍ／ｓ，研究对象是铝合金活塞。
１结构设计分析
活塞的总体结构为“热流型３环短活塞”，其高
度与缸径比达到了０．９２５，小于国外现代高速柴油
机活塞高度与缸径比的参数统计值（１＿２），以尽可能 减小活塞高度及质量（见图１和表１）。
图１活塞结构设计 表１活塞结构设计参数
高度 ０．１８７Ｄ ０，５００Ｄ ０，７９７Ｄ
运行方向 Ｏ ——０，０９３ ——０，５７６
椭圆度 ——０，４５０ ——０，５００ —０，０８０ 叠加值 ＋０，０４５ ＋０．０５０
配缸间隙 ０，００１ ２ Ｄ ０．００１ ８２Ｄ ０．００５ Ｏ２Ｄ