超高强铝合金研究进展与发展趋势

超高强铝合金具有密度低、比强度高等特点,广泛应用于航空、航天、核工业等领域。合金的极限强度已从第四代铝合金的600 MPa级,逐步发展到650~700 MPa级、750 MPa级,甚至800 MPa级及以上第五代铝合金。本文首先对超高强铝合金的发展历程和国内外发展现状进行概述;随后,从成分设计与优化、熔铸与均匀化技术、热变形技术、热处理技术、计算机辅助模拟计算共五个方面对近些年的研究进展和所遇到的问题进行了总结和讨论;最后,结合未来装备的发展需求和国内的技术现状,指出“深入研究基础理论,解决综合性能匹配等问题以及在特定应用场景下专用材料的推广应用”是超高强铝合金的发展趋势和重要方向。

Mg含量对w(Zn)=11%的超高强铝合金组织性能的影响

研究了Mg含量对w(Zn)=11%超高强铝合金组织性能的影响.超高强铝合金铸锭为网状枝晶组织,平均晶粒尺寸约170~240μm,铸锭组织中存在粗大的α(Al)+T(AlZnMgCu)共晶相.经均匀化退火后,w(Mg)<1.75%的合金组织中粗大的T相完全回溶,w(Mg)>2.0%的铸锭组织中还有少量T相残留.超高强铝合金挤压材固溶处理后,组织中T相完全回溶,组织为纤维组织,再结晶比例约1.2%~6.5%,纤维条带宽度约24.2~35.4μm.挤压材时效后,组织中分布高密度的析出强化相,主要为GP区和η'相,尺寸为2~5 nm.随Mg含量增加,合金的屈服强度由687 MPa升高到782 MPa,抗拉强度由717 MPa升高到795 MPa,伸长率从12.5%降低到9.3%.w(Zn)=11%的超高强铝合金中析出强化相的数量与Mg含量成正比,Mg含量增加,合金强度升高.

均匀化处理对高Zn超高强铝合金微观组织演变的影响

采用金相光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)等,检测分析了高Zn超高强度铝合金铸锭均匀化前后的组织形貌及变化。结果表明,合金铸态中存在严重的枝晶偏析,合金中的相主要是由MgZn_(2)相和T(AlZnMgCu)相组成的可溶金属间化合物,以及由Mn、Fe和Ni三种元素形成的难溶金属间化合物。铸锭均匀化热处理后的结果显示,与7050合金和7055合金等Zn含量较低的铝合金不同,在合金中Zn含量高达9.8%的情况下没有出现T相向S(Al_(2)CuMg)相的转化。分析表明,这一现象与Zn含量及Zn的扩散密切相关,目前知道Zn含量越高,转化过程越困难。

超高强铝合金材料新技术及其发展趋势

超高强铝合金材料以其独特的轻质、高强度、良好的耐腐蚀性与可加工性等特点,成为航空航天、汽车制造、轨道交通、电子与通信等关键领域的战略材料。随着超高强铝合金材料新技术的不断涌现,为材料性能的提升与应用拓展提供了强有力的支持。文章通过文献研究与实际调研,梳理了超高强铝合金材料发展现状,深入探讨了超高强铝合金材料的新技术与发展趋势,旨在推动超高强铝合金材料的性能优化与应用范围的拓展。

超高强钢丝锌铝合金镀层腐蚀的元胞自动机模拟方法

根据锌铝合金镀层的电化学腐蚀原理,结合锌铝合金镀层微观组织试验、镀层均匀性试验、中性盐雾腐蚀试验数据,建立适用于锌铝合金镀层的二维腐蚀元胞自动机模型,模拟锌铝合金镀层的腐蚀演化过程,分析镀层金属氧化反应、水化反应、水化物溶解反应和镀层不均匀性对腐蚀过程的影响规律.研究结果表明,二维腐蚀元胞自动机模型能够准确模拟锌铝合金镀层的腐蚀演化过程;在镀层腐蚀过程中,金属的氧化反应起主导作用,金属的水化反应和金属水化物的溶解反应是次要因素;同一时刻,氧化概率大小与单位面积金属腐蚀量呈非线性正比关系,溶解概率大小与单位面积金属腐蚀量呈非线性正比关系,水化概率大小与单位面积金属腐蚀量呈反比关系;镀层金属含量的不均匀分布对镀层腐蚀演化过程影响较小,镀层厚度的不均匀性会导致局部区域铁基体过早发生腐蚀,引起蚀坑的出现.

超高强铝合金盘型件开裂原因分析

超高强铝合金盘型件在运行1.5月后盘体边缘发生开裂。通过裂纹宏微观形貌观察、化学成分检验、局部力学性能测试、服役应力有限元模拟、显微组织分析等手段,确定盘型件的开裂原因。结果表明:裂纹附近区域化学元素含量满足技术规范要求;裂纹局部径向拉伸性能满足零件服役需求,裂纹附近区域的金相组织未见明显异常,超高强铝合金盘型件的热处理工艺满足材料技术条件要求;盘型件断口的断裂特征为沿晶断裂;起裂部位靠近盘体内表面;O、Fe夹杂物的聚集是造成运行条件下盘体裂纹萌生并扩展的主要原因。

均匀化退火工艺对Al-Zn-Mg-Cu-Zr高强合金第二相的影响

研究了不同工艺均匀化退火过程中Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中组织、低熔点结晶相和弥散相的演变规律。结果表明:铸态Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金中主要结晶相为AlMgZnCu四元相,均匀化退火后该相部分消除。均匀化退火过程中,随着温度的提高及时间的延长,合金中的非平衡结晶相逐渐溶解,未溶结晶相的体积分数降低。弥散相Al3Zr的尺寸及分布取决于均匀化退火过程中的升温速度,在缓慢升温条件下,弥散相Al3Zr的尺寸细小,分布比较弥散,密度高,合金的电导率最低;随着升温速度提高,Al3Zr相的析出数量减少,尺寸增加,析出相的密度降低,合金的电导率升高。二段均匀化退火后,弥散相Al3Zr的尺寸更加细小,密度更高,平均直径为15 nm,密度为1.27×10^(15)/cm^(3)。

Zr对超高强铝合金时效过程的影响

系统研究了不同Zr含量的超高强铝合金的时效硬化行为 ,发现 :Zr对合金的时效硬化曲线有着明显的影响 ,曲线按其特征可分为 3类 ,w(Zr)≤ 0 .0 2 %和 0 .0 2 % <w(Zr)≤ 0 .0 6 %时 ,时效硬化效果不佳 ,而Zr含量在 0 .10 %～ 0 .16 %之间的合金 ,时效硬化效果良好 ,峰值时效均在 135℃ ,16h左右。透射电镜分析表明 ,Al3 Zr可使合金中的位错密度增高 ,抑制亚晶界的移动 ,在Al3 Zr粒子周围发现了尺寸较大的

RRA处理对超高强铝合金微观组织与性能的影响

采用硬度、电导率测试、DSC热分析及TEM观察等手段,研究了回归再时效处理对一种新型低频电磁铸造超高强铝合金组织与性能的影响。研究发现:合金在120℃时效24h后具有较高的硬度和强度水平。合金合宜的回归再时效处理工艺为120℃、24h预时效,180、60min回归,之后120℃、24h再时效。在此条件下,合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率和电导率(IACS)分别为721MPa、700MPa、8.1%和34.5%。TEM观察表明:回归再时效过程中合金性能的变化与其微观组织的演变密切相关;回归初期,GP区和η′相的回溶导致合金硬度下降;随后,η′和η相的析出使硬度重新上升至峰值;最后,η′相转变成η、以及η相粗化引起硬度单调下降;再时效后析出的η′相提高了合金的强度、硬度和电导率。

含钪超高强铝合金的研究现状及发展趋势

钪是优化铝合金性能最有效的微量元素,概述了钪对超高强铝合金组织性能的作用机理:细化铸态组织,阻碍再结晶,提高合金力学性能、焊接性能及抗应力腐蚀性能。结合国内外含钪铝合金的研究,指出了今后含钪超高强铝合金的发展趋势。

含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的回归再时效处理制度

采用透射电镜分析、力学拉伸性能测试和电导率测试,研究不同回归再时效(RRA)处理制度对含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织与性能的影响。结果表明:采用120℃,24h预时效+180℃,30min回归处理+120℃,24h终时效的RRA处理工艺,可以使合金获得理想的力学性能和抗应力腐蚀性能;与T6态相比,该工艺获得的合金强度仅略微下降,而电导率则大大提高;含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金经RRA处理后,晶内含大量均匀细小的η′相和少量的η平衡相,合金晶界处的平衡相粗化明显,呈现断续、孤立分布;与T6态处理的合金相比,无沉淀析出带变宽;其晶内析出相与T6峰值时效态的类似,晶界组织与双级过时效态的组织类似。

7055超高强、超高韧铝合金力学性能分析

用拉伸试验研究了经不同固溶和时效工艺处理后7055铝合金的力学性能,并结合显微组织进行了分析。结果表明,复合固溶（双级）＋特殊时效处理新工艺比传统热处理工艺更合理,可使铝合金获得超高强、超高韧的有效结合。试验确定了最佳工艺,即强化固溶：455℃×（10-30）min＋470℃×（20-40）min＋（480-500）℃×（10-30）min;特殊时效：135℃×16 h＋（190-210）℃/（10-20）min,铝合金新状态T78的σb=720 MPa、σ0.2=690 MPa、δ5=12%。

超高强铝合金研究进展

超高强铝合金具有很高的强度和韧性,是航空航天领域极具应用前景的结构材料。评述了超高强铝合金的国内外发展情况,论述了铝合金的强化技术和方法,并就今后的研究开发提出了建议。

超高强铝合金的研究现状及发展趋势

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.

热处理对喷射成形超高强Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的影响

研究了2种不同热处理方式对喷射成形超高强度Al Zn Mg Cu系铝合金的显微组织和力学性能的影响。观察了沉积态、挤压态、固溶及时效处理后样品的显微组织,对经时效处理的样品进行了力学性能测试。结果表明:沉积态合金晶粒均匀细小;挤压态合金存在大量的第二相颗粒,为富铜相;固溶处理后,合金出现了再结晶现象。在T6条件下,采用常规470℃单级固溶和时效处理,其抗拉强度仅为710MPa,延伸率为6.5%;采用双级固溶和时效处理,其抗拉强度超过800MPa,延伸率达到9.3%。

低频电磁水平连铸新型超高强铝合金

在水平连铸过程中施加低频交变磁场,制备新型超高强铝合金铸锭,利用金相分析方法研究电磁场对铸锭质量的影响。结果表明,电磁场能提高铸锭表面质量,减少宏观偏析,细化宏观和微观组织。低频电磁水平连铸新型超高强铝合金铸锭经过挤压和热处理后屈服强度为742MPa,抗拉强度为758MPa,伸长率为8.5%。

超高强铝合金中杂质元素的研究现状

综述了超高强铝合金中Fe、Si等杂质元素的存在形式以及对合金组织、拉伸力学性能、断裂韧性和抗腐蚀性能的影响,总结了Fe、Si等杂质元素的控制标准,概述了通过熔体净化、添加稀土元素、采用粉末冶金等新型制备工艺减小杂质元素影响的研究进展。

预变形对超高强铝合金挤压材组织性能的影响

采用硬度与电导率测试、拉伸试验、晶间腐蚀和剥落腐蚀试验以及X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)分析等方法研究预变形对Al-12.45Zn-3.56Mg-1.12Cu-0.21Zr-0.0553Sr铝合金挤压材组织与性能的影响。结果表明:该合金在(121℃,24 h)时效制度下,预变形处理能有效引入位错,位错密度从0.197×10^(-14)m^(-2)提高到1.156×10^(-14) m^(-2);同时,由于位错对强度的贡献高达58.7 MPa。根据EBSD分析,经预变形处理后,合金的低角度晶界所占比例为66.2%,比未经预变形处理的合金提高12.6%,平均晶界角度值降低3.894°,平均晶粒尺寸增长6.396mm。预变形能够明显提高合金的抗晶间腐蚀性能(最大晶间腐蚀深度由222.1mm降低至165mm),对剥落腐蚀性能的影响不明显。

一种新型超高强铝合金的均匀化工艺研究

针对超高强铝合金的特点 ,从改善合金性能的角度出发 ,研究了几种均匀化制度。研究发现 ,两级均匀化优于单级均匀化 ;40 0℃短时保温有利于提供合金的综合性能 ,其原因是促进了Al3Zr粒子的弥散析出 ,最终细化了亚晶粒所致。研究认为 ,较好的均匀化制度是 40 0℃ / 4h +4 6 3℃ / 2 4h。

织构及组织结构对超高强铝合金平面力学性能的影响

以自行制备的高合金含量的Al-Zn-Mg-Cu合金为试验材料,测试观察挤压带板及其制备的等温模锻件的织构类型及组分强度、组织结构、平面拉伸力学性能及各向异性指数,通过计算{111}<112>滑移系的施密特因子,采用单晶近似法分析平面拉伸力学性能各向异性与织构的关系,使用霍尔-佩奇定律分析了组织结构与平面拉伸力学性能各向异性的关系,结果表明:合金经剧烈变形后,以变形织构为主,变形织构会引起各向异性,导致合金45°方向强度偏低;挤压形成的纤维组织是引起挤压带板L向及LT向各向异性的主要原因。{110}<112>Brass织构强度增加,可以抵消纤维组织引起的L向及LT向的各向异性;LT向伸长率低及伸长率各向异性主要是由第二相粒子延晶界的链状分布引起,同时也与织构引起的晶粒强度变化有很大关系。