7_系超高强铝合金的强韧化研究进展及发展趋势_丛福官

（ 1． Key Laboratory for Anisotropy and Texture of Materials （ Ministry of Education） ，Northeastern University， Shenyang，110004，China； 2． Northeast Light Alloy Co． Ltd． ，Harbin 150060，China）
7085 铝合金是 Alcoa 公司于 2002 年成功研制 的一种新型超高强铝合金，与其他 7 × × × 系铝合金 相比，7085 铝合金具有高强度、高抗疲劳性能、高抗 应力腐蚀性 能 与 抗 剥 落 性 能、低 淬 火 敏 感 性 等 一 系 列优良性能［10］。7085 铝合金被成功用于 A380 客机 的机翼大梁 和 翼 肋，是 下 一 代 超 高 强 铝 合 金 厚 板 的 代表，也是当前国内外研究的热点之一。
1968 年，Alcoa 在 7001 铝合金的基础上，通过降 低 Cu、Cr 的含量，增大 w（ Zn） / w（ Mg） 比值等提高韧 性和抗应力腐蚀性能，开发出 7049 铝合金。1975 年 通过降低 Fe、Si、Mn 含量，开发出高韧性的 7149-T73 铝合金。1992 年通过进一步降低 Fe、Si、Mn 含量，优 化 Mg 和 Zn 成 分 范 围，发 展 出 7249 铝 合 金［4 － 5］。 1994 年，在控制 Fe、Si、Mn 含量的同时，用 Zr 代替 Cr
此外，前苏联在 1948 年开发出了与 7075 铝合 金类似的 B95 高强铝合金，并在 20 世纪 60 年代末 至 80 年代开发出一系列高水平的 7 × × × 系超高强 铝合金［4］，并形成了相对独立的铝合金研 发 体 系。 如 1971 年，通过降低 Fe、Si 杂质含量开发出 B95пч 和 B95оч 铝合金，这两种合金用于制造伊尔 96-300 型和图 204 型飞机，且现今还用来制造苏-27 和苏30 飞机的结构件。1956 年，首次向 Al-Zn-Mg-Cu 系 合金 中 添 加 Zr，研 制 出 合 金 化 程 度 和 强 度 更 高 的
Abstract： The research progress and development situation of strengthening-toughening of
ultra high strength 7 × × × aluminum alloy both in domestic and foreign countries have been fully summarized． The various new technologies for improving ultra high strength aluminum alloys properties have been commented． The increasing way and development tends for strengthening-toughening of the ultra-high strength 7 × × × aluminum alloy have been discussed． The development orientation for optimizing composition，improving preparation technology and developing new heat treatment technology have been prospected for improving the strengthening-toughening of ultra-high strength aluminum alloys． The important development efforts for future researching have been generalized．
1954 年，美国学者在 7075 铝合金的基础上提高 Zn、Mg 和 Cu 的含量，开发出了强度更高的 7178-T6 铝合金［4］，并 在 B707、B737 和 DC8 客 机 上 得 到 应 用。同年，开发出 SCR 优越的 7079 铝合金，并用于 制造 B-52 轰炸机起落架。当时研究航空铝合金主 要追求 高 的 静 强 度，忽 视 了 其 他 性 能 的 要 求。用 7075 铝合金制造机体的喷气式飞机于 1954 年发生 先后坠毁事 故，使 航 空 界 认 识 到 耐 损 伤 容 限 性 能 应 作为飞机选材的一个重要准则［4］。深入研 究 后 发 现，7075 和 7178 铝合金中含有的 Fe、Si 等元素形成 的夹杂相（ 如 Al7 Cu2 Fe、Al（ MnFe） Si 和 Mg2 Si 等） 在 低应力下容 易 破 裂 而 形 成 空 洞，随 即 在 外 力 的 作 用 下形成宏观裂纹，导致断裂韧性 KIC 降低。目前部分 国产超高强铝合金的断裂韧性偏低或不稳定的原因 之一就是 Fe、Si 夹杂相偏聚。1969 年在 7075 铝合 金基础上，通过降低 Fe、Si 含量，控制 Cr 含量，优化 Mn、Cu 和 Mg 含量以提高断裂韧性，研制出 7475 铝 合金，并应用在 F-16 和 C-58 飞机上［4］。
1975 年，加拿大 Alcan 及高强度的 7010 和 7012 铝 合金。20 世纪 80 年代，美国 Alcoa 公司在 7150 铝合 金基础上，进一步降低 Si、Mn 杂质元素的含量，提高 w（ Zn） / w（ Mg） 比值，保证材料具有高强度的同时又 具有 优 良 的 综 合 性 能，成 功 研 制 出 7055 铝 合 金［7 － 9］，并于 1991 年完成注册。7055-T77 铝合金制 品的强度比 7150-T6 的高约 10% ，比 7075-T6 的高 约 25% 。目前 7055-T77 铝合金用于 B777 客机的上 翼蒙皮、机翼桁条和龙骨梁等高强结构件。
来克服淬火 敏 感 问 题 和 调 整 晶 粒 尺 寸，同 时 适 当 提 高了 Zn 含量，开发出强韧性能更优的 7449 铝合金。
20 世纪 60 年代，美国以 7075 铝合金为基础，增 加 Zn、Cu 含量和 w （ Cu） / w （ Mg） 比值来提高强度， 用 Zr 代替 Cr 开发出高强度、断裂韧性和抗应力腐蚀 性能较好的 7050 铝合金，并于 1971 年在美国铝业 协会完成注册，该合金首先被用于 A6 入侵者和 F-18 飞机的抗压结构件［6］。此后，为改善 7050 铝合金的 韧性和抗剥 落 腐 蚀 性 能，通 过 调 整 主 合 金 成 分 和 降 低 Fe、Si 等杂质元素，1978 年开发出改良型的 7150 铝合金，该合金用于制造 B757、B767、A301 和 MD-11 等飞机上翼结构［3］。
7475 铝合金等） 、铝基复合材料等等。在 IM 法制备 高强高韧铝 合 金 的 研 发 过 程 中，主 题 是 追 求 材 料 的 强度和解决 由 此 带 来 的 抗 蚀 性 能、断 裂 韧 性 和 抗 疲 劳性能降低等的问题。本文重点评述了半个多世纪 以来，国内外采用 IM 法制造 7 × × × 系铝合金强韧化
1 国外 7 × × × 系超高强铝合金的发展
7 × × × 系超高强铝合金具有高的比强度和硬度、 良好的加工 性 能、较 好 的 耐 蚀 性 和 较 高 的 韧 性 等 优 点，被广泛应用于航空航天领域［1］。
1932 年，L J 韦伯提出在 Al-Zn-Mg 合金中添加 Cu 和 少 量 的 Mn，改 善 了 合 金 的 抗 应 力 腐 蚀 性 能 （ SCR） ，但仍有较敏感的应力腐蚀开裂 （ SCC） 倾向 而未得到应用［2］。1939 年，五十岚将 Cr、Mn 加入到 Al-Zn-Mg-Cu 合金中，开发出一种 ESD（ 超优硬铝） 合 金［2］，该合金具有高的强度和较好的抗应力腐蚀性 能，成为 首 个 在 飞 机 （ 舰 载 战 斗 机） 上 得 到 应 用 的 7 × × × 系超 高 强 铝 合 金。1943 年 美 国 开 发 出 7075 铝合金，并首次应用于 B-29 型轰炸机上，为超高强 铝合金的快速发展奠定了基础［3］。
2004 年 和 2005 年 先 后 开 发 并 注 册 了 7136、 7040、7056 和 7081 等铝合金，此类合金均是在严格 控制 Fe、Si 等杂质元素含量基础上，通过降低 Cu 含 量以减少残留相 Al2 CuMg，提高 Zn 含量来提高合金 的强度，从而确保合金强度的情况下，保证了合金的 抗疲劳性能、抗应力腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能。
收稿日期： 2011 － 11 － 20 第一作者简介： 丛福官( 1978 － ) ，男，吉林长春人，东北大学博士研究生。
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的研究进展，为 提 高 合 金 综 合 性 能 而 开 发 的 各 种 热 处理及加工新技术； 预测了超高强铝合金的强韧化 发展趋势，并 提 出 依 然 存 在 的 问 题 及 未 来 重 点 的 研 发方向。
Key words： 7 × × × aluminum alloys； microstructure； strengthening-toughening； heat treat-
ment； research progress
半个多世纪以来，航空航天需求的超高强7 × × × 系铝合金得到长足发展。主要有 IM（ Ingot Metallurgy） 传统熔铸铝合金，以 及 后 续 开 发 的 PM （ Powder Metallurgy） 粉 末 冶 金 铝 合 金 （ 如 烧 结 铝 材 等） 、SF （ Spray Forming） 喷射成型铝合金、超塑性铝合金（ 如
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B96ц 铝合金； 1970 年通过进一步降低 Fe、Si 杂质含 量，同时降低主合金元素含量，开发出塑性较好而强 度略有降低的 B96ц-3 铝合金； 1971 年通过降低 Si 含量开发出 B93пч 铝合金。