耐热铝合金研究进展
快速凝固Al-Fe-V-Si耐热铝合金研究进展
快 速 凝 固 Ａ卜 Ｆ ｅ — Ｖ － Ｓ ｉ 耐 热 铝 合 金 研 究 进 展
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ Ａ１ 一 Ｆｅ — Ｖ— Ｓ ｉ Ｈｅ ａ ｔ Ｒｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎｔ
Ａｌ ｌ ｏ ｙ ｓ Ｐｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｒａ ｐ ｉ ｄ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
刘 莹莹 ， 郑 立静 ， 张
虎
（ 北 京航 空航 天 大学 材料 科 学与工 程 学 院 ， 北京 １ ０ ０ １ ９ １ ）
ＬＩ Ｕ Ｙｉ ｊ ｉ ｎ ｇ， Ｚ ＨＡＮＧ Ｈｕ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，
Ｂｅ ｉ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ９ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
摘要 ： 快 速 凝 固 技 术 制 备 Ａｌ — Ｆ ｅ — ｖ ＿ ｓ ｉ 系合金 ， 可 以 获 得 细 小 弥 散 且 高 温 下 扩 散 率 低 的第 二 相 粒 子 ， 从 而 获 得 良好 的耐 热
随着 科学 技术 的迅 猛 发展 ， 人 们试 图开 发 出一 种 能在 ２ ３ ０ ￣３ ５ ０ ℃ 温 度 范 围 内 与 耐 热 钢 或钛 合 金 相 媲 美 的铝合 金 材料 ｌ ＿ １ ］ 。传 统铸 造铝 合 金 和高 强 变形 铝 合金 难 以满 足先进 空 间飞 行器 对 耐 高温 、 高 比强 等 轻 质结 构材 料 的 苛 刻 要 求 ， 一 系 列 Ａｌ — Ｆ ｅ ， Ａ １ － Ｃ ｒ ， Ａｌ — Ｔｉ 基快 速凝 固耐热 铝合 金 应 运 而 生 ， 并 在 耐热 零 部 件 上
铝合金的主要应用领域
铝合金中添加适量稀土元素对精炼效果具有 促进作用。 .稀土对铝合金的细化作用 .稀土对铝硅合金的变质作用
稀土铝合金是代替铜材制造电线电缆的理想材料。我国冶炼 厂生产的铝锭，由于受自然资源的影响，含硅量较高，而硅 又是影响导电性能的主要有害杂质，使我国以往生产的铝导 线导电性能常常达不到国际电工委员会的标准，成为长期困 扰我国铝导线行业的一大难题。 我国科学家们借助稀土的作用解决了这个难题，在世界上率 先采用微量稀土处理铝液，使其与硅使用形成硅化物析出晶 界，加上稀土的微合金化作用，克服了硅的有害影响，明显 改善了导电性能，由于稀土还能细化晶粒强化基体，还提高 了电线电缆的机械强度和加工性能，使我国生产的铝电线电 缆不但导电性能略高于国际电工委员会标准，还比以前机械 强度提高了20％，抗腐蚀性能提高了一倍，耐磨性能更是提 高了约10倍，一举改变了我国铝电线电缆生产的落后状况， 使产品达到了国际先进水平。
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4．高强度铝合金的发展趋势
高强度铝合金是重要的轻质高强结构材料，具有广阔的应 用前景。铝及铝合金的应用受到钛及钛合金和复合材料的挑战， 但其作为主体结构材料的地位基本不变。目前，高强铝合金的 发展趋势从以下几个方面开展： ⑴复合微合金化，添加微量过渡族元素以及稀土元素，开发出 各种满足不同需要的新型铝合金高强材料。 ⑵改进传统的铸锭冶金制备技术，采用和研究各种先进的熔体 净化和变质处理方法，提高铸锭冶金质量。 ⑶深入研究高溶质状态下合金的热处理工艺，研究合金强化固 溶处理及多级多重相时效析出的沉淀强化机制，提高合金基体 的过饱和固溶度提高沉淀相的体积分数，通过MPt、GBP和PEZ 的最佳配合，使合金实现高强高韧，良好抗蚀性能的优化匹配。
耐热铝合金导线的发展和应用
耐热铝合金导线的发展和应用摘要：介绍了耐热铝合金导线的特点，生产工艺及应用情况，同时指出了研发新型耐热铝合金导线需注意的技术问题。
关键词：耐热铝合金高强度高导电率0 引言应用研究表明[1，2]，采用耐热铝合金导线的新建线路既可以大幅增加线路的输送容量，同时较普通导线线路可以节省5%～8%的投资。
由于耐热铝合金导线在超高压线路和大跨越线路上运行效果良好，因此其已经被广泛采用。
使用较为广泛的耐热铝合金导线按导电率分主要有58%、60%、55%iacs等几档[3]。
1 耐热铝合金生产工艺目前，耐热铝合金导线的生产主要采用连铸连轧技术。
生产工艺如下：①选料：材料的al含量应该大于99.5%。
②添加合金元素：zr元素可以细化晶粒，提高合金的抗蠕变性能[4]和力学性能等[5，6]，但会降低导电率；ti元素可细化晶粒；fe、mg、si等元素可提高合金强度。
③浇注工艺：为去除杂质，铝液在进入浇包前需进行过滤[7]。
浇注时需调整冷却方式和铸造速度以获得均匀的组织，防治缩孔、开裂、冷隔等铸造缺陷[8]。
④均匀化处理：为使导线获得高强度、强耐热性和高电导率[9]，zr需以zral3弥散质点均匀的分布在晶粒内部。
⑤轧制：通过轧制使金属的形状、尺寸和性能发生改变[10]。
⑥拉制：轧制铝合金线材经过模具，使其长度增大、截面积减小的拉伸加工过程[11]。
⑦人工时效处理：时效处理可以提高合金的强度和导电率[12]，同时析出适量的第二相，可以有效地增加蠕变裂纹扩展抗力[13]。
⑧绞制：通过盘式或笼式绞线机将多根耐热铝合金单线与钢芯（钢绞线）绞制成钢芯耐热铝合金导线。
2 生产耐热铝合金导线的技术问题2.1 添加zr对导电率的影响。
添加zr会降低合金的导电率，因此为了提高导电率，应采用适当的热工艺使使zr以al3zr析出质点的形式存在，减少α（al）固溶体。
2.2 导线的蠕变。
蠕变是通过晶内切变、位错运动和迁动实现的。
在导线的生产工艺中，采用热处理工艺除了可以提高其强度、导电率、耐热性外，还可以提高其抗蠕变性能。
铝合金的研究现状及应用
铝合金的研究现状及应用铝合金是一种由铝和其他元素（主要是铜、锰、锌、镁和铬）组成的合金。
它具有轻质、耐腐蚀、耐冲击等特点，是一种优质的工程材料，被广泛使用在航空、航天、船舶、汽车、医疗设备、照明灯具等领域。
近年来，随着科技不断发展，铝合金研究也得到了广泛的应用，并取得了许多巨大的成就。
首先，人们运用晶体缺陷进行了大量的研究，使铝合金更具有弹性，可以抗震、耐用、降低重量；其次，目前已经开发出了高强度、高磁导率、低密度的铝合金；最后，无极消解技术（WAMT）可以更有效地改善整体性能。
针对以上研究成果，现在的铝合金已被广泛应用于各个领域。
其中，航空航天领域是最大的应用方面，铝合金材料用于构建飞机和太空舱，为航空安全提供了有力的保障；船舶领域中，铝合金材料可以使船只更容易浮起，减少摩擦，减少排放的污染物；汽车领域中，铝合金材料可以减少汽车重量，使汽车节能减排；医疗设备领域中，铝合金材料可以提供安全的结构，提高复杂的精密仪器的精度；照明灯具领域中，铝合金材料可以组成灯具的散热处理，改善灯具的照明功效。
虽然铝合金具有诸多优势，但它也存在着一些风险。
主要是污染现象，其原因是因为在铝合金加工过程中容易产生污染物，例如铁污染物等，而且污染物也容易进入空气中，造成空气污染。
此外，铝合金材料也容易氧化，在长时间照射下易老化，还可能有交联反应而变脆。
因此，如何有效地利用铝合金材料，控制其污染、预防老化等方面仍然需要进行深入的研究和开发。
首先，要采取有效措施，避免在铝合金的加工过程中，污染物可以进入到空气中；其次，在铝合金表面进行防护处理，以延长它的使用寿命；最后，改进工艺来增加铝合金材料的韧性，以提高它的安全性能。
综上所述，铝合金是一种具有多种性能优势的优质工程材料，因此受到了广泛的使用。
然而，在应用中还存在一些问题，要求我们不断加以改进和完善。
让我们携手努力，为铝合金研究和应用发展做出贡献！。
稀土对铝合金力学性能影响的研究进展
稀土对铝合金力学性能影响的研究进展一、稀土元素对铝合金的强化作用稀土元素在铝合金中的加入可以通过多种方式对其进行强化。
稀土元素可以形成固溶体强化，通过扩散控制晶粒生长和改善晶界结构来提高材料的强度和硬度。
稀土元素还可以形成沉淀物强化，通过在晶间扩散产生的沉淀物来提高材料的强度。
稀土元素还可以与铝合金中的其他元素形成间隙固溶体，提高合金的塑性和韧性。
二、稀土元素对铝合金的晶粒细化作用铝合金的晶粒尺寸对其力学性能有着重要影响，晶粒细化可以提高材料的强度和塑性。
稀土元素的加入可以有效地细化铝合金的晶粒，进而改善材料的力学性能。
这是因为稀土元素可以在晶界处形成固溶体，阻碍晶界的迁移，使得晶界的能量增加，从而抑制晶界的生长，实现晶粒细化。
三、稀土元素对铝合金的耐热性能影响稀土元素还可以显著地提高铝合金的耐热性能。
当合金处于高温环境下时，稀土元素可以形成不同形式的稳定相，阻碍材料的晶粒长大，从而提高了材料的耐热性能。
稀土元素的加入还能够减小合金的热膨胀系数，改善合金的热稳定性。
四、稀土元素对铝合金的抗腐蚀性能影响研究表明，稀土元素的加入可以提高铝合金的抗腐蚀性能。
这是因为稀土元素可以在合金中形成致密的氧化膜，阻止金属与外界介质的直接接触，从而减缓了合金的锈蚀速度。
稀土元素还可以提高合金表面的亲水性，使得合金更加耐蚀。
五、稀土元素对铝合金可加工性的影响稀土元素的加入对铝合金的可加工性也有一定的影响。
研究发现，适量的稀土元素加入可以使得铝合金的变形抗力降低，塑性增强，从而提高了合金的可加工性。
稀土元素的加入还可以改善合金的断裂韧性和疲劳寿命，使得合金更加适合复杂的加工工艺。
结论稀土元素在铝合金中的加入可以显著改善合金的力学性能，包括强化作用、晶粒细化作用、耐热性能提高、抗腐蚀性能提高以及可加工性的改善。
目前的研究还存在一些问题，如稀土元素的最佳添加量、添加顺序、添加方式等方面还需要进一步的研究。
未来需要加强对稀土对铝合金力学性能影响的研究，以实现更好地应用和推广。
耐热铝合金研究进展
温度 和载 荷 （ 态和 静 态 ） 动 的长 时 间作 用 下 ， 有抗 塑 具 性 变形 （ 变 ）和破坏 能力 及导热 性好 和密 度低 等特 蠕 点 。在 兵器 、 船舶 、 航空 、 天 、 车等行 业得 到广泛 应 航 汽 用 ， 坦 克装 甲车辆 发 动机 的 活塞 、 套 、 杆 、 如 缸 连 箱体 、 缸 盖 ， 弹壳 体 、 翼 、 导 尾 航空 发 动机 汽缸 、 片 、 叶 飞机 蒙 皮等 。 未来 装 甲车辆 的发展 目标是 轻 量化 、 高机动 和快 速突击 ， 采用 高功 率 、 高密度 发动 机是 实现这 一发 展 目
第３ ３卷 第 ２期
２ １ ０ ０篮
兵器 材 料 科 学 与 工 程
ＯＲＤＮＡＮ ＴＥ ＡＬ Ｓ Ｉ ＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩ Ｅ ＮＧ ＣＥ ＭＡ ＲＩ Ｃ Ｅ ＮＥ ＲＩ
Ｖ０ －３ Ｎ ． １ ｏ２ ３ Ｍｉ＂ ２ ０ ｌ ． ０１ ｌ，
３月
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耐热铝合金研究进展
究 进 展 ， 点 介 绍 合 金 元 素 对 铝 合 金 耐 热性 的影 响 ； 固溶 强 化 、 散 强 化 、 剩 相 强 化 和 晶 界 强 化 几 个 方 面 介 绍 了耐 热 重 从 弥 过
铝 合 金 的 强 化 机 理 ； 展 望 耐 热 铝合 金 的发 展 趋 势 。 并
关键 词 耐 热 铝合 金 ； 化 机制 ； 述 ； 散 强 化 ； 强 综 弥 固溶 强化
＾ｂｓ Ｉｔ ｔ ｃ Ｈｅ ｔ ｅｉｔｎ ｌ ｍｉｕ ａｌｙ ａ ｅ ｎｕ ｅ ｄ ｌ ｎｏｄ ａ ｃ ．ｅｏｐ ｃ ｎ ｕｏ ｔ ｅｉｄ ｓ ｙｆｒｔｅｅ ｃ ｌ ｎ 瑚 ａ— ｓｓａ ｔａｕ ｎ ｍ ｌ ｓｈ ｄｂ ｅ ｓ ｄｗｉｅｙｉ ｒ ｎ ｎ ｅ ａ ｒｓａ ｅａ ｄａ ｔｍｏｉ ｕ ｔ ｏ ｘ ｅｌ ｔ ｒ ｏ ｖ ｎ ｒ ｈ ｅ
耐热粉末铝合金成形工艺研究
关键 词
耐 热粉 末铝 合金 ， 快速 凝 固 ， 喷射 沉积 ， 压 ， 压 挤 旋
Ｆ ｒ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆＨｅ ｔＲｅ ｉｔ ｎ ｏ ｅ ｕ ｎ ｍ ｌｙ ｏ ｍｉ ｇ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ａ ｓｓａ ｔＰ ｗｄ ｒ Ａｌ ｍｉ ｕ Ａｌ ｏ
高 、 度相 对较 大且 加 工 困难 。 另 外 ， ３０ 密 在 ５ ℃左 右
使用钛合金有些 大材小用 ； 因此 开 展 了 能 在 ３０ ５ ℃ 左右 工 作 的耐 热 铝 合 金 的研 究 工 作 ， 材 料 既 可 满 使 足耐 热结 构 强 度 、 度 的要 求 ， 可 达 到 减 重 的 目 刚 又
有 限 。采 用 快 速 凝 固／ 末 冶 金 （ Ｓ Ｐ 技 术 则 可 粉 Ｒ ／ Ｍ）
随 着 飞 行 器 向着 超 音 速 方 向 发 展 ， 求 材 料 能 要 耐 ３０ 以 上 高 温 ， 通 铝 合 金 已 不 能 满 足 要 求 。 ５℃ 普 钛合 金 虽能 够 满 足 高 温 使 用 要 求 ， 是 钛 合 金 成 本 但
ｎ ｐ ｎ ｎ ｒｃ ｓ ｅ ａｅ ｍｐｏ ｅ ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ ａ ｄ ｓ ｉｎｉｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｓ ｒ ｅ ｌｙ ｄ ｅ ｐ ｃｉｅｙ．Ｓ ｍｅ ｏ Ｍ 一 ８．５ ｅ １． Ｆ 一 ３Ｖ一 ７Ｓ ａ ｌｙ ｕ ｅ ａ ｅ ｂ ａｎ ｄ １． ｉ ｌ ｏ ｔｂ ｓ ｒ ｏ ｔｉ ｅ ｗｉｈ ｍａｌ ｔ ｓ ｌ ｄｉｍｅｅ ｕ ｅｏ 。 ５ ｌ ａ ｔｒｔ ｆ １ ３ ｍｉ ｂ ｌ× １． ｌ ５ ｎｌ ｄ ａ ｇ ｄａ ｅｅ ｕ ｅ ｏ 。 ８ ｌ ２． ｌ ２ ｍｉ ｌ× ４ ０ ｑｎ ａ ｌ ｅ ｉ ｔｒ ｔ ｂ ｆ ３ ０ ｍｉ ｎ ｒ ｍ ｌ× ５ ｍｉ ｌ× １ ４ ｍｉ ． １ ０ ｌ １ Ｓｍｕ ａｉｎ ｃ ｂｉ ｄ ｙ ｔｅ ｌ ｇ ａ ｅｅ ｕ ｅ ａ ａ ｓ ｄ ｔｅ ｃ ｍｂｉｅ ｈ ｒ ｌ— ｔｔ ｏ ｄ ｔｓｓ ｉ ｌｔｏ ａ ｎ ｍａ ｅ ｂ ｈ ａ ｅ ｄｉ ｔｒｔ ｓ ｈ ｓ ｐ ｅ ｏ ｒ ｍ ｂ ｓ ｈ ｎ ｄ ｔｅ ｍａ ｓａ ｉ ｌａ ｅ ｔ ． ｃ
热处理对铝合金性能的影响研究
热处理对铝合金性能的影响研究铝合金是一种重要的轻质金属材料，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，在工业生产中有着广泛的应用。
为进一步提升铝合金材料的性能，热处理技术被广泛应用。
本文将从以下几个方面对热处理对铝合金性能的影响进行研究。
一、热处理的分类热处理是指通过加热和冷却等一系列工艺处理，改变铝合金的组织和性能的方法。
根据处理工艺不同，热处理可分为时效处理、固溶处理和淬火等几种方式。
1.时效处理时效处理是铝合金在固溶状态下先进行几个小时的加热处理，然后再以一定的速度降温，最后在一定的温度下持续处理一段时间。
此方法可通过改变硬度、强度和韧性等性能，实现对铝合金的试件时效硬化，进而达到提高抗拉强度、耐久性等机械性能的目的。
2.固溶处理固溶处理是指将铝合金材料在一定温度下加热，使固溶相分离为多相共存的状态，然后快速冷却进行固溶化处理的方式。
该处理方式能够通过改变晶粒、合金元素的溶解度等特性，控制所需物理机械性能，提高铝合金材料的耐热性、耐蚀性、抗拉强度等。
3.淬火处理淬火处理是指将铝合金材料经过加热处理后，迅速放入水、油和气体等介质中进行冷却处理的方法。
此方法可实现将铝合金材料的形态从固态转化为游离态，进而达到提高硬度和强度等性能的目的。
二、热处理对铝合金性能的影响1.晶粒尺寸晶粒尺寸是材料性能的重要因素之一。
热处理过程中的温度和时间可以显着影响铝合金的晶粒尺寸。
固溶处理能使晶粒尺寸较大，在时效处理时晶粒尺寸较小。
在进行淬火处理时，晶粒尺寸因快速冷却较小。
2.硬度和强度硬度和强度是指材料抵御外部载荷的能力。
热处理处理中，通过改变铝合金的晶粒尺寸、位错密度、固溶度和析出相孔分布等方式，提高铝合金的硬度和强度。
经过合适的固溶处理后可显著提高铝合金材料的强度，但硬度并不随同呈相同趋势。
时效处理还能实现材料的时效硬化，提高铝合金材料的机械性能。
3.韧性和耐蚀性韧性和耐蚀性是铝合金材料的重要性能之一。
经过合理处理后，铝合金材料的晶粒尺寸小、位错密度小、析出相均匀分布，从而改善其导电、耐蚀、韧性等性能，提高了铝合金材料的可靠性和持久性。
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耐热铝合金研究进展3王建华 易丹青 陈康华 卢 斌 刘 沙( 中南工业大学 长沙 410083 )文 摘 介绍了各类耐热铝合金的组织和性能特点,综述了耐热铝合金的研究现状及其发展趋势,并对其研究方向作了展望。
关键词 耐热铝合金,组织,性能,研究进展High 2T em perature Aluminum Alloys and Their Research DevelopmentWang Jianhua Y i Danqing Chen K anghua Lu Bing Liu Sha( Central S outh University Changsha 410083 )Abstract In this paper microstructure and property features of high 2tem perature aluminum alloys are introduced.The com prehensive development overview of high 2tem perature aluminum alloys is presented ,and finally the prospect of these alloys is given.K ey w ords High 2tem perature aluminum alloys ,Microstructure ,Property ,Research development 1 前言所谓耐热铝合金,是指在高温下有足够的抗氧化性和在温度和载荷(动的和静的)的长时间作用下,具有抵抗塑性变形(蠕变)和破坏能力的铝合金。
耐热铝合金由于具有导热性好和密度低等优点,所以在航空航天上得到广泛应用,如航空发动机的汽缸头和活塞、飞机蒙皮等[1]。
2 耐热铝合金分类一般可将耐热铝合金分为铸造耐热铝合金和变形耐热铝合金及新型耐热铝合金。
铸造状态的合金,强度及塑性一般都比变形态低,但是耐热性却比变形态高[2]。
近20年来,采用快速凝固/粉末冶金技术(RS/PM )、喷射沉积[3～5]的方法生产出了新型耐热铝合金,利用快速凝固技术可以获得过饱和固溶体,其固溶度比平衡态大大提高,在随后的处理过程中析出高体积分数的弥散第二相粒子,这种粒子是高温下非常稳定的金属间化合物,能有效地提高耐热铝合金的强度和耐热温度,是极有发展前途的耐热铝合金。
2.1 铸造耐热铝合金[6]铸造Al -Si -Mg 系合金耐热性低,其工作温度一般低于185℃。
当要提高工作温度至200℃～225℃时,应使用铸造Al -Si -Cu -Mg 系合金,因为该合金中存在耐热性好的W (Al x Mg 5Si 4Cu 4)相。
内燃机活塞材料,一般采用Al -Si 类活塞合金。
共晶型铝硅合金是Al -Si -Mg 系的扩展,加入Cu 、Ni 产生耐热相以提高耐热温度。
过共晶铝硅合金中加入稀土,可显著提高耐热性。
铝硅合金总体强度水平不高,耐热性低,除活塞铝合金外,高者只能在225℃以下工作,欲达更高水平,要用铝铜类合金。
铝铜类合金可以热处理强化,它有很高的室温机械性能,在各类铝合金中耐热性也最好,常用作于收稿日期:2000-04-103国家973重点资助项目,编号G 1999064909,并得到粉末冶金国家重点实验室开放课题资助王建华,1964年出生,副教授,主要从事铝合金组织和性能的研究工作250℃～350℃工作的耐热铝合金或高强铝合金的基础。
Al-Cu-Mn-T i系含有小于1%Mn(质量分数,下同),热处理后形成大量高温下比较稳定、不易聚集长大、热硬性高的二次Al12CuMn2质点弥散分布与α基体中,部分初次Al12CuMn2相呈不连续网状分布于α晶界,大大提高耐热性。
Al和Ce、La、Rb等均形成共晶型相图,共晶温度在635℃～640℃之间。
在Al-Ce系中,在56. 45%处形成Al4Ce相,熔点1250℃,在共晶温度638℃Ce在α(Al)中的溶解度为0.05%,温度下降,固溶度不变,加之Al4Ce成分一定,结构复杂,合金在高温下很稳定,且其热硬性很高,所以Al-Ce系合金有很高的热硬性,但二元Al-Re性能不高,应加入Cu、Mn强化。
2.2 变形耐热铝合金[1,2]变形合金需要有良好的塑性变形能力,合金的主要组成相为固溶体,为了提高强度,合金中包含少量的第二相。
硬铝Al-Cu-Mg-Mn系合金中,主要强化相为θ(CuAl2)、S(CuMgAl2)和T(CuMg4Al6)及β(Mg5Al8)相,当Cu/Mg逐渐减小时,主要强化相由θ相过渡到S相。
S相具有很高的室温强度,且耐热性也较高,因此耐热硬铝皆保持较低的铜镁比,以获得(α+S)相组织。
耐热硬铝常用作高温下工作的零件,如航空发动机压气机的叶片等。
Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热铝合金,可在150℃～225℃范围内使用。
此类合金除了有足够数量的S相,还同时加入Fe和Ni,当Fe∶Ni=1(质量分数比)时,形成FeNiAl9相,可显著提高合金的高温强度。
合金的主要组成相为α(Al)、S(CuMgAl2)、Fe2 NiAl9及少量的AlCuNi、Mg2Si相,在航空工业中做叶片、叶轮及盘等高温工作零件。
Al-Cu-Mn系耐热铝合金的挤压和模锻制品可在200℃～300℃下工作,板材可用做常温和高温使用的焊接件。
合金的退火组织α(Al)+θ(CuAl2) +T(CuMn2Al12)相并有少量的T iAl3相。
合金在人工时效状态下使用,主要强化相为θ(CuAl2),在淬火加热过程中,同时进行两个过程:CuAl2相溶入基体,而T(CuMn2Al12)相从基体析出,并成点状弥散分布,二者均有助于增加合金的高温强度。
2.3 新型耐热铝合金[3～5,7,8]传统的高强度变形铝合金在150℃以上工作环境中,由于起强化作用的析出相长大,失去了强化作用而无法继续使用。
某些铸造铝合金虽然耐热强度比变形铝合金高,但塑性加工性能差。
自70年代以来,由于喷射沉积和快速凝固粉末冶金技术的发展,出现了新型耐热铝合金。
这类快速凝固耐热铝合金含有两种或两种以上在平衡条件下几乎不固溶于铝的过渡族金属元素(如Fe、Ni、T i、Z r、Cr、V、M o等)和稀土元素(如La、Ce、Cd等),这些元素以高温稳定高弹性模量弥散的金属间化合物存在,从而强化了基体和晶界。
快速凝固耐热铝合金正是依靠这种强化相而表现出优良的室温和高温综合力学性能,成为航空航天领域倍受青睐的合金系之一。
迄今为此,研究的快凝耐热铝合金主要有Al-Fe合金,以Al-Fe为基的三元、四元合金和以Al-Cr为基的合金。
如FVS212合金具有较高的室温及高温力学性能指标,这主要归功于该合金在快速凝固与适当热处理后形成体积分数达24%～37%的弥散的金属间化合物Al13(FeV)3Si沉淀相,这种亚稳相具有良好的热稳定性,在500℃时仍可保持。
3 耐热铝合金研究现状3.1 铸造耐热铝合金[9～13]通过调整成分,添加微量元素及加入一定量的稀土元素可以生成金属间化合物或构成固溶强化,对提高铝合金的耐热性能具有显著的作用。
为保证RR350合金的性能,要求合金必须为细晶粒的多元共晶体,且不允许有粗大相析出。
对Al-Re-Cu-Mn-Si合金的性能及微观结构特征研究表明,5. 5%Re可使合金在350℃～400℃高温下仍具有优越的力学性能,比一般耐热铝合金的耐热温度提高50℃,主要是因为形成了多种高温稳定的稀土化合物相呈放射状分布在晶间,有效地阻碍高温下晶界的滑移。
3.2 变形耐热铝合金[14～27]研究表明,在Al-Cu-Mg系合金中等量地添加Fe和Ni元素可以生成在基体内不易溶解和扩散的异相不均匀组织组成物Al9FeNi相,可以使合金的高温性能提高20MPa～40MPa或10%～15%。
A.A 包契瓦尔在1947年就曾指出[1],冷变形引起的强化效应在再结晶温度以下仍能保持它的作用,因此在Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金中添加Mn以提高再结晶温度,采用形变热处理使变形强化效果在高温下保留下来,可以提高Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金高温强度30MPa～40MPa。
对2618和LD7耐热铝合金的实验研究表明,将Cu、Mg、Si含量控制在工艺上限,以形成更多的S相、微细的FeNiAl9相及Mg2Si 相,同时将杂质含量控制在上限以提高再结晶温度,并细化晶粒可提高合金的耐热性能。
优选T6热处理制度、采取双级时效处理亦可稳定和提高合金的耐热性。
含Z r的第二相可明显提高导电铝合金的耐热性,而向2618合金中添加微量元素Sc和Z r可以生成细小弥散的共格Al3(Sc,Z r)质点可有效地钉扎位错、稳定亚结构、阻止晶界滑移及提高再结晶温度,从而抑制合金的再结晶。
此外,Al3(Sc,Z r)质点可明显提高时效硬化效果,使S′相更加弥散均匀析出,由于Al3(Sc,Z r)热稳定性很高,使合金的室温和高温强度同时提高。
增加2618合金中的Cu含量可使强度提高,但当Cu增至3%以后合金的塑性会下降。
此外,合金的晶粒度对AK4—1合金的强度和断裂韧性有较大影响,晶粒度越小越好。
减少Fe、Ni量,加入Z r合金化的AK4—2板材,锻件有更高的抗断裂性。
研究指出,采用超细的氧化物作为增强剂制成的铝基复合材料可在200℃以上条件下使用。
3.3 新型耐热铝合金[4,5,28～36]非共格硬颗粒弥散物对合金产生的强烈弥散强化可大大提高铝合金的耐热性,如粉末冶金法生产的烧结铝合金,工作温度可达350℃。
采用新型多级雾化—快速凝固制粉装置制得的Al-Fe-V-Si 合金粉在低温和大压力下将粉末热压、挤压成合金材料,可获得性能优良的保持微细结构的粉末耐热铝合金。
利用锻造可以有效地破碎喷射沉积耐热铝合金Al-Fe-V-Si层与层之间的氧化物界面及粗大聚合粒子,从而有效地提高合金的塑性和其它力学性能。
加入稀土Y的合金中产生了大量类球形的Al20(V,Fe)2V相质点可以明显改善其室温强度,而加Ce可部分固溶于Al12(Fe,V)3Si中,明显细化该质点,从而改善FVS0812合金的综合力学性能。
在相同的喷射沉积轧制工艺条件下,Al-Fe-W-Si 的综合性能优于Al-Fe-V-Si,因为Al12(Fe, W)3Si强化相的细小粒子的形成对冷却速度的要求较低,而且粗化率明显低于Al12(Fe,V)3Si。
对快速凝固的Al-Ce二元合金的研究发现,第二相Al4Ce 及AlCe3在350℃以上才开始长大。
将B加入Al-Ce-Ni合金中可细化组织,生成CeB6相起弥散强化和晶界强化作用,抑制其它弥散相的高温生长,阻碍位错运动,使合金耐热性提高。