Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金的研究进展

评述了国内外超高强铝合金的研究及应用概况,介绍了Zn、Mg、Cu等主要元素与Zr、Sc、Li、Ag、Be及稀土等微量元素对Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金组织与性能的影响,介绍了Al-Zn-Mg-Cu系合金制备技术、热处理工艺及其最新进展,讨论了超高强铝合金主要强化机制以及微观组织与性能之间的关系.针对超高强铝合金现存的问题,提出了今后研究开发的方向.     

Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的研究进展

Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金具有低密度、高比强度、高韧性和良好的抗腐蚀性能的特点,广泛应用于航空航天、交通运输和兵器领域。本文主要介绍近年来国内外Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的最新研究进展。超高强度铝合金基体上分布着纳米级的晶内时效析出相、亚微米级的高温析出相、微米级的结晶析出相和晶界析出相,这些相的形态、数量、尺寸和分布对合金的综合力学性能和抗腐蚀性能有直接的影响;主元素成分含量对超高强度铝合金综合力学性能有影响,合金的综合力学性能随Zn/Mg和Cu/Mg比值的变化而变化;微量元素能够提高超高强度铝合金的综合力学性能。微量元素对铝合金的影响主要体现在提高沉淀相的过饱和度,改变沉淀析出过程,促进或抑制沉淀相的析出和促进新相的沉淀析出。新制备技术能够显著细化晶粒、抑制偏析、析出相均匀分布和提高各种元素的过饱和度,从而改善超高强度铝合金的综合力学性能。强化固溶处理能够提高时效析出程度,从而提高铝合金的力学性能。三级时效处理后的超高强度铝合金具有峰值时效T6态的强度和优异的抗腐蚀性能。     

Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金等温复合挤压研究

以某回转体构件为对象,进行了等温复合挤压成形研究,通过有限元数值模拟,分析了成形过程中材料的流动,并以此为基础开展了工艺试验,试验结果表明,成形与模拟情况基本相符,挤压生产出的铝合金构件充型饱满,检测尺寸满足构件的要求,外表面无折叠、裂纹等缺陷,微观组织晶粒细小且分布均匀。     

喷射成形7055铝合金型材的力学性能

研究了工业级规格喷射成形7055铝合金经反向挤压和T76热处理后的金相显微组织、力学性能和断裂机理。结合OM、SEM、EDS、XRD和力学性能测试等分析方法,研究了该工业级规格的7055铝合金的初始组织、挤压工艺及热处理制度对显微组织和力学性能的影响。结果表明:喷射成形7055铝合金锭坯的晶粒呈等轴状,尺寸均匀,大小主要分布在20-40μm,没有明显宏观偏析。喷射成形锭坯经反向挤压和T76热处理后变形晶粒发生部分再结晶,组织致密;工业级规格产品T76态纵向抗拉强度可达680 MPa,延伸率为10%。     

Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的研究现状与发展趋势

分析了近年来超高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的成分设计、工艺优化、显微组织分析、力学性能测试及微量元素的作用，对今后的发展动向提出了一些新的看法：采用传统铸造技术得到的铝合金，Zn含量的最大值在8wt％左右，抗拉强度低于700MPa；采用喷射成形技术，Zn含量最大值能够超过12wt％，同时抗拉强度可达800MPa以上，大大提高了铝合金的强度；超高强度铝合金的固溶强化相主要为MgZn2相；经回归时效处理(RRA)后，合金同时具有T6的强度和T7X的抗应力腐蚀性能；微量元素对超高强度铝合金的组织和性能具有显著的影响。     

冷轧前热处理对6016-T4P铝合金组织和力学性能的影响

通过拉伸试验、电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)等检测手段,研究了在冷轧前分别进行固溶处理和过时效处理工艺对6016-T4P板材组织和力学性能的影响。结果表明:冷轧前进行固溶处理的6016-T4P板材比冷轧前进行过时效处理的6016-T4P板材塑性、强度和平面各向异性指数更高,晶粒度更小,晶界分布更均匀;而冷轧前进行过时效处理会弱化6016-T4P板材的再结晶织构强度并改变再结晶织构类型,进而改变板材平面内不同方向上的屈服强度并减小平面各向异性指数。     

回归时间对RRA处理超高强铝合金力学性能的影响

研究了回归时间对RRA处理后高Zn超高强度铝合金的组织和性能的影响.结果表明,以100℃/24 h为预时效和再时效参数,合金在200℃回归7 min的RRA(回归再时效)状态综合性能最好.其室温力学性能达到:σb=795 MPa,σ0.2=767 MPa,δ5=9.1%;抗应力腐蚀性能达到:在3.0%NaCl 0.5%H2O2腐蚀液环境及210 MPa拉伸应力下,断裂时间大于720 h.在200 ℃/7 min回归的RRA状态,其晶内的弥散粒子和再时效期间变窄的晶界无析出带保证了合金的超高强度.随着回归时间的延长,晶内粒子的弥散度下降,回归时形成的较宽的晶界无析出带不能再时效粒子填充而使强度大幅度降低.同时,处于该状态的合金具有优良的抗应力腐蚀性能,得益于晶界大尺寸,大间距粒子具有捕获氢原子、逸出氢气泡的作用,以及回归降低了晶界附近的位错密度、切断了氢原子向晶界迁移的通道.     

脉冲电流对7475铝合金超塑性变形力学性能的影响

旨在确定脉冲电流对7475铝合金超塑性变形的宏观力学性能的影响，以探求脉冲电流对降低7475铝合金超塑性变形条件的可能性，实验结果表明，施加脉冲电流后，合金的延伸率和反变敏感性指数都有很大提高，对于普通超塑性变形所能达到的延伸率，施加脉冲电流后在降低变形温度和提高变形速度的情况下仍能达到，电流对超塑性变形金属内物质迁移的促进应是产生这一现象的原因。     

强化固溶对含Sc超高强铝合金组织性能的影响

为了提高含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的固溶程度,减少未溶结晶相的数量,用极差分析方法对强化固溶处理制度进行了优化.采用拉伸试验、金相和透射电镜分析、扫描电镜观察和能谱分析等方法研究了强化固溶对合金力学性能和组织的影响.结果表明,与常规固溶相比,强化固溶后合金的屈服强度和抗拉强度分别提高了28MPa和18MPa,合金的断口形貌呈现晶内韧窝与沿晶破裂的混合断裂,强化固溶后合金的力学性能有所改善,残余的第二相数量明显减少,η′析出相也更细小、弥散.     

Mn和Zr对Al-Zn-Mg-Cu铝合金各向异性的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及室温拉伸、剥落腐蚀、晶间腐蚀等测试方法,研究了微量的Mn和Zr对Al-Zn-Mg-Cu铝合金的组织和性能各向异性的影响。结果表明,在Al-Zn-Mg-Cu-Ti合金中,分别添加微量的Mn和Zr,合金中对应析出细小弥散的Al6Mn和Al3Zr相,这两相均能抑制基体再结晶,促使合金的晶粒纵横比增大。合金的力学性能、抗晶间腐蚀和剥落腐蚀性能提高,但性能各向异性增大。同时,结果显示Zr对合金的组织和性能各向异性的影响显著大于Mn。     

2091 Al-Li合金的沉淀强化及对机械性能的影响

本文评价了2091 Al-Li合金薄板在不同热处理状态下的机械性能,使用透射与扫描电镜方法,研究了固溶热处理温度、时效温度、时间对δ′(Al_3Li)、S′(Al_2CuMg)和 T_2(Al_6Cu(Li、Mg)_3)相复合沉淀行为的影响,讨论了工艺参数-组织-性能之间的关系。     

泡孔尺寸对开孔泡沫铝合金力学性能的影响

在分离式霍普金森压杆(SHPB)和MTS810材料试验机上对多组孔径、多组密度的开孔泡沫铝合金(AA6101)材料进行了准静态与动态压缩实验研究。泡孔尺寸不仅影响着材料的屈服强度和塑性模量等,还影响着材料的应变率敏感性。另外,不同孔径的泡沫铝合金有不同的理想吸能效率。     

碳纤维复合材料修补带孔铝合金板的强度性能

研究了不同的复合材料补片、不同的胶粘剂、不同的表面处理方式、不同的修补粘接长度,对带孔铝合金板的修补拉伸强度的影响,探讨了带损伤的常用航空铝材。采用复合材料技术修复后,其强度恢复至满足使用要求的可能性。     

圆铝合金管混凝土短柱轴心受压承载力研究

开展了6根圆铝合金管混凝土(简称"CFACT")短柱的轴心受压承载力试验,套箍系数为0.57～1.26.分析了试件的破坏形态、轴压荷载-轴向应变曲线、截面横向变形系数、峰值荷载和延性.试验结果表明:CFACT轴压短柱发生鼓曲破坏或斜向剪切破坏;其表现出良好的组合效应,具有较高的承载能力与延性.利用ABAQUS有限元软件...     

硼对铜合金组织和性能的影响

研究了加硼铜合金的组织以及力学、腐蚀、腐蚀磨损和冲蚀性能。结果表明：硼能明显细化铜合金的组织，提高其强度、硬度，改善其耐蚀、耐腐蚀磨损及耐冲蚀能力；并确定硼在铜合金中的最佳含量范围。     

铸造铝合金组织对力学性能的影响

探讨了用于制造电力金具的ZL101A，ZL102和GZLSi7MgTi三种类型的铸造铝合金的不同的组织形成机理，并对这三种铸造铝合金的工艺、化学成分、显微组织和力学性能进行了试验、分析和对比，为生产高强度铸造铝合金提供了可供参考的处理工艺。     

基体性能对泡沫铝力学行为的影响

用渗流法制备了不同基体的开孔泡沫铝,利用MTS810和SHPB研究了其准静态和动态力学性能。实验结果表明,泡沫铝基体的性能对泡沫铝材料的力学行为有显著的影响。准静态压缩时脆性泡沫有非常长而平缓的屈服平台区,韧性泡沫的屈服段的应力随着应变的增加而缓慢增加。脆性泡沫的吸能效果总体优于韧性泡沫。     

GH132高温合金的低温力学性能

对ＧＨ１３２高温合金的低温力学性能进行了试验研究,给出了其在４．２,１３,２０,３０８,４０,７７Ｋ下的拉伸英线和试验结果,并且对其低温下的冲击韧性,泊松比、线膨胀系数等进行了较为全面的试验研究。结果表明ＧＨ１３２高温合金的低温性能也较为理想。     

SiO2对铝合金熔体直接氧化的影响

本文研究了在高温空气氛中涂覆在Al-Mg-Si合金表面的SiO₂对铝合金直接氧化的影响规律。实验揭示了SiO₂对Al-Mg-Si合金熔体直接氧化生长表面的形态的影响规律,发现SiO₂有助于Al₂O₃/Al复合材料以光滑的方式进行氧化生长,提高了材料的致密度。实验还发现,SiO₂可消减Al-Mg-Si合金熔体直接氧化所需的孕育期,缩短Al₂O₃/Al复合材料的生长时间。     

酸溶铝含量对车轮性能的影响

拟在车轮钢冶炼中采用降低钢中加铝量的工艺以杜绝因大尺寸Al2O3夹杂导致的车轮次表面疲劳破损，但减少钢中加铝量会导致钢中酸溶铝含量的降低，是否会影响成品车轮性能值得关注。为此，进行了实物车轮奥氏体晶粒度对比试验分析及成品车轮性能的统计分析。分析结果表明，将车轮钢中酸溶铝含量降低至0．010％以下，在现热处理工艺下，车轮奥氏体晶粒度和性能未发生明显变化，降低钢中加铝量这一工艺值得推广。