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人们将金属原子的规则排列抽象化，引出晶格的概念。当金属原子那样排列时，内部原子的排列是非常整齐的，一点儿缺陷都没有。但是像这样理想的晶体，在自然界中几乎是不存在的，实际使用的金属材料中，由于加进了其他种类的外来原子以及材料在冶炼后的凝固过程中受到各种因素的影响，使本来该有规律的原子堆积方式受到干扰，不象理想气体那样规则。晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象称为晶体缺陷，即实际晶体中原子排列得不完整性，常见的晶体缺陷有以下几种，即：空位和间隙原子，置代原子，位错晶界和亚晶界等。正是由于晶体中出现上述的结构缺陷，因此会造成晶格发生畸变，难与金属强度的提高联系起来，例：班内每个同学相当于原子，整个班集体就好比我们所讲述过的晶格，“空位”相当于一个或几个同学缺勤，“间隙”原子相当于班内的某位同学未按排列整齐的座位去坐，而胡乱地坐在了某个位置，“错位”相当于几个同学位置错排等等。这样一来，这个班集体还能是一个平衡稳定的集体吗？是不是这个班集体出现了缺陷呢？同学们肯定异口同声地说“是”。接下来的教学，我可以请两位同学到黑板上做出我出的题目：一位同学画出一个理想状态下的体心立方晶格，一个画出有“学生缺勤，乱坐座位”的体心立方晶格，两位同学的表述完全正确。尤其是第二位同学画得有缺陷的晶格七扭八歪的，真有趣。晶界、亚晶界的存在也会造成晶格畸变，这是由于实际金属为多晶体，是由大量外型不规则的小晶体即晶粒组成的。在常温下，一些固态金属在不同的温度范围里，具有不同的晶格。例如，钛在882℃以下具有密排六方晶格，而在882℃以上直至熔化以前，它却以体心立方晶格的形式存在，其他金属像铁、钛、锰、锡、钴等，它们都具有核心和相类似的性质。例如热胀冷缩的试验，它并没有那么简单。首先取一根直径为2mm左右，长约1-2米的铁丝，两端固定在支架上，通一电流，使之缓慢加热，随着电流的增加，我们发现，铁丝受热膨胀而逐渐下垂。当加热到铁丝呈橙色（约910℃以上）时，铁丝突然发生回升现象，表明此时铁丝受到收缩。相反，铁丝由高温（约1000℃左右）逐渐冷却时，达到某一温度会有冷却时的深长现象，为什么铁丝受热会有收缩现象，而遇冷又有伸长现象呢？这种现象说明了热胀冷缩并不是无条件的。之所以出现了上述状况，主要是因为金属在温度发生变化时，会发生同素异构转变，就是金属元素不同条件下晶格之间的转变。2003年10月16日6时23分“神舟”五号飞船顺利返回、安全着路，圆满完成了中华民族首次载人航天飞机的伟大壮举。消息传来无不令人欢欣鼓舞，而在同年2月1日却发生了轰动全球的悲剧：美国“哥伦比亚”号航天飞机在返回地球时爆炸，失去了7名宇航员，酿成了轰动全球的航天事故。这是为什么？宇宙飞船和航天飞机他们的降落速度是非常快的，在浓密的大气层中，速度极快的宇宙飞船和航天飞机的外壁由于与空气激烈摩擦，要产生大量的热，这就是所谓的“气动加热”。科学家决定发明设计一件奇妙的“避火衣”。“神舟”五号宇宙飞船返回舱外型为钟形，外部是用耐高温的材料制成。返回舱高2.5米，直径边为2.5m重量约3吨。宇宙飞船的“避火衣”是用“瞬时耐高温材料”制成的，这是一种特殊纤维材料或多孔颗粒 加上有机物组成的，是一种低导热复合材料，这一层材料不同部位的厚度是不同的，燃烧同时还形成了一层厚厚的多孔炭化物，仅仅附着在“返回舱”的外壁。宇宙飞船只用一次，航天飞机要在地球和太空往返75---100次，那么一次性自我牺牲式“避火衣”就不能适用了。宇宙飞船用的材料竟然是陶瓷，当然与古老的陶瓷大不相同，它是新型复合高温陶瓷，主要由耐高温的碳化物、氮化物、氧化物（如碳化硅、氮化硼、氧化锰等）材料制成，经过现代特殊工艺加工制成。
航空材料反映了结构材料发展的前沿，代表了一个国家结构材料技术的水平。航空材料的特点是轻质、高强、高可靠性。航空关键材料表现为高性能的树脂基和碳基复合材料，高、低温铁基、镍基合金和轻质铝合金等。碳纤维增强复合材料用于飞行器，可以降低其重量。大力发展高比强、高比模、抗腐蚀、耐高低温的多功能结构材料，可以实现结构减重。提高材料制备技术，可以降低制造成本和维护成本。航空发动机主要材料有铝合金、钛合金、铁基和镍基合金以及各类高温复合材料及智能材料等。金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这是为什么呢？这是因为在实际生产中，液态金属的冷却速度不可能非常缓慢，总是在一定的冷却介质中以一定的速度进行冷却，如空气、油、水中冷却。因此实际发生结晶的恒温温度总要比理论结晶温度低，这种现象称为“过冷”现象。“哥伦比亚”号航天飞机1981年4月12日首次发射升空，是美国资格最老的航天飞机。“哥伦比亚”号机舱长18m，舱内能装运36 t重的货物，外形像一架大三角翼飞机；
机尾装有3个主发动机和1个巨大的推进剂外贮箱，里面装有几百t重的液氧、液氢燃料，它附在机身腹部，供给航天飞机燃料进入太空轨道；外贮箱两边各有1枚巨型固体燃料助推火箭。整个组合装置重约2 000 t。
2003年2月1日，“哥伦比亚”号在完成为期16天的科学实验任务后，在返航途中解体，7名宇航员丧生。灾难发生后，为了查清原因，首先由NASA支持组成了调查组，目的是对从得克萨斯州和路易斯安纳州收集来的8.4万片大约38％飞机残骸重新按原位组装(如图l所示)，提供实际数据进行分析，通过分析和再现的模拟试验来证实事故产生的原因[l]。调查组根据以下的检查分析结果以期作出判断：残骸的清洗和评估、热分析，以寻找航天飞机爆炸的起源；对各种材料的冶金分析，如Inconel、Al合金、不锈钢、C，C复合材料的X一射线和断口分析；机翼上的传感器和录音机的结果。在检查残骸时发现，连接上下翼展面板的钢紧固件表现出沿晶断裂的脆性断口，如图2所示。图3为中间体面板舷内上端的弹坑小半球冲蚀花样，表明该处发生很高的局部过热和大量的沉积物。在机翼前缘3个部分，重点研究了子系统面板隔热瓦、碳／碳复合材料(RCC)面板和机翼构件。在这个区域主要分析左机翼前的8号和9号面板附近沉积物成分和观察X射线显示的花样。分析结果指出，高温离子流是从RCC面板内侧缝隙穿过上下面板进入
“哥伦比亚”号航天飞机残骸材料分析的结果，与肉眼判断以及飞行录音机记录的异常解释是一致的。左机翼隔热瓦受损是“哥伦比亚”航天飞机解体的主要原因。航天飞机共有2万多块隔热瓦。如果隔热瓦松动、损坏或丢失，将改变航天飞机的空气动力学结构，再人大气层中遇到高温会使航天飞机的温度超过承受极限而导致破裂和爆炸。调查组收集到的分析数据指出：一个很大的热事件发生在靠近左机翼前缘的8号和9号面板下半部裂缝处，一种叫作Cerachrome的沉积融熔渣显示该处温度超过1 649℃，可熔化掉金属支撑结构材料，冲蚀隔热瓦和RCC面板材料，烧坏起落架，使航天飞机失稳而最终爆炸。那么，这条裂缝是从哪里来的呢 原来在“哥伦比亚”号航天飞机升空时，就有人报告从外储存的燃料箱左侧双脚架处，掉下了一块冷冻的隔热泡沫砸到左翼碳／碳复合材料面板下半部附近，造成裂缝。因此，材料分析结果认为：在再人大气层过程中，高温热离子流穿过此处，使机翼铝合金、铁基合金、镍基合金结构熔化，导致航天飞机失控、机翼破坏和机体解体。在美国得克萨斯州的一个实验室所进行的1次模拟实验中，1个航天飞机机翼的复制品被泡沫隔热材料高速撞击后，留下1道裂缝。这一实验结果为“哥伦比亚”号航天飞机失事提供了最强有力的新证据。在第二次世界大战中，有这样一个战例，当时法西斯德国派出轰炸机频频轰炸英国领土，英国皇家空军驾驶战机空中拦截，战况惨烈。突然，在不长的一段时间内，英国战机相继坠落，机毁人亡。英军方对坠落飞机介入调查，最初的结论认为，德国是否发明了什么新式武器，因为在坠落飞机的残骸上，无任何的弹痕，从而引起一片恐慌。但随着调查的深入，最终正确的结论是：这些坠落的战机无一例外的是由于疲劳现象的发生而坠毁的。也就是说，飞机发动机内的零件出现了疲劳断裂。
1979年5月25日，一架满载乘客的美国航空公司DG—10型三引擎巨型喷气客机，从芝加哥起飞不久，就失去了左边一具引擎，随即着火燃烧，然后爆炸坠地。机上273名乘客和机组人员无一幸免。这是世界航空史上最悲惨的事件之一。 事后，有关当局对这架失事飞机的残骸进行检查后发现，这架飞机上连接一具引擎与机翼的螺栓因金属疲劳折断，从而导致引擎燃烧爆炸。
1998年6月3日，德国一列高速列车在行驶中突然出轨，造成100多人遇难身亡的严重后果。事后经过调查，人们发现，造成事故的原因竟然是因为一节车厢的车轮内部疲劳断裂而引起。从而导致了这场近50年来德国最惨重铁路事故的发生。在我国古代，公元前六世纪左右，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺得到了迅速发展。以河北省易县下都出土的两把剑和一把戟为例，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。历史故事相传，三国时诸葛亮带兵打仗，请当时的著名工匠蒲元为他的军队制造了3000把钢刀，蒲元运用了“清水淬其锋”的热处理工艺，使钢刀削铁如泥，从而打败敌军。从这些故事可知，淬火的主要目的是为了获得马氏体，提高钢的强度和硬度。泰坦尼克号邮轮堪称当时世界上最大最豪华、设计最先进的邮轮，但就是这艘被称为“永不沉没”的海上都城，在与冰山的一次冲撞后，产生了90多米的大裂纹，并在短短3个小时后就沉没了。这是人类航海史上的一次悲剧，他的沉默也是近一百年来的未解之谜。后来，也就是二十世纪初，科学考察队才开始到水下对残骸进行考察，并收集了残骸的金属碎片供科研用，这些碎片以及沉船在海底的状况使人们终于解开了首航一千五百人丧生之谜。当时，只知道用铁造的船比木头造的船要结实，却没考虑其韧性，才造成了这艘巨轮的沉没目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等，但应用最广泛的是压水堆。核动力材料的特点是尺寸大、品种多、要求高。压水堆由压力容器和堆芯两部分组成。压力容器是一个密封的、又厚又重的、高达数十米的圆筒形大钢壳，所用的钢材耐高温、耐高压、耐腐蚀，用来推动汽轮机转动的高温高压蒸汽就是在这里产生的。汽轮机的叶片和盘材多是金属材料。所需高端关键材料除了钛合金外，还有压水堆蒸汽发生器用的传热管管材及管支撑材料。反应堆壳体材料要求在350℃、180大气压下承受高通量密度的中子和γ射线辐照，采用Cr—Ni—Mo、Cr—Mo—V及Mn—Mo系低合金高强度钢。蒸汽发生器是核动力装置中的核安全一级设备。国外核动力装置运行经验表明，蒸汽发生器传热管事故占整个装置事故率50％以上。因此，核动力装置蒸发器传热管的材料为世界各国所关注，先后经历了奥氏体不锈钢、Inconel 600合金管、Inconel 800合金管以及最近采用的抗应力腐蚀性能更好的Inconel 690合金管。图9为核动力蒸发器用管材超级合金。Inconel718可用作飞机喷气发动机的涡轮盘材料、低温结构材料，同时又是应用最广泛的高温合金，占美国整个高温合金产量的35％。其用途比较广，从发动机的旋转部件和静止部件到高强度螺栓和紧固件，以及核反应堆和宇宙飞船用的部件。

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