IM 挤压材 B96
MPa 617 650 620 705 662 648 572 605 648 607 545 613 586 606 675 614 683
MPa 568 610 590 681 641 614 503 540 634 572 476 565 524 579 640 600 580 635
收稿日期: 2005- 11- 20; 修订日期 : 2006- 03- 01 作者简介: 王
,
其强度相 当于 IM/ 7075 T 6, 耐腐蚀 性相当 于 IM/ 7075 T73。 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
b
达 700 MPa 以上的超高强铝合金 , 将铝合金
/ % 5 8 10 13 10 12 11 11 11 12 14 12 13 14 10 13 12 12
K IC/ MPa m 57( KC) 109( KC) 27 33 30 28. 6 29 27 22 38 44
/ ( g cm - 3) 2. 90 2. 89 2. 87 2. 89 2. 85 2. 82 2. 80 2. 83 2. 85 2. 82
[ 7, 8]
,
宜做承受较大的结构材料 , 广泛应用于航 空航天
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1. 1
高强铝பைடு நூலகம்金的发展
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 Sander W 和 Meissner K L 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 系中断裂韧性最高的 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 ( Al12 Mg2 Cr) 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
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。改进合金成分、改善合金制备工艺和开发新型的 热处理工艺是提高超高强铝合金性能的重要发展方向和途径。
关键词 : 超高强铝合金 ; 7xxx 系铝合金 ; 热处理 ; 强韧化 中图分类号 : TG146 2 文献标识码 : A 文章编号 : 0258- 7076( 2006) 02- 0197- 06
B96 1 T2 B96 3 T2 7A55 7055 T77 7155 T77 IM 板材 7075 T651 7178 T651 7055 T77 7150 T77 锻件 IM PM 7075 T7354 7090 T7E80 7091 T7E78 CW67 T7X2 PM 挤压件 7090 T6511 CW67 T7X1 7064 T6
包括几个阶段。超高强铝合金的时效过程 一般按 以下几种方式进行 渡相 ) ( 平衡相 ) T ( 高温时效 形核 T ( 平衡相 )
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述某种 GBP 的作用。因为即使同一种合金在同样 的热处理制度下, GBP 的大 小和形态也会因 晶界 不同而出现较大的差异。但有一点已得到材 料理 论专家们的认可, 即 : 连续网状分布的 GBP 对合金 的性能最为不利。 对于 SCC 敏感性来说 , 如果用阳 极溶解来解释开裂过程, 则连续分布的 GBP 很容 易促进活化 钝化或钝化 再活化过程。同样 , 用氢 脆的机理来解释 SCC 现象也会得出这种 GBP 结构 可提高合金的 SCC 敏感性的结论。 2. 2. 3 晶界无析出带 ( PFZ) 对合金性能的影响 凡出现沉淀现象的合金都有毗连晶界的无析出带 ( PFZ) , 现有两种机制解释晶界无析出带形成的原 因。较早提出的是贫溶质理论, 这种机制认为 , 晶 界处脱溶较快, 因而较早地析出脱溶相 , 脱溶相析 出时吸收了附近的溶质原子 , 使周围基体溶 质贫 乏而无法再析出脱溶相, 造成无析出带。另一种理 论为贫空位机制 , 这种机制认为, 淬火获得的过饱 和空位是不稳定的, 在冷却、停放和随后的再加热 时, 空位容易滑入晶界和其他缺陷处, 结果形成从 晶内到晶界的空位浓度梯度。空位有利于脱 溶相 形核, 有利于原子扩散 , 促进晶核扩散式生长 , 因 此, 当晶界附近空位浓度低于一定值时 , 脱溶相不 易生成 , 在一定条件下就造成贫空位的无析出带。 一般认为, 贫溶质和贫空位机制均会对形成 无析 出带作出贡献。高温时效以贫溶质机制为主, 低温 时效时则主要为贫空位机制。PFZ 的宽度按热处理 情况变化, 固溶处理温度较高和淬火速率较 快这 两者都增加过剩空位含量 , 时效温度较低时 , PFZ 比较窄。目前对晶界无析出带的利弊尚无定论 , 不 过从力学性能和抗蚀性方面来看 , 还是希望 缩小 或消除晶界无析出带。
表 1 部分超高强度铝合金典型性能的对比 Table 1 Mechanical properties of some ultra high strength a luminum alloys
材料 型号 T1
b/ 0. 2/
。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公司近来采用传 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 高技术项目的支持下, 北京有色 金属研究总院和东北轻合金有限责任公司开展了 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~ 830 MPa 和 630~ 650 MPa, 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[ 12~ 14] 。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知识产权的低频电磁 半连续铸造技术。
[ 11]
为 760~ 810 MPa,
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。表 1[ 10] 列出了它们的典型性能, 从表 中可以看出 , 这些 PM 合金 ( 尤其是 CW67) 与普通 高强度铝合金 ( 如 7075) 相 比, 综合 性能有较大提 高。 目前, 上述 PM/ 7000 系合金还 未投入批 量使 用。PM/ 7090 及 PM/ 7091 在 实 用 实 验 阶 段 代 替 7175 合金和 7075 合金做 B757 飞机 主起落架中的 部件, 减重达 15% ~ 19% 。PM/ CW67 现已进入开 发的最终阶段, 其制成的前缘襟翼和前部 大梁已 进行了飞行试验。 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 则是沿着 T 6 T 73 高强度、高韧性 高强度、 高韧性、耐腐蚀方向发展; 随之的热处理状态开发 T76 T 736( T 74) T77 方向进 展 ; 在合金设计方面的 特点是合金化程 度越来越
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2. 1
超高强铝合金的强韧化处理机制 及研究现状
沉淀方式 、序列及沉淀相 世界各国的材料工作者利用各种 探测技术对
7091 T6E192 640
Al Zn Mg Cu 系合金的时效沉淀序列进行了详细的 研究。过饱和固溶体的完全分解往往是复杂的 , 需
2期
王
涛等
高强变形铝合金的研究现状和发展趋势
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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 , 最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。 1. 2 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 北轻合金有限责任公司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
第 30 卷 第 2 期 Vol. 30 . 2
稀
有
金
属
CHINESE JOURNAL OF RARE METALS
2006 年 4 月 Apr. 2006
高强变形铝合金的研究现状和发展趋势
王 涛 , 尹志民
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( 1. 东北轻合金有限责任公司 , 黑龙江 哈尔滨 150060; 2. 中南大学 , 湖南 长沙 410083)
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 的比强度和硬度、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 领域。