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1、研究探讨RRESEARCH&DISCUSSION超高强铝合金的发展孙洪军1,杨兴玲2(1.东北轻合金有限责任公司,哈尔滨150060;2.中铝河南铝业有限公司,河南洛阳471000)摘要:全面地介绍了超高强铝合金的发展过程,及其合金发展的特点。超高强铝合金的开发基本上是沿着高强度、低韧性→高强度、高韧性→高强度、高韧性、耐腐蚀方向发展,在合金成分设计方面的发展特点是合金化程度越来越高,Fe、Si等杂质含量越来越低,微量过渡族元素添加越来越合理,最终目标是在大幅度提高强度的同时保持合金具有优良的韧性和抗蚀性。关键词:超高
2、强铝合金;成分;性能中图分类号:TG146.2文献标识码:A文章编号:1002-2333(2007)09-0041-03超高强铝合金是航空航天工业中主要的结构材料。基础上提高了Zn、Mg和Cu的含量又发展了强度更高的目前世界各国民用飞机上铝合金已占居了结构材料重量7178-T6合金,该合金强度虽高,但断裂韧性有所下降,的70%～80%,其中大部分为超高强铝合金。在新一代军因此未得到进一步的应用和发展。当时人们研究航空铝用飞机上,由于树脂基复合材料和钛合金用量的增加,铝合金主要以追求高的静强度为主,而忽视了其它性能的合金
3、的用量相对有所减少,但高纯度的超高强度高韧性要求。1954年因3架用7075合金制造机体的喷气式飞高抗蚀性铝合金的用量却增加了。随着现代航空航天工机坠毁,从而使航空界认识到材料的损伤容限应该作为业的快速发展,对超高强铝合金的综合性能提出了更高飞机机体选材的一个准则。为了提高KIC,研究人员在深的要求。同时现代核工业、交通运输业的发展也急需高性入的研究后发现,7075及7178合金中含有的Fe、Si等有能、轻质、经济的结构材料,因此高强高韧高抗蚀的超高害元素形成的夹杂相如Al7Cu2Fe、Al(MnFe)Si和Mg2Si
4、强铝合金无疑是理想的备选材料。为此,各国的材料工作等在低应力下容易破裂,并在破裂的质点处形成空洞,从者多年来一直致力于研究开发集高强高韧高抗蚀性为一而在继续施加外力的情况下形成宏观裂纹导致了断裂韧体的超高强铝合金。性KIC的降低。通过减少这些杂质元素的含量,研制出了1超高强铝合金的发展过程韧性更高的7175合金。随后又通过进一步降低Fe和Si一般可将强度在500MPa以上的铝合金称为超高强的含量,控制Cr含量,调整Mn、Cu含量以提高断裂韧性度铝合金。超高强度铝合金主要是指7000系中的某些开发出了7475合金,同时该
5、合金调整了Zn/Mg比(稍稍Al-Zn-Mg-Cu合金。AlZnMgCu系合金是以1923～1926提高了Zn,降低了Mg含量)使得合金的长向(L)、横向年德国科学家W.Sander和L.Meissner对Al-Zn-Mg合金(LT)和厚向(ST)样品的KIC明显提高,这是7000系合金的研究为基础发展起来的。1932年,K.J.韦伯提出了第一中断裂韧性最高的合金。种以Al-Zn-Mg-Cu为基的高强铝合金,该合金中添加1969年前苏联对B95合金的杂质进行了限制,提出Cu的同时加入了少量的Mn,有效地改善了该合金的抗
6、了пч和оч两种杂质水平的合金,其中B95пч合金成分应力腐蚀性能(SCR),但由于仍具有较敏感的应力腐蚀接近于7175合金,B95оч合金的成分(Al-5.8Zn-2.3Mg-开裂(SCC)倾向而未得到实际应用[1]。1939年,日本学者1.7Cu-0.12Cr-0.4Mn,Fe0.15%,Si0.1%)与7475合金十分五十岚将Cr加入到Al-Zn-Mg-Cu合金中开发出了一种相似(在俄罗斯的铝合金牌号中,ц为含Zr合金,пч为高超硬铝合金ESD。该合金因具有很高的强度和大大改善纯合金,оч为最高纯合金)[3]。的
7、抗应力腐蚀性能,而成为该系合金中最先在飞机制造1971年美国Aloca公司在7075合金的基础上,增加业上获得实际应用的合金[1]。20世纪中期,人们发现通过了Zn、Cu含量和Cu/Mg比值来提高强度,用添加Zr代替添加Cu、Mn、Cr、Ti等微量元素可显著提高合金抗应力腐Cr来克服淬火敏感问题和调整晶粒尺寸,开发出了强度、蚀性能和抗剥落腐蚀性能[2]。1943美国开发出了7075高断裂韧性和抗应力腐蚀性能较高的7050超高强合金。这强合金,并第一次应用于B-29型轰炸机上,曾给飞机结是美国开发的第一个含Zr的7000
8、系合金。也是7000系构和性能带来了革命性的变化,同时也为超高强铝合金合金中综合性能较好的合金之一,在航空航天领域得到的发展奠定了基础。了广泛的应用。含Zr的7050合金也存在着一些缺点,如1944年前苏联也开发出了与7075类似的B95高强Zn和Cu的含量提高,使铸造裂纹倾向增强,铸造前要求铝合金,该合金的成分(Al-6.0Zn
