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。

大型ZL205A铝合金舱体铸件铸造工艺研究

以ZL205A厚大舱体铸件为研究对象,针对舱体铸件的特点,开展了铸造工艺方案设计、铸造工艺方案数值仿真计算及熔体处理等技术的研究。研究结果表明:铸件采用差压浇注方法,低热量浇注系统,配合低热量浇注系统使用的冷铁,铸件实现了顺序凝固;铸件经检测,内部质量优良,切取试样力学性能远超过了指标值,各项指标均满足设计要求。

LDH预处理溶胶凝胶封闭对铝合金阳极氧化膜耐蚀性的影响

目的开发一种新型LDH预处理溶胶凝胶封闭工艺,以获得高耐蚀性的封闭阳极氧化膜层。方法用LDH预处理溶胶凝胶封闭法对阳极氧化铝合金进行表面处理,采用场发射扫描电镜、原子力显微镜对封闭前后的氧化膜进行微观形貌表征,通过接触角测试评价阳极氧化膜层表面的润湿性能,通过浸泡实验、电化学阻抗谱对阳极氧化膜的耐蚀性进行研究,并与传统沸水封闭工艺进行比较。结果经LDH预处理后,膜层表面被一层致密的LDH覆盖,多孔结构和孔洞缺陷均消失。涂覆溶胶凝胶后,膜层表面均匀平整,无明显缺陷。与沸水封闭相比,LDH预处理溶胶凝胶封闭的氧化膜具有更平整均匀的表面和更低的粗糙度,接触角为92.3°,具有疏水性。在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡15 d后,膜层的低频阻抗值仍可达到6.79×10^(6)Ω·cm^(2),与传统沸水封闭法相比,高出2个数量级。膜层具有良好的长期耐蚀性,其主要机理为LDH的铝合金氧化膜空隙和表面生长出双片层状的LiAl-LDH,表面膜层更致密,片层结构在一定程度上阻挡了腐蚀溶液的入侵,同时使膜层表面存在更多的-OH基团,在溶胶凝胶封闭时提供了更多的反应位点,促进了溶胶凝胶涂层与基体之间的结合,有效阻挡了外界溶液对基体的入侵,因此延缓了腐蚀。结论LDH预处理溶胶凝胶封闭工艺提高了铝合金阳极氧化膜的致密性和表面疏水性以及膜层的耐蚀性能。

热处理后7A85合金的组织和拉伸性能研究

7A85合金是我国自主研发的Al-Zn-Mg-Cu合金,被广泛应用于航空航天领域。研究了热处理后7A85合金的组织和拉伸性能,这对加速并拓宽7A85合金的工业化应用具有十分重要的意义。结果表明,热处理之后7A85合金的晶粒为长条形且存在很多亚晶。热处理后的7A85合金由GP区和η'相协同强化。微米级的晶界第二相主要由Al、Zn、Mg、Cu元素在晶界处偏聚形成,Zr元素没有在晶界处发生偏聚形成晶界第二相。纳米级的晶界主要由Mg和Zn偏聚形成,在某些第二相中含有Cu。热处理后7A85合金的抗拉强度为596 MPa,屈服强度为572 MPa,伸长率为10.6%。

超高强度7A36铝合金挤压管材热处理工艺研究

针对工业化生产条件下制备的?250 mm×20 mm和?340 mm×30 mm两种规格的7A36铝合金挤压管材,开展单级/双级固溶工艺和110~135℃下的单级时效-拉伸性能曲线研究,并采用优选的热处理工艺,对两种规格管材的拉伸性能进行对比研究。采用差热分析仪测试相转变温度,利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜进行显微组织与拉伸断口观察。结果表明:7A36合金管材在优选的热处理工艺下,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别可达696,655 MPa和14.0%;相比常规的半连续铸造(direct chill casting, DC)铸锭+大挤压比工艺,采用锻造铸锭+常规热挤压工艺,合金管材表现出晶粒和晶界/晶内析出相尺寸更小以及晶界无沉淀析出带(precipitation free zone, PFZ)更窄的组织特征,该组织特征是影响强度性能的主要原因;同时,该合金具有较高的淬火敏感性,固溶处理过程中,易在富Fe相附近诱发淬火微裂纹,显著影响合金管材的伸长率。

Al-6Mg-0.7Zr新型铝合金力学性能及微观组织

采用快速凝固-粉末冶金工艺制备Al-6Mg-0.7Zr新型中高强铝合金。通过室温拉伸、高温拉伸、SEM和TEM等手段对退火态Al-6Mg-0.7Zr合金的力学性能及组织变化进行分析研究。结果表明:快速凝固-粉末冶金法能够突破Zr元素在Al基体中的固溶极限,可制备出质量分数0.7%Zr的新型铝合金。均匀析出的Al_(3)Zr粒子能有效阻碍位错运动,纳米尺度的Al_(3)Zr与基体晶格呈共格关系也有利于合金强度提升。室温下Al-6Mg-0.7Zr合金的抗拉强度达到445 MPa,屈服强度338 MPa,断后伸长率20.10%。此外,Al_(3)Zr粒子在高温下稳定,对晶界迁移及位错运动都有显著阻碍作用,使得合金在200℃以下具有良好的高温性能。150℃下Al-6Mg-0.7Zr合金抗拉强度达到320 MPa,屈服强度266 MPa,断后伸长率33.37%。

2A97铝锂合金的化学铣切工艺研究

通过高频疲劳试验、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等方法对经过3种不同化铣槽液处理的2A97铝锂合金薄板表面粗糙度、疲劳性能和合金的微观组织缺陷进行了研究。结果表明:与未添加硫化钠或三乙醇胺的槽液相比,同时添加硫化钠和三乙醇胺的化铣槽液化学铣切性能更佳,化铣后的材料表面平整,微观缺陷数量较少,尺寸较小,表面粗糙度达到Ra≤1.6μm,疲劳寿命可达到3.71×10^(5)N。硫化钠和三乙醇胺的加入能有效缓解合金的局部腐蚀,使铝合金表面与化铣槽液腐蚀更加均匀,形成的微观缺陷数量更少,尺寸更小,因此,能获得更好的表面粗糙度结果和更优的疲劳性能。

Al-Si-Mg系铸造合金应用现状与高强韧制备研究进展

概述了Al-Si-Mg系铸造合金的应用现状与高强韧制备研究进展,系统总结了Al-Si-Mg系铸造合金晶粒细化、硅相变质、精密热处理、成分设计与成形-成性工艺装备的研究进展,归纳了各制备工艺对材料微观组织与力学性能的影响,总结了Al-Si-Mg系铸造合金高强韧制备的力学性能成果。最后,对其材料成分设计、凝固组织细晶化制备、计算机辅助工程开发与高强韧精密热处理工艺发展进行了技术展望。

镁合金熔模铸造技术及其应用

梳理了镁合金熔模铸造技术所涉及的铸造镁合金类型、熔炼浇注方法、熔体与型壳界面反应机理研究、型壳制备工艺以及镁合金熔模精密铸件的应用情况,提出了镁合金熔模铸造中存在缺乏型芯技术的技术问题。认为镁合金熔模精密铸造技术对于满足结构材料轻量化需求有着明显的优势,具有良好的应用前景。

宽幅7B50-T7751铝合金厚板不均匀性与疲劳性能研究

采用力学万能试验机、扫描电镜等分析测试手段研究80 mm厚宽幅7B50-T7751板材不同宽度、不同厚度位置的组织与性能均匀性,并与7050-T7451板材疲劳性能进行对比与讨论。结果表明:宽幅7B50-T7751厚板力学性能优异,在L和LT方向上,1/2厚度的拉伸屈服强度分别达到568 MPa和545 MPa,抗拉强度分别达到612 MPa和591 MPa,压缩屈服强度分别达到575 MPa和587 MPa,L-T向与T-L向的断裂韧度达到30.16 MPa·m^(1/2)和26.47 MPa·m^(1/2)。宽幅厚板在不同宽度位置存在一定的各向异性,LT方向上的性能均匀性优于L方向。1/4厚度不同宽度位置性能无明显差异,1/2厚度宽度边缘位置性能优于宽度中心位置。1/4厚度未形成明显强织构,在1/2厚度宽度中心的主要织构为S织构和Brass织构,边缘的主要织构为R织构、S织构和Brass织构。在应力比为0.06时,宽幅7B50-T7751厚板的T-L向抗疲劳裂纹扩展速率性能优于同厚度7050-T7451板材,LT向光滑试样(Kt=1)的疲劳极限低于7050-T7451板材约7.6%,缺口试样(Kt=3)的疲劳极限高于7050-T7451板材约3.7%。

快速凝固/粉末冶金技术制备高性能高温铝合金及其复合材料的进展

快速凝固技术为高温铝合金的制备提供了可能的途径。近30年来,运用快速凝固/粉末冶金工艺,已研制成功了Al-Fe-V-Si、Al-Fe-Mo-Si、Al-Fe-Cr-Ti等系列的耐热温度达到300~400℃的高性能高温铝合金及其复合材料。总结了这些高温铝合金及其复合材料在工艺、成分、组织、性能和应用方面的研究进展,讨论了存在的问题并阐述了未来的发展方向。

铝锂合金研究进展和航空航天应用

概述了国内外铝锂合金的研究历史和发展现状,以及铝锂合金在航空航天领域的应用情况。回顾和总结国外新型铝锂合金的特征和加工制造技术进展,介绍了国外新型铝锂合金的生产情况。总结和分析了我国铝锂合金制造技术发展和最新应用,指出了我国铝锂合金发展中存在的不足。最后探讨了我国铝锂合金的发展趋势和研究发展方向。

新型Al-Zn-Mg-Cu铝合金热稳定性研究

采用常温拉伸力学性能测试和透射电镜(TEM)观察,研究新型Al-Zn-Mg-Cu铝合金7D04的热稳定性。结果表明:7D04-T7451合金的组织和性能在不高于125℃时可长时间保持稳定;当温度高于150℃时,板材的强度随着稳定化处理时间的延长持续下降;稳定化处理温度越高强度下降的幅度越大。稳定化温度175℃处理500h后,屈服强度和抗拉强度仅为286MPa和385MPa,与未稳定化处理相比分别降低38%和26%。7D04-T7451铝合金在稳定化处理过程中强度下降的内在原因是由于η′和η相的粗化。

低温球磨制备纳米晶铝/铝基复合材料的研究进展和应用前景

详细介绍了国内外采用低温球磨粉末冶金法制备纳米晶铝及其铝基复合材料的研究进展。通过对比分析国内外在材料研制和工装设备研发等方面存在的主要差距,提出了国内在纳米晶铝应用研究中存在的问题、解决措施及发展方向。最后,对纳米晶铝/铝基复合材料未来的应用前景进行了展望。

双级过时效工艺对7050铝合金力学性能的影响

双级过时效是优化工业化大尺寸7050铝合金锻件综合性能的有效手段。对7050铝合金锻件进行双级过时效处理,研究第二级时效时间对其组织与力学性能的影响。结果表明,随着第二级时效时间的延长,晶界处析出相逐渐粗化,并由连续分布转变为断续分布,合金的硬度、屈服强度和抗拉强度随之降低,伸长率与断裂韧性逐渐升高,并且拉伸及断裂韧性测试样品的断裂模式从沿晶断裂向韧窝型断裂转变。当第二级时效时间延长至一定程度时,合金力学性能趋于平稳。为通过双级过时效工艺调控7050铝合金锻件的综合力学性能提供了研究基础和理论指导。

高性能铝基复合材料研究进展

自1960年代以来,全球持续开展了铝基复合材料研究,研发了损伤容限型、耐蚀型、高强型、耐热型、低膨胀型等一系列高性能铝基复合材料。这些复合材料已应用于航空、航天、电子和交通领域。然而,与传统金属材料和树脂基复合材料相比,目前高性能铝基复合材料的应用市场仍然很小。本文综述了高性能铝基复合材料在增强体、铝基体、制备方法、组织、性能和应用等方面的进展,讨论了在原材料、工程化、质量稳定性、性能数据、成本、应用和材料研制等方面存在的问题,从应用基体研究、材料研制、工程化、应用等方面展望了未来发展方向。高性能铝基复合材料的未来发展方向包括提升原材料质量、改善工艺稳定性、降低成本、加强工程化、扩大应用、探索增材制造+模锻技术及研制新一代纳米增强和纳米/微米混杂增强铝基复合材料。

航空铝合金研究进展与发展趋势

铝合金广泛应用于飞机主承力框、梁、壁板、蒙皮等部位,占飞机结构重量的40%~70%,是非常重要的结构材料。从最初仅仅满足对强度的需求逐渐扩展到面向耐腐蚀、高强高韧、耐损伤等综合性能要求,国内外航空铝合金在需求牵引与自身的技术进步的双重推动下,至今已经发展至第五代。首先对国内外航空铝合金发展历程进行了简要总结,接着,为进一步推动国产航空铝合金研发和应用,对航空铝合金制备全工艺流程所涉及的热点问题及研究进展进行了总结和讨论,如合金成分设计、熔铸技术、热变形技术、热处理技术等。最后,结合航空装备发展需求和国内技术现状,对我国航空铝合金发展趋势和重要方向提出了建议。

压铸铝合金研究现状与未来发展趋势

介绍了压铸铝合金的特点和分类,列举了压铸铝合金目前在汽车、电子器件等方面的典型应用,阐述了压铸铝合金材料的组织性能与压铸技术方面的研究进展及当前压铸铝合金技术研究与产品应用的现状,预测了压铸铝合金未来的发展方向,也指出了需要亟待解决的问题。

ZL114A铝合金充型能力的试验与仿真研究

通过理论分析,借助仿真模拟软件与试验分析对ZL114A合金的充型能力进行研究。分析了影响合金充型能力的因素,设计螺旋形试样测试不同浇注温度对ZL114A合金充型能力的影响;同时对不同浇注温度合金充型能力进行模拟仿真,并结合试验结果对仿真参数进行校准,然后根据校准后的仿真参数对不同浇注温度合金的充型能力进行预测,与试验结果比较得出仿真预测能够评估ZL114A合金的充型能力。

ZL205A合金大型筒体类铸件偏析缺陷控制技术研究

以ZL205A合金大型筒体类铸件偏析缺陷为研究对象,研究了偏析缺陷产生的部位和原因,采用铸造数值模拟技术及铸件实物浇注试验对比研究了浇注工艺对铸件偏析缺陷的影响,结果表明,采用低压浇注工艺可明显降低铸件偏析缺陷。此外,通过采用退让性较佳的树脂砂芯,释放了凝固末期凝固残余热应力,避免了热节区域出现高热内应力,减少了铸件的偏析缺陷。