航空高性能铝合金材料的基础研究

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1、项目名称：航空高性能铝合金材料的基础研究首席科学家：张新明中南大学起止年限：2012.1-2016.8依托部门：湖南省科技厅教育部一、关键科学问题及研究内容3.2主要研究内容3.2.1三类高性能铝合金的成分与组织模式设计本项目以调整铝合金主成分设计方向为突破口，增加高固溶度元素含量，降低低固溶度元素含量，消除恶化综合性能的残余结晶相，并引入可形成共格多元弥散相的过渡族和稀土特定微量元素，创新设计新一代高性能铝合金成分，确立高强高韧高淬透、超强高韧耐蚀、中强高耐损伤的多相适配微结构模式，形成三类铝合金原型，为此需要开展下列研究工作，重点研

2、究解决科学问题1（新型高淬透性过饱和固溶体与第二相的形成、演变及其强韧化作用）和科学问题2（复杂环境下铝合金耐损伤、抗腐蚀多相微结构的适配模式设计与调控机理）。（1）高强高韧高淬透性铝合金成分与组织模式设计l研究Al-Zn-Mg-Cu系高Zn、低Cu、低Mg富铝区的相平衡与温度和成分的关系。l研究Al-Zn-Mg-Cu系合金析出转变动力学—成分关系，确立淬火温区稳定、时效温区析出成分区域。l研究高强铝合金淬透性和析出强韧化与成分的关系，设计高淬透高强高韧的新型铝合金成分。l研究过渡族和稀土元素影响共格相界向非共格相界转变的规律及机理、新

3、型弥散相影响再结晶的规律及机理。l研究淬火界面形核析出规律、多相界面协同调控淬透性与强韧性的作用，确立高淬透高强高韧的多相适配微结构模式。（2）超强高韧耐蚀铝合金成分与组织模式设计l研究Al-Zn-Mg-Cu合金高Zn、低Cu、低Mg富铝区主成分对析出第二相及其与基体电位差、极化行为的影响规律，设计新型超强铝合金主成分。l研究过渡族与稀土元素复合添加对Al3Zr晶体结构及热稳定性的作用规律，确立新型多元弥散相，设计超强铝合金的微合金化成分。l研究新型多元铝化物共格弥散相抑制铝基体再结晶作用规律，揭示共格弥散相对强韧性和耐蚀性的影响规律及

4、机理。l研究基体晶界和第二相对耐蚀性和强韧性的协同作用及机理，确立超强高韧耐蚀的多相适配微结构模式。（1）中强高耐损伤铝合金成分与组织模式设计l研究合金主元素（Cu、Mg、Li）与微量元素（Er、Zr）对耐损伤性能的影响规律与机理，设计新型耐损伤铝合金的成分。l研究诱导裂纹偏转的耐损伤组织与织构组态及其形成机理，探明提高耐损伤性能的基体组织模式。l研究第二相种类（初生相、弥散相、沉淀相）、状态（共格、半共格、非共格）、形貌（球状、条状等）与分布对耐损伤性能的影响规律与模型，揭示多类第二相提高疲劳裂纹扩展阻力的协同机制。l研究耐损伤特征第

5、二相及界面结构的适配模式，发展耐损伤组织模式设计理论。3.2.2三类高性能铝合金材料的均匀制备为了突破大飞机急需的大规格高性能铝合金材料均匀制备技术瓶颈，本项目从成分和制备过程多种物理场两个方面协同调控宏/细观组织性能均匀性，形成高性能铝合金材料的成分与多场协同调控制备理论。发展三类高综合性能铝合金材料制备原理与方法。为此需要开展下列研究工作，重点解决科学问题3（材料组织与性能宏/细观均匀性的制备多场调控规律及机理）。（1）高性能铝合金铸锭及均匀化热处理组织与成分的宏/细观不均匀性及其调控l研究高性能铝合金在半连续大规格铸锭组织、成分的

6、宏观不均匀性及其形成规律，揭示冶金过程的传输（传热、传质、动量传递）非均匀性形成机理。l利用超声铸锭的前期研究基础和工程化研究平台，研究高性能铝合金在超声外场下温度过冷和成分过冷特性，揭示合金成分－凝固过冷－超声外场的关系及机理，寻求成分与超声外场协同调控铸锭组织与成分宏/细观均匀性的方法。l研究高性能铝合金大规格铸锭组织、成分的宏/细观不均匀性对淬透性、强韧性、耐蚀性、耐损伤性能的影响规律，揭示大规格铸锭组织、成分遗传影响规律。l研究均匀化热处理对共格弥散相晶内/晶界细观均匀分布的调控作用规律与机理，建立调控方法。（2）高性能铝合金形

7、变组织的宏/细观不均匀性及其调控l研究非对称内剪切轧制（龙形轧制）应力－应变分布规律，建立龙形轧制稳态剪切变形调控方法。l研究龙形轧制剧烈内剪切变形条件下的晶粒分裂和第二相破碎机制、晶界特性、{111}织构形成机理，形成龙形轧制组织、织构调控原理与方法。l研究龙形轧制对韧性、耐蚀性、抗疲劳、耐损伤性的影响规律，探明龙形轧制应力场、温度场对形变组织与性能宏/细观均匀性的调控作用。l研究大压下量控温轧制形变对基体晶粒形状、织构不均匀性的影响规律和机理，确立超厚截面材料强变形组织均匀性的多场调控方法。（1）高性能铝合金热处理组织的宏/细观不均

8、匀性及其调控l研究多级固溶对厚截面材料回复/再结晶组织细观不均匀性的调控作用规律与机理，确立调控晶界角度分布的固溶热处理方法，l研究厚截面材料淬火非均匀换热的时间与空间分布对组织和性能宏/细观不均匀性的影响