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纵观国内外高强铝合金的发展

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人气:-发表时间:2017-01-04 09:48【

超高强度铝合金是以Al、Zn、Mg、Cu系(简称7xxx系)为主的可热处理强化的铝合金。它具有高强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、较好的耐腐蚀性能和较高的韧性等优点, 宜做承受较大的结构材料,广泛应用于航空航天领域 

一、国外7xxx系高强铝合金的发展

7xxx系高强铝合金的发展可以追溯到20世纪20年代,德国科学家SanderW和MeissnerKL发现Al、Zn、Mg合金经淬火、时效后具有很高的强度。以此为基础,发展出了后来的7000系铝合金。1943年美国开发出了可实际应用的7075合金,并第一次应用于B 29型轰炸机上,曾给飞机结构和性能带来了革命性变化,同时也为超高强铝合金的飞速发展奠定了基础。


1968年,在7001合金的基础上,通过降低Cu和Cr的含量,增大Zn/Mg比值等手段来提高韧性和抗应力腐蚀性能,研制出7049合金。


1969年开发成功7000系中断裂韧性高的7475合金,该合金除了成分差别外,加工工艺也有所改变,通过调整晶粒度、均匀性、E相(Al12Mg2Cr)的尺寸和质点间距,使其韧性得到改善。


1971年,以7075合金为基础,通过增加Zn和Cu 含量、调整Cu/Mg比值来提高强度,并添加Zr代替Cr克服淬火敏感性和调整晶粒尺寸,美国开发出了强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能较高的7050合金和7150合金。


20世纪80年代,美国铝业企业在7150的基础上,进一步降低Fe,Si,Mn等杂质元素的含量,提高Zn/Mg比值,耗资数十亿美金研制成功了号称王牌铝合金的7055合金,并于1993年申请专利。7055 T77等热处理状态的制品强度比7150 T6状态高10%以上,比T7075 T6状态高25%以上,使其在保证材料具有高强度的同时又具有优良的综合性能,目前7055 T77已用于波音777客机的上翼蒙皮、机翼桁条。


随着快速凝固/粉末冶金(RS/PM)制备技术的发展,快凝技术逐渐被引入高强铝合金的研究。80年代,美国Alcoa企业采用传统RS/PM制备方法,研制出了PM/7090,PM/7091,CW67等合金,其强度相当于IM/7075 T6,耐腐蚀性相当于IM/7075 T73。


1992年,日本住友轻金属企业采用真空平流制粉、后续真空压实烧结工艺,在实验室制备出b达700MPa以上的超高强铝合金,将铝合金的强度性能指标推向了极高的水平。但是,由于传统RS/PM工艺难以制备大尺寸材料和生产成本高昂,再加上合金中锌含量很高,导致粉末烧结困难,难以制备成块状材料,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。


90年代初期,随着以喷射成形技术为代表的新一代RS/PM工艺走向大规模实用化,使规模生产实用超高强铝合金材料变为现实。


到20世纪90年代末,美国、英国、日本等工业发达国家均利用先进的喷射成形技术开发出了含锌量8%以上(高达14%)、??b为760-810MPa,??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要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件。


综上所述,国外超高强铝合金研制基本上是沿着高强度、低韧性、耐腐蚀方向发展;随之的热处理状态开发则是沿着T6 T73 T76 T736(T74) T77方向进展;在合金设计方面的特点是合金化程度越来越高,Fe和Si等杂质含量越来越低,微量过渡族元素添加越来越合理,终在大幅度提高强度的同时保证合金具有优良的综合性能。 


二、国内Al、Zn、Mg、Cu系高强铝合金的发展

国内超高强铝合金的研究开发起步较晚。我国航空工业和其他国防工业大量应用的高强度铝合金主要仍为类似于B95和7075合金的LC4及LC9;对7050等高强度铝合金进行研究,大多仍着眼于提高合金的韧性及抗腐蚀性能,而它们的强度则大多仍维持在7075 T6的水平上,甚至还有不同程度的降低。


为了进一步提高合金强度,充分发挥高强度合金的减重潜力,20世纪80年代初,东北轻合金有限责任企业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到实用化阶段,合金主要包括7075,7175等,其产品用于各种航空航天器的结构件。


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成功了7A55超高强铝合金及强度更高的7A60合金,东北轻合金有限责任企业近来采用传统方式成功生产出轧制板材用7055方铸锭。


近年来,在国家攻关和863高技术项目的支撑下,北京有色金属研究总院和东北轻合金有限责任企业开展了仿俄罗斯B96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,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、棒材及无缝管材等,合金的抗拉强度已分别达到800-830MPa和630-650MPa,延伸率分别达到8%-10%和4%-7%,基本上达到了国外90年代中期的水平。同时,东北大学等单位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工作,目前已开发出具有自己独立常识产权的低频电磁半连续铸造技术

转自:铝板带箔

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