轻质材料环境适应性数据手册：铝合金、钛合金及防护工艺_吴护林，张伦武，苏艳等著_9787118120141

　　《轻质材料环境适应性数据手册》知识性与工具性并重，采用大量可视化图表和曲线多维度展示材料的腐蚀形态和性能演变规律，收录铝合金牌号25种，钛合金牌号6种，防护工艺26种，汇集各类材料工艺数据信息35000余个。
　　《轻质材料环境适应性数据手册》分为三篇，首篇绪论，介绍了轻质材料的分类及应用、大气环境类型及影响、大气腐蚀理论，列举了典型金属轻质材料环境适应性案例，总结提出了设计选材指南。第二篇铝合金及其防护工艺环境适应性数据，总结了铝合金大气腐蚀特征、规律及主要影响因素，按牌号介绍了材料工艺基本信息、试验背景信息以及详实的性能时间历程退化数据及部分预测/表征模型。第三篇钛合金及其防护工艺环境适应性数据，总结了钛合金大气腐蚀特征及规律，按牌号介绍了材料工艺基本信息、试验背景信息以及详实的性能时间历程退化数据及部分表征模型。
　　《轻质材料环境适应性数据手册》是装备产品环境适应性设计的重要工具书，工程实用价值高，适用于装备产品论证、设计、使用维护与管理等相关工程技术人员，对于材料研发人员也有重要参考价值。

　　材料作为武器装备的基本构成，是决定武器装备性能优劣的关键因素之一，也是加快武器装备升级换代、确保实战适用性和降低全寿命期总费用的重要物质基础。随着武器装备的轻量化发展，高性能轻质材料的研发力度和应用需求持续增强，一系列铝合金、钛合金、铝锂合金、镁合金以及先进复合材料等轻质材料在型号上的应用比例不断提升，如我国新一代飞机轻质材料用量占机体总重量的2/3以上。可以说，轻质材料的工程应用水平反映了一个国家材料科学发展的综合水平，也是实现装备结构轻量化、高机动性、高生存力的重要保证。
　　材料在使用过程中由于各种严酷自然环境和局部诱发环境的长期累积作用，会发生不可逆的物理化学变化，引起装备关重结构性能或功能下降，严重时甚至影响到武器装备的战技性能及安全可靠服役，因此，全面掌握材料的环境适应性底数并作为装备设计依据，是研制“好用、管用、耐用、实用”装备的重要前提。过去由于缺少材料的环境适应性数据，对材料的环境损伤行为、演变规律与失效机理了解不充分，导致武器装备环境适应性一体化设计依据不足，通过鉴定定型的装备列装部队后仍然暴露出一系列环境适应性问题，严重影响装备作战效能的正常发挥，并造成巨大的经济损失，据公开报道，美国总审计局在2003年向国会提交的报告（GA0-03-753）中指出，美军装备及基础设施因环境不适应产生的直接损失每年约为200亿美元。中国工程院重大咨询项目“我国腐蚀状况及控制战略研究”的研究报告表明，2014年我国因腐蚀直接损失和防腐蚀投入产生的总成本约占当年GDP的3.34%，总额超过2.1万亿元人民币。正是这些高昂的代价和教训促使人们不断提高对材料乃至装备环境适应性的重视程度，逐步将材料环境适应性数据资源建设作为一项长期的基础工作来抓。
　　材料的环境适应性是其固有的内在因素在一定外在使用条件下的综合反映，不同材料因成分、组织、制造工艺的差异会表现出不同的环境损伤行为，加之结构设计因素复杂，可能出现多种损伤模式、多种损伤机制并存的情况，给设计选材、结构细节设计、表面防护和使用维护带来很大困扰，而环境适应性数据是解决这些困扰的重要基础。为了获得充足的环境适应性数据，“十五”期间以来，国防科技工业自然环境试验研究中心（以下简称中心）在相关科研项目和型号项目支持下，利用覆盖我国典型／极端气候环境和海域的自然环境试验站网体系，通过统一试样加工要求、试验要求、测试标准方法，力求数据采集规范化、数据格式标准化、数据处理可视化，从多个维度真实反映了材料性能参数时间历程变化态势和动力学规律，并利用大数据分析方法，进一步挖掘、揭示蕴藏在海量数据中的环境作用机理及数据间的因果关系，提升了数据的科学价值和工程应用价值。
　　长期以来，虽然相关单位陆续开展了部分材料、工艺、结构的环境适应性研究，采集积累了材料平均腐蚀速率、抗拉强度、冲击强度、断裂韧度等基本性能变化数据，但这些数据大多分散于各个单位，数据系统性、完整性有待提高，尚未得到有效共享应用。目前，我国装备科研生产日益增长的环境适应性数据需求与现有基础数据资源建设不足之间的矛盾较为突出，为此，中心集中力量对数十年积累的轻质材料环境适应性数据进行了全面梳理整合、总结提炼，历经两年编制了《轻质材料环境适应性数据手册——铝合金、钛合金及防护工艺》，以期对材料研发人员，装备论证、设计、制造、使用维护等人员有所裨益。
　　本手册收录铝合金牌号25种、钛合金牌号6种、防护工艺26种，覆盖了各行业具有广泛应用前景的材料牌号，并纳入了部分具有推广价值的新研材料。手册的编制反映了我国装备产品长期环境适应性研究评价的经验和最新成果，是中心及相关单位数十年孜孜不倦潜心研究的结晶。
　　本手册具有以下三方面特点：
　　（1）本手册以引导设计选材为目标，按照材料基本要素、试验背景要素、腐蚀数据要素分层递进展示。材料基本要素主要包括材料牌号、生产单位、化学成分、热处理状态、应用情况等信息；试验背景要素提供了材料的试验环境、试验方式、规格尺寸、取样方向，性能检测标准等信息；腐蚀数据要素既给出了材料组织结构、宏／微观腐蚀特征、性能演变规律的简洁文字描述，又以可视化图表展示了设计用材料力学性能退化数据与规律趋势，改进了现有数据手册只简单列举数据或耐腐蚀等级的不足，有利于型号设计人员全面了解、掌握材料在不同环境中的腐蚀倾向性和腐蚀发展过程，指导合理选材和使用维护。
　　（2）本手册收录了我国近30年来成功研制或应用的新型轻质材料工艺，如防弹铝合金、铝锂合金、损伤容限型钛合金、新型纳米涂层等，一定程度上体现了我国材料的研发水平。对一些重要结构材料除提供常规拉伸性能数据外，还给出了不同环境、时间下的S-N曲线、应力腐蚀开裂界限应力强度因子、疲劳裂纹扩展速率、断裂韧度等设计关键性能参数，可为装备结构设计、寿命指标确定和评估提供科学依据。针对环境一材料一工艺一体化设计需要，本手册还提供了部分金属裸材及带防护涂层试样的对比性能数据，便于合理确定使用维护周期。
　　（3）本手册不仅介绍了合理选材应掌握的基础知识信息，如大气环境类型及特征、大气腐蚀理论、典型环境适应性案例，总结了铝合金、钛合金及防护工艺的腐蚀（老化）特征与规律，同时提供了详实的环境适应性数据，充分体现了手册知识性和工具性有机融合的特色。另外，本手册还提出了基于环境适应性数据的“六步法”设计选材流程，建立了良好、一般、严酷三类使用环境与试验环境的对应关系，针对不同使用环境提出了铝合金的优选原则，可供型号设计人员选择材料时参考。
　　本手册编撰过程中得到了国防科技工业以及装备主管部门、装备论证与研制单位的鼎力支持，牟献良、邹洪庆、杨红亚、张帏、钱建才、王辉、梅华生、王长朋、刘聪等提供了部分材料工艺力学／老化数据和金相图片，在此一并表示诚挚的谢意。
　　由于轻质材料正处于蓬勃发展之中，加之著者水平所限，不足之处在所难免，恳请读者批评指正。

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