超高强铝合金的研究现状及发展趋势
7xxx系铝合金的研究现状及发展趋势
7xxx 系铝合金的研究现状及发展趋势3陈小明,宋仁国,李 杰(浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室,杭州310014)摘要 评述了国内外7xxx 系铝合金的研究及工业应用概况,讨论了热处理工艺对7xxx 系铝合金微观组织与性能的影响,介绍了相关的表征技术。
针对目前7xxx 系铝合金在研究以及产业化应用中存在的问题,指出实现7xxx 系铝合金的高强、高韧以及低应力腐蚀(SCC )敏感性将成为今后研究和开发工作的主要方向,并提出了具体的建议。
关键词 7xxx 系铝合金 热处理工艺 微观组织 表征技术中图分类号:T G146.2 文献标识码:ACurrent R esearch Status and Development T rends of 7xxx Series Aluminum AlloysC H EN Xiaoming ,SON G Renguo ,L I Jie(Key Laboratory of Mechanical Manufacture and Automation of Ministry of Education ,Zhejiang University of Technology ,Hangzhou 310014)Abstract The progress of the research and application of 7xxx series aluminum alloys is reviewed.The effect of the heat treatment technology on the microstructure and properties of 7xxx series aluminum alloys are discussed ,and the corresponding characterization technique is introduced.It will be the main research aspect to realize the high 2strength ,the high 2toughness and low SCC susceptibility of 7xxx series aluminum alloys.Finally ,some specific sug 2gestions for the future research and development of 7xxx series aluminum alloys are proposed ,based on the existing problems in the present research and application.K ey w ords 7xxx series aluminum alloys ,heat treatment technology ,microstructure ,characterization tech 2nique 3国家自然科学基金资助项目(50771093) 陈小明:男,1983年生,硕士研究生,主要从事7xxx 系铝合金研究 E 2mail :xiaoming840@ 宋仁国:男,1965年生,博士,教授,主要从事材料腐蚀与防护研究 E 2mail :songrg @0 引言7xxx 系铝合金包括Al 2Zn 2Mg 系和Al 2Zn 2Mg 2Cu 系合金[1],都具有密度低、加工性能好及焊接性能优良等优点。
铝合金锻造技术的研究与发展
铝合金锻造技术的研究与发展铝合金是一种轻质、高强度、耐腐蚀的材料，被广泛应用于汽车、飞机、电子、建筑等领域。
而铝合金的制造过程中，锻造技术是一种高效、节能、环保的加工方法。
在现代工业中，铝合金锻造技术越来越受到重视和广泛应用。
本文将围绕铝合金锻造技术的研究与发展，探讨其应用前景和发展方向。
一、铝合金锻造技术的优点铝合金锻造技术是将铝合金预热，然后通过压力作用加工成型。
与其他加工方式相比，铝合金锻造技术有以下优点：1.高效节能：锻造工艺中，铝合金在高温下易变形，所需压力较小，且能将铝合金加热均匀，从而缩短了制造周期。
2.高精度：铝合金锻造时，金属流动性能优良，能够使物品表面形状的精确度更高。
3.优良性能：铝合金锻造后，铝合金的力学性能和物理性能更加均匀，且具有更高的强度、韧性和防腐蚀性能。
4.环保：铝合金锻造过程中没有削减、切削和热处理，相比其他加工方式，铝合金锻造环保更佳。
二、铝合金锻造技术的应用前景1.汽车领域：铝合金锻造技术在汽车轮毂、发动机进气道等关键部件中的应用已成为趋势。
铝合金材料的轻量化，有利于提高汽车的节能环保性能。
2.电子领域：随着电子技术的不断发展，铝合金以其轻、薄、平等特性成为电子产品材料的首选。
特别是在手机、电脑等国民消费品制造中，铝合金以其轻质和优良的外观和性能，减轻了用户的使用负担。
3.航空航天领域：铝合金在航空航天领域中，具有优良的耐腐蚀性、高强度和轻量化等特点。
以美国的波音公司为例，其制造的飞机机身比以前的飞机机身轻了35%。
在航空航天领域中，铝合金锻造技术的应用前景十分广阔。
三、铝合金锻造技术的发展方向随着社会的不断发展和技术的不断进步，铝合金锻造技术也在不断地改进和发展。
1.数值模拟技术的发展：数值模拟技术已经成为铝合金锻造研究中不可或缺的一部分。
利用数值模拟技术可以精确地预测铝合金的变形、应力状况等，有助于提高锻造件的质量。
2.材料研究：铝合金锻造技术的发展需要更好的铝合金材料的支持。
粉末冶金铝合金的研究现状和发展趋势
粉末冶金铝合金的研究现状和发展趋势粉末冶金铝合金具有低密度、高比强、高耐磨性和耐腐蚀性的特点,表现出广阔的应用前景。
然而由于各种因素的影响,其开发利用远远落后于Fe、Cu系合金。
这些制约因素主要包括:①Al活性高,在快速凝固制粉的过程中,不可避免地形成一层致密的氧化膜,在压制和烧结过程中,这层氧化膜使合金元素的相互扩散受到阻碍,不利于其冶金粘结;②粉末价格高、缺少专有生产技术。
在这种情况下,研究粉末冶金铝合金的现状并指出其发展趋势,对于汽车工业用高效节能粉末冶金铝合金件的发展具有重要意义。
1.0.粉末冶金铝合金的发展历史：20世纪40年代,瑞士人IrmannR等用球磨机在控制氧含量的介质中研磨制成烧结铝粉(SAP),将铝粉与其他金属粉末的混合粉热压成棒状试样。
力学性能结果表明,这些合金有较高的高温强度,并且在高温下能保持原先的强度。
1952年美国铝业公司(Alcoa)开发了第一代烧结铝粉末冶金材料,它是一种Al-Al2O3弥散强化型合金,具有优异的高温强度和热稳定性。
1966年和1972年,Storchheims将液相烧结技术应用于粉末冶金,直接烧结而成粉末冶金铝合金零件。
合金主要有3类:2014、6061和7075,其强度范围为110～345MPa,具有密度低,切削性能好的优点,可与铜基和铁基粉末冶金零件相媲美。
20世纪70年代,通过快速凝固技术和机械合金化技术来制取合金粉末,促成了高性能粉末冶金铝合金的问世。
自这个时期以来,一些先进国家主要致力于研究新的热处理状态和开发快速凝固/粉末冶金工艺,发展粉末冶金铝合金。
到20世纪80年代末,粉末冶金铝合金得到快速发展。
美国、前苏联和日本等国家研制成功10多种牌号的粉末冶金结构铝合金和粉末冶金耐磨铝合金,并已投入小批量生产,开始在航空航天工业和汽车工业应用。
例如:日本采用快速凝固Al-Si合金粉末制造汽车发动机阀门弹簧座和连杆,质量分别减轻了60%和30%,使发动机速度大为提高。
铝合金的主要应用领域
3.3 在电子和光学仪器中的应用
铝基复合材料,特别是 增强铝基复合材料,由于具有热膨 胀系数小、密度低、导热性能好等优点,适合于制造电 子器材的衬装材料、散热片等电子器件。 颗粒增强铝 基复合材料的热膨胀系数完全可以与电子器件材料的 热膨胀相匹配,而且导电、导热性能也非常好。在精密 仪器和光学仪器的应用研究方面,铝基复合材料用于制 造望远镜的支架和副镜等部件。另外铝基复合材料还 可以制造惯性导航系统的精密零件、旋转扫描镜、红 外观测镜、激光镜、激光陀螺仪、反射镜、镜子底座 和光学仪器托架等许多精密仪器和光学仪器。
耐热铝合金
耐热铝合金今后的研究方向
快凝耐热铝合金今后的研究方向将主要
集中在以下几方面：1、发展低成本的新型快
凝工艺。由于喷射沉积快凝工艺相对RS/PM工 艺而言，生产工序简化，避免了原始粉末颗粒 界面氧化问题，可使合金的韧性得到提高，生 产成本降低。因此，应进一步完善喷射沉积快 凝工艺，使其应用于实际生产。2、进一步研 究合金的耐热机理，包括过固溶的基体在受热 过程中的作用。3、研究引起合金中温脆性的 原因及解决措施，进一步提高合金的韧性。
8
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。
高强高韧铝合金研究现状及展望
第 １ ８卷 第 ５期 ２０ ０ ２年 ｌ ０月
湖 南 有 色金 属
ＨＵＮＡＮ ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ Ｍ Ｅ ＴＡＬ Ｓ
３３
高 强 高 韧 铝合 金 研 究 现 状及 展 望
李 红 英 ， 显 娟 董
（ 南大学 ， 南 长 沙 中 湖 ４０ ８ ） １ ０ ３
中 溶 解 度 很 大 ， 随温 度 升 降 剧烈 变 化 ， Ｚ ｚ 共 且 Ｍｇ ｎ 在 晶 温 度 下 溶 解 度 达 ２ ％ ，在 室 温 下 降 低 到 ４ ～ ８ ％ ５ ，有 很 强 的时 效 强 化 效 果 ，ｚ ％ ｎ和 Ｍｇ 量 的提 高 含
１％Ｚ ，％Ｍｇ １ ０ ｎ２ ，％Ｍｎ的合金 ， 这是第一种 以此 为基 础 的高强铝合金 。 管在合金 中添加 ｃ 尽 ｕ的同时加入
应力腐蚀 开裂现象 ， 用高纯合金 ， 采 控制 Ｆ 、 ｉ 质 ｅ ｓ杂 含 量 ， 整 主要 成 份 使 杂 质 弥 散 相 数 量 减 少 ， 调 以改 善 合 金 的 韧 性 。 以 此 为 原 则 各 国 相 继 提 出 了 改 良型 的 新合金 。 如美 国在 ７ ７ 基础上 推出 的 ７ ７ ０５ １５和 ７ ７ ， ４ ５
摘
要 ： 要 介 绍 了 高 强 高 韧 铝 合 金 的 发 展 ， 其 组 织 性 能 进 行 了 全 面 评 述 ， 重 讨 论 了 断 裂 韧 性 和 简 对 着
应 力 腐 蚀 的 影 响 ， 指 出 今 后 研 究 工 作 中所 需 解 决 的 问 题 。 并
关 键 词 ： 强 高韧 铝 合 金 ； 裂 韧 性 ； 力 腐 蚀 ； 效 高 断 应 时
早 在 １２ ９ ３—１ ２ ９ ４年 德 国 科 学 家 Ｗ．ａ ｄ ｒ和 ｓｎ ｅ
目前我国铝加工业发展趋势
目前我国铝加工业发展趋势曾苏民西南铝业（集团）有限责任公司重庆.401326【摘要】：铝是地壳中分布最广的金属元素，蕴藏量是铁的一倍多。
铝的比重小（约 2.7），良好的综合性能使铝成为最通用的工程和建筑材料之一。
我国的铝资源也很丰富，现已成为铝及其加工产品的生产消费大国，产品质量总体上接近国际水平。
现在，世界各国都在努力减少对环境的污染，降低能耗，提高运行速度，改良使用维护条件，产品的轻量化是必然的发展趋势，铝是首选的金属材料。
研究开发超高强高韧、高耐腐蚀、高温高强、高弹性模量的铝合金材料、研究开发铝合金复合材料、合成材料是研发主流。
在提高强度的同时大幅度提高塑性、韧性和综合性能是研究的前沿，突出进展是工艺技术的创新。
关键词：铝发展趋势研究前沿一、特性铝是地壳中分布最广的金属元素，约占地壳重量的8.31%，是铁蕴藏量的一倍多。
我国的铝资源也很丰富。
良好的综合性能使铝成为最通用的工程和建筑材料之一。
纯铝的比重小（约2.7），为铁的35%，铜的30%。
某些铝合金的强度高于普通结构钢，现在已生产出抗拉强度超过600兆帕的超高强度高韧铝合金材料。
铝合金的比强度与合金结构钢相当。
铝的导热性、导电性高，反光性和热反射性高，铝是紫外线全波长范围内辐射能和从红外线到可见光谱的极好反射体，而且是热波、电磁波的极好反射体。
在大多数使用条件下铝具有很高的抗腐蚀性。
铝无毒性反应。
铝具有面心立方晶格，无同素异形转变，塑性好，易于加工成型和进行表面处理。
虽然某些铝合金在200~260℃温度下仍能保持良好的强度，但在高温下，多数铝合金的强度下降较多。
然而在摄氏零度以下，随着温度降低，铝及铝合金材料的强度反而会增加，因而成为优良的低温金属材料。
铝已广泛用于航空航天、兵器、建筑、交通、电力、包装、印刷、电子、家电等各个领域。
铝的回收利用率高。
二、我国铝加工业的现状及发展趋势1954年建成了新中国第一家铝冶炼厂——抚顺铝厂（301厂），到2001年我国铝产量已达343万吨，居世界第二位。
高强铝合金热冲压成形技术研究进展
COVER STORY高强铝合金热冲压成形技术研究进展*王义林，刘 勇，耿会程，张宜生（华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室，武汉 430074）[摘要] 为了解决高强铝合金板料冷成形时塑性差、容易出现破裂及回弹大、影响尺寸精度的问题，发展起来了一种高强铝合金固溶–热冲压–淬火–时效一体化新工艺。
该工艺将热成形与热处理有机地结合在一起，将固溶后的热板料快速转移到模具中成形，并立即完成模内淬火，最后通过时效处理来提高其强度。
首先总结了高强铝合金热冲压成形技术的最新研究进展，重点介绍了铝合金热冲压成形工艺试验方面的研究成果，详细说明了铝合金热成形时影响成形性能的因素和实现固溶时效强化的工艺方法，最后从摩擦机理和界面传热的角度总结了铝合金热冲压模具技术方面的研究进展。
关键词： 高强铝合金；热冲压成形；固溶时效强化；热成形–淬火；摩擦机理；界面传热交换DOI:10.16080/j.issn1671–833x.2019.16.022油车的时间表，大力发展电动汽车。
对电动汽车而言，由于受动力电池重量、电池续航里程的制约，对车身的轻量化设计需求更加迫切[5]。
因此，汽车轻量化技术已经成为汽车生产厂家提高竞争能力的关键之一，也是汽车创新工程的技术发展方向。
车身轻量化技术主要包括结构的轻量化设计、轻量化材料的使用以及先进的成形工艺应用[6–8]。
由于汽车车身结构多为薄壁构件，加上零件刚度的限制，除通过集成设计使部件零件化外，仅通过零件的结构优化难以取得明显的轻量化效果，而采用高强重比的轻质材料则展示了轻量化的良好发展前景。
铝合金具有密度小、比强度高、抗冲击性能好和耐蚀王义林副教授，长期从事数字化模具设计制造技术、智能制造技术、高性能金属板料成形技术及装备制造、先进塑性成形技术的研究。
发表论文50余篇，主编著作2本，获得软件著作权4项。
*基金项目：国家自然科学基金重点项目（U1564203）；“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项（2018ZX04023001）。
压铸铝合金研究现状与未来发展趋势
压铸铝合金研究现状与未来发展趋势近几年来，我国经济发展速度很快，汽车、摩托车、自行车等已经在生活中随处可见。
而这些需要精密零件的重型产品的铸件或部分组件都是采用铝合金制作而成的。
其中铝合金压铸件占铝合金应用的95%。
铝合金的特点是质量轻、强度高、耐腐蚀和耐氧化。
压铸铝合金是在普通铸造铝合金中添加少量镁、铜等元素形成的合金，具有很高的强度、硬度及良好的导热性能。
2。
含镁5-7%镁合金的压铸是我国最早应用于工业上的压铸方法之一。
这种材料与其它合金相比，除了镁含量高以外，还含有一定量的铜，这对提高铝合金的力学性能、减少变形和降低应力集中程度都有好处。
铜与镁形成低熔点共晶体，在室温下有较高的强度。
与此同时，镁合金具有很好的流动性，熔炼过程中不易吸气，并且有利于排除镁液中的气泡。
此外，镁还起到脱氧剂和润滑剂的作用，这些均有助于改善合金的成分和微观结构，提高合金的机械性能。
3。
加入少量铜后，镁合金的力学性能有所提高，但在固溶温度以下，基本上不影响镁合金的机械性能。
铜在镁中的溶解，主要靠固溶过程进行。
与纯铝合金相比，加入0.005%-0.1%的铜的镁合金强度稍有提高，但塑性下降。
加入铜后的合金导热性能下降，铸锭中容易产生缩孔和疏松，使铸件尺寸和表面质量恶化，同时加入铜后，由于不易吸收气体，因而镁合金的气密性能也差。
4。
加入少量铜和铝形成的共晶合金，虽然强度略有提高，但其塑性和韧性明显降低，而且易出现各向异性，无法压铸薄壁和复杂形状的铸件。
另外，镁合金中常含有Cu、 Ag等元素，这些元素在大气和淡水中都会与空气中的氧和二氧化碳发生反应而被消耗掉。
因此镁合金的抗蚀性能较差。
随着工业的发展，为满足对轻质、节能、高强的要求，要求铸件越来越薄，这就要求压铸工艺中，压射速度越来越高，模具型腔中熔体停留的时间越来越短。
高速压射必须克服高压射速度带来的凝固潜热问题，因此需要采用预先将粉末充分混合的工艺。
压铸铝合金的优点是：⑴、不含贵重金属；⑵、可获得良好的压铸件表面质量；⑶、可避免产生冷隔和浇不足；⑷、易于实现自动化。
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超高强铝合金的研究现状及发展趋势曾 渝,尹志民,潘青林,郑子樵,刘志义(中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083)摘要:超高强铝合金具有很高的强度,同时又具有较强的韧性,是航空航天领域极具应用前景的轻质高强结构材料.作者在查阅大量文献的基础上,结合课题组试制工作,介绍了国内外超高强铝合金的发展应用概况,对Zn,Mg,Cu,Zr等元素在合金中的添加量、存在形式和作用机制进行了综述.通过对比分析,探讨了合金最佳性能所对应的显微组织结构模式.此外,还介绍了合金的3种主要时效处理工艺和抗应力腐蚀模型,并针对超高强铝合金目前存在的问题,提出了今后研究开发的方向.关键词:铝合金;合金化;微观组织;热处理;应力腐蚀中图分类号:TG146.2文献标识码:A文章编号:1005-9792(2002)06-0592-05
高强铝合金具有密度低、强度高、热加工性能好等优点,是航空航天领域的主要结构材料.现代航空航天工业的发展,对高强铝合金的强度和综合性能提出了更高的要求[1].近年来,材料工作者通过优化合金的成分设计,采用新型的制坯方法[2,3]、成形加工及热处理工艺[4-6],研制开发出多种使用性能更好的超高强铝合金,这些材料既具有600MPa以上的抗拉强度,又能保持较高的韧性和耐腐蚀性,且成本较低,在很多领域取代了昂贵的钛合金,成为目前军用和民用飞机等交通运输工具中不可缺少的重要轻质结构材料,超高强铝合金正成为世界各国结构材料开发的热点之一.1 研究概况早在20世纪30年代,人们就开始研究Al-Zn-Mg-Cu系合金,但由于该系合金存在严重的腐蚀现象而未得到实际应用.20世纪中期,通过在合金中添加Mn,Cr,Ti等微量元素提高抗应力腐蚀性能,美国、前苏联相继开发出7075合金和B95高强铝合金,用于制造飞机部件,并着手研究超高强铝合金.1956年,前苏联学者在深入研究Al-Zn-Mg-Cu系合金的基础上,研制出世界上第1种超高强度铝合金———B96ц(部分超高强铝合金的成分与性能见表1和表2),继而通过提高合金纯度,降低合金元素含量开发出B96ц的改型合金B96ц-1和B96ц-3.近年来,又改变时效制度,采用过时效态代替峰值时效态,提高了合金的耐腐蚀性和断裂韧性,且静强度降低幅度小[7],因而应用领域广泛.
1972年,美国铝业公司通过降低7075合金中的Fe和Si等杂质含量,调整合金元素,并在合金中添加锆代替铬,开发出了7050合金;1978年,对7050合金的成分进行微调,成功研制了7150合金,并将其加工成T651及T6151态厚板和挤压件,用于制造波音767、空中客车A310等飞机的上翼结构.为了进一步提高机体材料的性能,自20世纪70年代后期以来,一些发达国家进行了两方面的研究工作:a.投入大量人力物力研究新的热处理状态.20世纪80年代末,美国Alcoa公司开发出T77处理工艺,并应用于IM/7150合金,使之具有T6态强度和T73态抗腐蚀性能.7150-T77合金板材和挤压材目前已大量用于制造飞机框架、舱壁等结构件.随后,通过提高合金中的锌含量,进一步开发出超高强度的IM/7055-T77合金,用于制造波音777的上翼蒙皮和龙骨梁[1].目前,一些国家仍在进行IM/7050-T74
厚板、IM/7055-T77板材的应用研究.b.开发快速凝固/粉末冶金(RS/PM)制备工艺,发展RS/PM铝合金.20世纪80年代,美国Alcoa公司采用传统RS/PM制备方法,研制出PM/7090,
收稿日期:2002-04-26基金项目:国家“863”高新技术研究项目(2001AA332030)作者简介:曾 渝(1971-),男,湖南新化人,中南大学博士研究生,从事高性能铝合金的研究.
第33卷第6期2002年12月 中南工业大学学报J.CENT.SOUTHUNIV.TECHNOL. Vol.33 No.6Dec. 2002表1 部分超高强度铝合金化学成分w/% 合金元素ZnMgCuMnCrZrFeSiAlB96Ц8.0～9.02.3～3.02.0～2.6--0.10～0.20≤0.40≤0.30余B96Ц-18.0～8.82.3～3.02.0～2.60.30～0.80-0.10～0.16≤0.25≤0.15余B96Ц-37.6～8.61.7～2.31.4～2.00.05-0.10～0.20≤0.20≤0.10余71505.9～6.92.0～2.71.9～2.50.100.040.05～0.15<0.15<0.10余70557.6～8.51.8～2.32.0～2.60.050.040.05～0.25<0.05<0.05余
表2 部分超高强铝合金的性能加工形式合金牌号σb/MPaσ0.2/MPaδ/%KIC/(MPa·m1/2)ρ/(g·cm-3)
挤压材B96Ц6175685-2.90B96Ц-16506108572.89B96Ц-3620590101092.877055-T7766264110332.857150-T7764861412302.827A5570568113272.897A6071568910--
板材7055-T7764863411292.857150-T7760757212272.82
PM/7091,CW67等合金,其强度与IM/7075-T6的相当,耐腐蚀性与IM/7075-T73的相当[8].1992年,日本住友轻金属公司采用真空平流制粉、后续真空压实烧结工艺,在实验室制备出σb达700MPa以上的超高强铝合金.但是,由于传统RS/PM工艺难以制备大尺寸材料,生产成本高,且合金中锌含量很高,导致粉末烧结困难,因此,采用传统RS/PM工艺生产的超高强铝合金并未得到实际应用.20世纪90年代初期,随着以喷射成形技术为代表的新一代RS/PM工艺走向规模化、实用化,使RS/PM工艺生产实用超高强铝合金材料变为现实.利用喷射成形技术制备的材料,除保持了晶粒细小、组织均匀、能够抑制偏析等优点外,由于从合金熔炼到坯件近终成形可一次完成,减少了材料在制备过程中被氧化的可能,缩短了制备流程,降低了成本,且易于制备大尺寸块状材料.到90年代末,美国、英国、日本等工业发达国家利用喷射成形技术开发出了含锌量在8%以上(最高达14%),抗拉强度σb为760～810MPa,延伸率δ为8%～13%的新一代超高强铝合金,用于制造交通运输领域的结构件及其他高应力结构件[9,10].国内超高强铝合金的研究开发起步较晚.20世纪80年代初,东北轻合金加工厂和北京航空材料研究所开始研制Al-Zn-Mg-Cu系高强高韧铝合金.目前,在普通7XXX系铝合金的生产和应用方面已进入实用化阶段,产品主要包括7075和7050等合金.20世纪90年代中期,北京航空材料研究所采用常规半连续铸造法试制了7A55超高强铝合金[11],近来
又开发出强度更高的7A60合金.“九五”期间,北京有色金属研究总院和东北轻合金加工厂开展了仿B96ц合金成分的超高强7XXX系铝合金以及具有更高锌含量的喷射成形超高强铝合金的研制开发工作,他们分别采用喷射沉积和半连续铸造工艺,制成了各种尺寸的(模)锻件、挤压材,合金的屈服强度已分别达到750～780MPa和630～650MPa,延伸率则分别达到8%～10%和4%～7%,接近国外20世纪90年代中期的水平.“九五”期间,东北大学等进行了低频电磁半连续铸造高合金化超高强铝合金的研究,目前已开发出低频电磁半连续铸造技术.该技术不仅可以得到国外高频、中频或工频电磁铸造时所获得的晶粒细化、表面质量改进和抑制开裂的效果,更重要的是可以使溶质元素的固溶度大大提高,为高合金化超高强铝合金的制备创造了基本条件[11].
2 合金化
超高强Al-Zn-Mg-Cu系合金包括主合金元素Zn,Mg,Cu和微量元素Zr以及杂质元素Fe和Si.a.超高强铝合金中Zn和Mg含量较高.Zn含量为7%～12%(质量分数,以下同),Mg含量为2%～3%,Zn与Mg质量比大于3.0.Zn和Mg在合金中形成主要强化相MgZn2.MgZn2相在合金中的溶解度随温度的降低而急剧下降,具有很强的时效硬化能力.
593第6期 曾 渝,等:超高强铝合金的研究现状及发展趋势在固溶极限范围内,提高Zn,Mg含量可以大大提高合金强度,但会导致合金的韧性和抗SCC性能降低.b.在Zn含量较高的合金中加入2%～3%的Cu,能同时提高强度、塑性、耐蚀性和重复加载抗力.王祝堂认为,高Zn合金中,Cu原子溶入GP区,可以提高GP区的稳定温度范围,延缓时效析出[12].Cu原子还可溶入η′和η相中,降低晶界和晶内的电位差,提高合金的抗应力腐蚀能力.对于m(Zn)/m(Mg)较大的合金,即使其Cu含量较高,仍能保持较强的韧性.在超高强铝合金中保持较高的m(Zn)/m(Mg)和m(Cu)/m(Mg)是得到良好性能的基础[13].c.超高强铝合金一般添加0.05%～0.15%的Zr.Zr和Al结合形成Al3Zr金属间化合物,这种金属间化合物有2种结构和形态:从熔体中直接析出的Al3Zr为四方结构,可显著细化合金的铸态晶粒;另一种是铸锭均匀化过程中析出的球形粒子,具有LI2结构,与基体共格,具有强烈抑制热加工过程中再结晶的作用[14].在时效过程中,次生的Al3Zr粒子可加速η′(MgZn2)相的析出.此外,含Zr合金淬火敏感性不强,合金的淬透性提高.总的来说,微量Zr可提高合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能.d.Fe和Si是有害杂质,在合金中主要以不溶或难溶的AlFeSi等脆性相的形式存在.热加工变形后,容易形成沿变形方向断续排列的带状组织.塑性变形过程中,由于基体与脆性相变形不协调,容易在相界面上形成孔隙,产生微细裂纹,成为宏观裂纹的发源地,显著降低合金的断裂韧性[15].目前,超高强铝合金中Fe和Si等杂质的含量一般控制在0.1%以下.3 微观组织结构超高强铝合金中较高的锌、镁、铜含量影响了合金的沉淀动力学过程,但并不改变其基本的时效析出过程.Al-Zn-Mg-Cu系合金的时效析出顺序通常为:α(过饱和固溶体)—GP区—η′过渡相(MgZn2)—η平衡相(MgZn2)[16].高强铝合金中GP区、η′过渡相、η平衡相的尺寸、数量、分布及晶界无沉淀析出带(PFZ)的特性基本决定了合金的性能.但是,长期以来,人们对合金最佳的显微组织结构模式(基体沉淀物结构、晶界沉淀物结构、晶间无沉淀析出带特性)持有不同的看法.关于基体沉淀相(MPt),P.N.Alder等认为[17,18],
当基体析出相主要为GP区时,合金强度最高,此时强化主要来源于GP区在基体中所引起的内应力以及位错穿过它们所引起的化学效应对位错的阻碍作用;J.K.Park等认为基体组织主要为η′半共格过渡相时,强化效果最强[19,20];阎大京等则认为[21],当η′