高强耐热铝合金制备及其组织性能研究
Al-Cu-Mg-Ag合金组织与性能
Al-Cu-Mg-Ag合金组织与性能发布时间：2023-01-13T08:22:48.933Z 来源：《中国科技信息》2022年16期第8月作者：张恩贵李泽江曹俊生姚芳[导读] 利用金相显微镜、电子万能材料实验机对Al-Cu-Mg-Ag合金的微观组织与力学性能进行了测试。
张恩贵李泽江曹俊生姚芳贵州航天新力科技有限公司贵州遵义 563003摘要：利用金相显微镜、电子万能材料实验机对Al-Cu-Mg-Ag合金的微观组织与力学性能进行了测试。
结果表明：随着时效时间的延长，合金晶界上的第二相先固溶于基体，又逐渐从基体中析出，合金的晶粒先增大后减小；合金的强度先急剧增加，后趋于平缓，塑性先减小后趋于稳定。
关键词：Al-Cu-Mg-Ag合金、时效工艺、微观组织、力学性能 Al-Cu-Mg铝合金由于具有较低的密度、良好的热稳定性以及优异的力学性能，被广泛应用在航空航天和汽车等领域[1]。
但是随着航空航天领域的快速发展对合金的要求越来越高，Al-Cu-Mg作为传统航空航天领域的重要材料，在工作温度超过150℃后力学性能会急剧下降，已无法满足耐高温性能的要求[2]。
为满足新一代航天飞行器的性能要求，需要提高传统耐热铝合金的高温综合性能。
目前，提高Al-Cu-Mg合金耐热性能的方式主要有两种方式，一是粉末冶金法；二是在添加耐高温合金元素以提高其耐热性能。
粉末冶金工艺复杂，成本极高且大型件难以生产，工业化生产受到限制。
因此，本文在Al-Cu-Mg合金中加入Ag元素来提高其耐热性能，并对 Al-Cu-Mg-Ag合金的时效工艺进行了探究。
1、实验采用纯铝、纯镁、纯银以及铝锆、铝锰、铝铜和铝钛等中间合金作为原材料。
将原材料采用半连铸的熔铸方式制备Al-Cu-Mg-Ag 合金铸锭并进行均匀化退火。
将均匀化后的铸锭进行切头去尾，并用车床去掉表面氧化皮。
在箱式电阻炉中先将铸锭加热后进行锻造，锻造完成后空冷。
在固溶炉后时效，随后进行空冷至室温。
铝合金材料的耐热性能研究
铝合金材料的耐热性能研究铝合金作为一种高强度、轻量化的材料，在工业领域被广泛应用。
但是在高温环境下，铝合金材料的力学性能会发生剧烈变化，这使得铝合金材料的高温耐久性成为了研究的热点领域。
本文将对铝合金材料的耐热性能研究进行探讨。
一、高温下铝合金材料力学性能的变化在高温环境中，铝合金材料的力学性能会发生剧烈变化，最主要的变化是材料的强度和硬度会下降。
这是因为在高温环境下，材料的屈服强度和持久屈服强度会显著下降，同时硬度也会随之降低。
此外，材料的断裂韧性和冲击韧性也会下降。
二、铝合金材料耐热性能的评价方法为了评价铝合金材料的耐热性能，需要进行一系列的试验。
其中比较重要的试验有高温抗拉试验、高温弯曲试验、高温蠕变试验等。
在高温抗拉试验中，试样在高温下进行拉伸试验，以评价材料的高温抗拉强度。
在高温弯曲试验中，试样在高温下进行弯曲试验，以评价材料的高温弯曲强度。
在高温蠕变试验中，试样在高温下进行蠕变试验，以评价材料在高温下的变形性能。
这些试验可以提供材料在高温环境下的力学性能数据，以判断材料的耐热性能。
三、改善铝合金材料的耐热性能的方法为了改善铝合金材料的高温性能，通常采用的方法有增加材料的强化相、调整材料的组织和成分、采用表面涂层等。
其中增加强化相一般采用纳米颗粒强化、奥氏体不稳定化强化等方法，可以有效提高材料的强度和硬度。
调整材料的组织和成分可以采用合理的热处理方案，以调整材料的晶粒度和相组成，进而提高材料的耐热性能。
另外，采用适当的表面涂层也可以提高材料的耐高温性能，如用钼或钨钢作为涂层材料，则可以有效地防止氧化和腐蚀，并提高材料的耐热性能。
四、铝合金材料的耐热性能对未来的发展意义随着科技的不断发展，人们对材料的性能要求越来越高，特别是在高温环境下的性能要求更是如此。
而铝合金作为一种重要的轻量化材料，在航空与航天、汽车等领域具有广泛的应用。
因此，提高铝合金材料的耐热性能，将有助于拓宽材料应用的领域，促进高端技术的发展。
《热变形SiC_p增强2024铝基复合材料的显微组织与力学性能》范文
《热变形SiC_p增强2024铝基复合材料的显微组织与力学性能》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对于材料性能的要求越来越高。
在众多材料中，铝基复合材料因其优异的力学性能和良好的加工性能，得到了广泛的应用。
其中，SiC_p（硅碳化物颗粒）增强2024铝基复合材料因其高强度、高硬度、良好的耐热性和抗蠕变性等特性，在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。
本文将重点研究热变形SiC_p增强2024铝基复合材料的显微组织与力学性能。
二、材料制备与实验方法本实验采用热变形工艺制备SiC_p增强2024铝基复合材料。
首先，选用优质的2024铝合金作为基体，SiC颗粒作为增强相。
在熔炼过程中，将SiC颗粒均匀分布在铝合金中。
随后，经过铸造、轧制、热处理等工艺过程，得到所需尺寸和形状的复合材料。
为了研究其显微组织和力学性能，我们采用了光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段进行观察和分析。
同时，通过拉伸试验、硬度测试和疲劳试验等方法，对材料的力学性能进行评估。
三、显微组织分析1. 显微组织结构通过OM和SEM观察，我们发现SiC_p增强2024铝基复合材料具有典型的金属基复合材料结构。
SiC颗粒均匀分布在铝合金基体中，两者之间结合紧密，无明显界面反应。
此外，铝基体中还存在一定数量的晶界和亚晶结构。
2. 晶粒形貌与分布通过TEM观察，我们可以更清晰地看到晶粒的形貌和分布情况。
SiC颗粒的加入使得晶粒尺寸减小，晶界更加清晰。
同时，SiC颗粒对晶粒的生长起到了阻碍作用，使得晶粒分布更加均匀。
四、力学性能分析1. 拉伸性能实验结果表明，SiC_p增强2024铝基复合材料具有较高的拉伸强度和延伸率。
这主要得益于SiC颗粒的加入使得材料在受力过程中能够更好地传递应力，从而提高材料的拉伸性能。
此外，热处理工艺也能显著提高材料的拉伸性能。
2. 硬度性能该复合材料的硬度明显高于纯2024铝合金。
超高强铝合金研究进展与发展趋势
超高强铝合金研究进展与发展趋势
邢清源;臧金鑫;陈军洲;杨守杰;戴圣龙
【期刊名称】《航空材料学报》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】超高强铝合金具有密度低、比强度高等特点,广泛应用于航空、航天、核工业等领域。
合金的极限强度已从第四代铝合金的600 MPa级,逐步发展到
650~700 MPa级、750 MPa级,甚至800 MPa级及以上第五代铝合金。
本文首
先对超高强铝合金的发展历程和国内外发展现状进行概述;随后,从成分设计与优化、熔铸与均匀化技术、热变形技术、热处理技术、计算机辅助模拟计算共五个方面对近些年的研究进展和所遇到的问题进行了总结和讨论;最后,结合未来装备的发展需
求和国内的技术现状,指出“深入研究基础理论,解决综合性能匹配等问题以及在特
定应用场景下专用材料的推广应用”是超高强铝合金的发展趋势和重要方向。
【总页数】12页(P60-71)
【作者】邢清源;臧金鑫;陈军洲;杨守杰;戴圣龙
【作者单位】中国航发北京航空材料研究院铝合金研究所;北京市先进铝合金材料
及应用工程技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.21
【相关文献】
1.7×××系超高强铝合金的强韧化研究进展及发展趋势
2.高强耐热6×××系铝合金的研究现状及其发展趋势
3.Al-Zn-Mg-Zr高强度铝合金超塑性的研究(Ⅰ)——制取工艺、超塑性力学特性及显微组织
4.Al-Zn-Mg-Zr高强度铝合金超塑性的研究(Ⅱ)——超塑性变形过程中显微组织的变化
5.超高强7XXX系铝合金的研究现状及发展趋势
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ly12铝合金的热处理_概述及解释说明
ly12铝合金的热处理概述及解释说明1. 引言1.1 概述本篇文章主要探讨了ly12铝合金的热处理方法及其对该合金性能的影响。
ly12铝合金是一种常见的铝合金材料，具有优良的力学性能和应用前景。
通过针对不同热处理方法对该材料的影响进行深入研究，可以进一步改进其力学性能和使用寿命。
1.2 文章结构本篇文章共分为5个部分，包括引言、正文、热处理工艺参数的选择、ly12铝合金热处理常见问题与解决方法以及结论与展望。
在引言中，首先概述了本文的目标和重要性，并介绍了文章结构。
1.3 目的本文旨在系统地介绍ly12铝合金的热处理方法，并分析这些方法对其力学性能和组织结构的影响。
同时，也将讨论在实际工程应用中可能出现的问题以及相应的解决方案。
通过这些内容的讨论与总结，我们希望能够为相关领域提供指导，并为进一步改进和优化热处理工艺提供参考。
（以上所写仅供参考，请根据实际情况进行修改。
）2. 正文2.1 ly12铝合金的特性及应用:ly12铝合金是一种常见的高强度铝合金材料，具有良好的耐热性、机械性能和抗腐蚀性。
它主要由铝、铜、镁等元素组成，通常用于航空航天、汽车制造以及工程结构等领域。
2.2 热处理方法介绍:热处理是通过控制材料在一定温度下进行加热或冷却，以改变其组织结构和物理性能的过程。
对于ly12铝合金而言，常见的热处理方法包括时效处理、固溶处理以及淬火处理等。
2.3 热处理对ly12铝合金性能的影响:热处理可以显著影响ly12铝合金的力学性能和组织结构。
通过适当调控热处理参数，可以实现改善合金的硬度、强度和韧性等方面的性能。
此外，热处理还可消除内部应力，并提高材料的抗氧化和耐腐蚀性能。
3. 热处理工艺参数的选择:3.1 温度控制要点:选择适当的温度是热处理过程中的关键因素。
对于ly12铝合金而言，温度一般设置在350-500摄氏度范围内，以保证合金达到所需的组织结构和性能。
3.2 时间控制要点:热处理时间的选择主要取决于合金的大小和厚度。
高性能铝合金材料及应用技术
（1）高性能铝合金材料及应用技术研究开发出高强度铝合金材料及液态成形技术，成果已应用于生产并实现产业化。
主要进行以下方面的研究和服务：高强度Al-Cu合金、Al-Si合金；金属型模具设计；铸型充填及凝固过程控制；铝合金铸件缺陷攻关；铝合金零件的树脂砂铸造工艺，易溃散覆膜砂的开发应用等。
（2）半固态成形技术研究半固态成形技术被认为是21世纪最具发展潜力的精确成形技术之一。
本方向主要研究开发新型半固态流变成形技术，半固态流变充填机理，半固态成形工艺过程控制，以及新型半固态合金材料等。
下图（图6）为所制备的AZ91D镁合金半固态组织。
图6 AZ91D镁合金半固态组织（3）金属基复合材料的制备与成形技术通过改变增强物与基体金属的润湿性，研究各种不同金属基体的无压渗透制备技术及自生复合材料技术。
研究挤压或低压条件下陶瓷材料增强金属基体的复合材料零件的成形技术。
研究纳米陶瓷颗粒增强金属基体的制备技术，获得超高强度的轻合金基复合材料。
下面几图表示已取得的部分研究成果。
图1、图2表示Al2O3颗粒增强Al-Si合金时，颗粒/固体/液体的接触角大于90o，Al2O3颗粒被生长的固相所排斥。
相反，图3、图4表示通过添加合金元素后，颗粒/固体/液体的接触角变为小于90o，颗粒被生长的固相所捕捉，实现了在固相的均匀分布。
图1图2图3 图4图5所示为制备的SiC/Al-Si复合材料的显微组织。
图5 SiC/Al-Si复合材料的显微组织（4）高性能铝合金、镁合金材料研究作为轻量的结构材料，铝合金、镁合金材料的应用正以很快的速度增长。
研究开发具有高强度、高耐磨、耐热性能的铝合金及镁合金材料，以及铝合金、镁合金零件的成形制备工艺技术。
铝合金研究主要包括高硅铝硅合金及复合变质剂等.下图为已开发的具有高耐磨耐热性及高强度的铝硅合金。
图7 Al-22%Si-Cu-Mn-Mg合金组织（5）成形过程及组织与性能的计算机模拟通过计算机模拟材料成形新工艺过程的经时变化，以及数学及物理模拟，如半固态成形的组织演变，成形新工艺的充型过程，以及不同制备条件下材料的微观组织模拟与性能预测。
铝合金的高温力学性能研究
铝合金的高温力学性能研究随着科学技术的不断进步和工业的发展，材料科学研究日益受到关注。
铝合金作为一种优质的轻质金属材料，在航空航天、汽车制造、建筑、电子等领域得到了广泛应用。
然而，在高温环境下，铝合金的力学性能可能会发生变化，因此对其高温力学性能的研究至关重要。
高温条件下，铝合金的力学性能主要包括抗拉强度、屈服强度和断裂韧性等方面。
为了研究这些性能的变化规律，研究人员采用了多种实验方法和数值模拟技术。
首先，采用拉伸试验是研究铝合金高温力学性能的常用方法之一。
研究人员通常在高温下对铝合金进行拉伸试验，测量其应力-应变曲线，从而得到抗拉强度和屈服强度等力学性能参数。
这些实验可以帮助研究人员了解铝合金在高温下的变形行为和力学性能变化规律。
其次，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等显微镜技术被广泛应用于铝合金高温力学性能的研究中。
这些技术可以观察和分析铝合金的微观结构和微观组织，揭示材料的晶粒生长、晶界滑移和相变等变化过程。
通过这些观察，研究人员可以更好地理解铝合金在高温下的力学性能变化机制。
此外，数值模拟技术在铝合金高温力学性能研究中也发挥着重要作用。
有限元分析（FEA）和分子动力学模拟（MD）等方法可以模拟和预测材料在高温下的变形行为和力学性能。
通过调整模拟参数，研究人员可以研究不同条件下铝合金的高温力学性能。
这些数值模拟结果可以为实验设计和材料开发提供重要的指导。
通过以上方法和技术，研究人员对铝合金的高温力学性能进行了广泛而深入的研究。
一些研究发现，高温条件下，铝合金的抗拉强度和屈服强度可能会降低，其主要原因是晶格缺陷的形成和扩散增加了材料的位错密度。
此外，铝合金的断裂韧性也可能会受到高温的影响，从而导致材料的脆性断裂。
为了改善铝合金的高温力学性能，研究人员还进行了许多工艺改进和合金设计。
例如，通过合金化添加稀土元素、微合金元素和过渡金属等，可以增强铝合金的高温强度和耐热性。
此外，采用热处理和表面涂层等工艺也可以改善铝合金的高温力学性能。
热处理对铝合金材料组织和性能的影响
热处理对铝合金材料组织和性能的影响随着现代科技的飞速发展，铝合金材料越来越被广泛应用于各个领域。
热处理技术作为一种重要的材料处理方法，不仅可以改善铝合金材料的组织性能，也可以提高材料的使用寿命和可靠性。
本文将探讨热处理对铝合金材料组织和性能的影响。
一、热处理对铝合金材料组织的影响1.固溶处理固溶处理是指将铝合金材料加热至温度区间内，使金属中固溶的合金元素逐渐溶解进铝中形成固溶体，进而改善材料的强度和韧性。
固溶处理后，铝合金材料的显微组织比原来更加均匀，晶粒细化，降低了材料的内部应力和晶界能量，进一步提高了材料的塑性和韧性。
2.时效处理时效处理是指在固溶处理完成后，将材料冷却至室温，然后将其再次回火至一定的温度，保持一定的时间，使固溶体溶剂中逐渐析出出新的金属相，引起材料组织的硬化和强化。
经过时效处理后，铝合金材料的显微组织不仅保持了固溶处理晶粒细化的特点，且定向分布了少量的二次相，提高了材料的强度、硬度和耐热性。
二、热处理对铝合金材料性能的影响1.强度和硬度热处理可以使铝合金材料的强度和硬度得到显著提高。
固溶处理通过提高材料的塑性和韧性，使其呈现出一定的初始强度；时效处理能够引起铝合金组织中二次相的析出，使材料的硬度得到进一步的提升。
2.耐腐蚀性铝合金材料在固溶状态下易受到腐蚀的侵蚀，而经过热处理后，由于固溶体中的合金元素已经分散到铝矩阵中形成稳定的统一结构，在固溶状态下较难被腐蚀剂侵蚀，从而使合金材料的耐腐蚀性得到了显著提高。
3.疲劳寿命铝合金材料在长时间使用后易出现疲劳裂纹，进而降低材料的使用寿命和稳定性。
经过热处理后，铝合金材料的组织得到了改善，内部应力得到一定的缓解，从而使其具有更好的疲劳寿命和韧性。
综上所述，热处理是一种非常有效的材料处理技术，能够改善铝合金材料的组织和性能。
但是，在实际应用中需要根据不同的铝合金材料和使用要求，合理选择热处理工艺和参数，以充分发挥其优点，并保证材料的使用寿命和可靠性。
三种铝合金组织及阻尼性能研究
三种铝合金组织及阻尼性能研究某些领域应用的铝合金不仅要求高的力学性能，为提高其隐蔽性、灵敏性及工作寿命，还要求具有一定的内耗性能。
论文通过组织观察、力学性能及内耗性能测试研究了三种铝合金组织及内耗性能特征。
作为高耐蚀性能和内耗性能的Al-Mg-Mn系合金在舰船上应用十分广泛，论文第一部分研究了微量Sc、Zr对Al-6.0 Mg-0.5 Mn合金各状态（铸态，均匀化退火态，冷加工态，退火态）的组织、再结晶行为及内耗性能的影响，得出的主要结论是：（1）微量Sc、Zr（0.21Sc，0.15Zr）的加入显著细化Al-6.0 Mg-0.5 Mn合金铸态组织。
形成的Al<sub>3</sub>Sc<sub>1-x</sub>Zr<sub>x</sub>相在不同状态具有不同的分布形态，且其对位错、晶界、亚晶界有强烈钉扎作用，从而稳定Al-6.0 Mg-0.5 Mn合金组织，抑制合金再结晶。
（2）冷变形（变形率为54％）后经250℃／2h退火处理的Al-6.0Mg-0.5Mn-0.21Sc-0.15Zr合金的内耗表现出非线性特征，频率越低，或温度越高，合金内耗越大。
在频率为1Hz、应变振幅为4.6×10<sup>-5</sup>下，升温Q<sup>-1</sup>-T曲线上在326℃产生内耗峰，该峰是由轧制过程及250℃／2h退火处理中产生的位错、细小的沉淀相Al<sub>3</sub>Sc<sub>1-x</sub>Zr<sub>x</sub>相互作用引起的，可由Al<sub>3</sub>Sc<sub>1-x</sub>Zr<sub>x</sub>沉淀粒子与位错脱钉机制解释。
铝合金的研究与应用
铝合金的研究与应用铝合金是一种具有优异性能的现代功能材料，可广泛应用于航空、汽车、轨道交通、建筑、电子等领域。
在近年来，随着科技的发展和对环保性能的要求不断提高，铝合金的应用越来越广泛。
本文将从铝合金的材料性能、组织显微结构、生产工艺以及其应用等方面进行介绍和探讨。
第一章铝合金的材料性能1.1 密度小、比强度高、导热性好铝合金的密度只有传统钢铁的1/3左右，且具有良好的物理和机械性能，如疲劳强度、抗腐蚀性、耐热性和导热性能等。
铝合金的比强度高，人们可以通过控制铝合金中其他元素的含量，使其满足不同的应用要求。
此外，铝合金具有良好的导热性，因此非常适合制作散热器等产品。
1.2 可塑性强、形变加工性好铝合金在加工成型时，具有较好的可塑性和形变加工性能，因此适用于车身、油箱、壳体、行李架、车轮和车架等汽车零部件的制造。
同时，铝合金在制造航空零部件中，因为其轻质化、强度好、耐腐蚀性能好等特性，也被广泛应用于航空制造业。
1.3 耐腐蚀性好、尺寸稳定性强铝合金具有较好的耐腐蚀性和尺寸稳定性能。
因此适合用于制造具有高度精度要求的产品，如电子器件、光学仪器和医疗器械等。
第二章铝合金的组织显微结构2.1 固溶态晶粒尺寸铝合金的组织显微结构对其性能有很大影响。
在制造铝合金的过程中，晶粒成长是不可避免的。
因此，需要通过控制凝固速度和合金化学元素等条件来控制晶粒的尺寸。
与此同时，固溶态铝合金的晶粒也会发生严重的成长，从而影响其性能，因此需要采用热处理进行晶粒细化。
2.2 含沉淀物的析出状态铝合金中含有很多沉淀物，如Mg2Si、MgZn2等。
在析出状态下，这些沉淀物具有极高的强度，因此可以显著提高铝合金的力学性能。
而且，这些沉淀物的含量、尺寸和分布状态对铝合金的性能同样会造成影响。
2.3 金属间化合物有助于提高强度在铝合金中添加一些金属间化合物，如Al3Zr、Al3Ti等，可以显著提高铝合金的强度和塑性。
同时，金属间化合物的性质也受到一些因素的影响，例如，含量、尺寸、分布状态和热处理等。
Al-Cu-Mg-Ag系新型耐热铝合金研究进展.ashx
但是，所有实验合金在各个方向上的断裂韧度均达 到了高强铝合金的最低要求。另外，当ｃｕ含量超 过极限固溶度５．６％时，低ｃｕ合金的断裂韧度明显 高于ｃｕ含量为６．５％的合金。合金的断裂韧性对 比示于表２；（３）１５０和１８０℃的加速蠕变实验表明， ｃｕ含量为５．６和６．５％的实验合金的抗蠕变性能明 显优于其他２０００系合金，在１５０℃较低应力水平条 件下（２００ＭＰａ），合金的蠕变过程非常缓慢。实验合 金与几种２０００系合金的蠕变性能对比如图４；（４） Ａ１－５．６Ｃｕ＿０．４５Ｍｇ＿０．４５Ａｇ．０．３０Ｍｎ－０．１８ｚｒ的综合性 能最好，可以获得室温强度、断裂韧性以及１５０℃下 合金蠕变强度的良好配合。
收稿日期：２００６－０１．１１；修订日期：２００６旬３－２８ 作者简介：张坤（１９７６一），女，博士研究生，主要从事铝合 金强韧化的研究，（Ｅ·ｍａｉｌ）ｚｈｋ７６ｘ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
发展方向。
１ Ａｌ—Ｃｕ—Ｍｇ—Ａｇ系合金的成分设计
上世纪８０年代，Ｃｈｅｓｔｅｒ和Ｐｏｌｍｅａｒ等人在２０１４ 合金（Ａ１４．３ｃｕ∞．５Ｍｇ国．８ ｓｉ旬．６Ｍｎ）的基础上微调 合金成分，系统研究了高纯Ａｌ一４Ｃｕ毋．３Ｍｇ七．４Ａｇ合 金。结果表明，该合金可以稳定工作在１２５— １５０℃。Ｍｕｒａｍｕｌｌａ和Ｐｏｌｍｅａｒ等人以２２１９合金（Ａ１－ ６．３Ｃｕ旬．３Ｍｎ旬．１８ｚｒ国．１Ｖ）为基础，研制成功Ａｌ一 ６．３Ｃｕ旬．４５Ｍｇ一０．４Ａｇ一０．３Ｍｎ一０．２ｚｒ，并申请了美国、 瑞士和欧洲的专利卜ｊ１。研究表明，该合金西９ｍｍ 挤压棒Ｔ６态的抗拉强度和屈服强度分别达到５８７ 和５１７ＭＰａ，光滑试样的疲劳性能优于２６１８，加速蠕 变实验（１８０℃）时表明合金的耐热性能较好。另 外，与２２１９合金一样，该合金也可以焊接。正是由 于该合金的良好性能，被用于制造增压器和地面气 体涡轮发动机的锻造叶轮。
高性能挤压铸造铝合金研究进展徐华杨
高性能挤压铸造铝合金研究进展徐华杨发布时间：2021-09-10T01:11:17.038Z 来源：《福光技术》2021年11期作者：徐华杨[导读] Al-Cu 系合金具有较高的强度和良好的耐热性，但其凝固区间较大，易形成缩松和热裂等铸造缺陷。
扬州凯翔精铸科技有限公司江苏扬州 225800摘要：航空航天、汽车等领域的快速发展对低成本、高质量、高性能铝合金提出了极大需求，而采用挤压铸造成形方法制备的铝合金零部件具有组织致密、各向异性弱、铸造缺陷少和力学性能高等优势。
目前，开发具有自主知识产权的适于挤压铸造的合金体系及其制备工艺是发展挤压铸造产业的关键。
对直接挤压铸造、间接挤压铸造和半固态挤压铸造等方法进行了对比分析，并对挤压铸造铝合金进行了归类与整理，为今后采用挤压铸造制备高性能铝合金零件提供参考。
最后，指出了发展挤压铸造铝合金零件面临的挑战和今后需要研究的重点。
关键词：挤压铸造；铝合金；铸造缺陷；微观组织；力学性能1Al-Cu 系合金Al-Cu 系合金具有较高的强度和良好的耐热性，但其凝固区间较大，易形成缩松和热裂等铸造缺陷。
相较于普通铸造，挤压铸造Al-Cu 系合金铸件的铸造缺陷较少，力学性能明显增强。
JAHANGIRIA 等发现，增大挤压铸造压力 ( 一定范围内 ) 和降低浇注温度可使AA2024 合金晶粒细化、孔隙率减少。
当浇注温度为 700℃、比压为140MPa 时，枝晶间距和孔隙直径分别减小到 12.5μm 和 0.25μm，并出现平均粒径为 80nm 的超细晶粒。
石亚等发现，随熔体温度升高，挤压铸造 Al-5.0Cu-0.6Mn-0.5Fe- 0.1Ti-0.1RE 合金中 α-Al 二次枝晶间距、第二相体积分数和铸造缺陷均减小。
当合金熔体温度为 650℃时，抗拉强度和伸长率分别达到299MPa 和 17.5%。
然而，挤压铸造 Al-Cu 系合金依然会出现缩松、热裂纹等铸造缺陷。
在比压为 50MPa、浇注温度为 730℃和模具温度为250℃时，挤压铸造 Al-5Cu-0.4Mn 合金会出现缩松、裂纹等铸造缺陷。
高强铝合金的发展及其材料的制备加工技术
高强铝合金的发展及其材料的制备加工技术摘要：国内外高强铝合金发展的理论基础及其材料的制备加工技术.针对大规格高性能铝合金材料的成分设计、熔炼、均匀化、固溶、淬火、预拉伸以及时效各工序的相关技术的研究热点和发展进行了介绍和讨论.并对我国该类铝合金及其发展和应用提出了建议.关键词：高强铝合金；铝合金结构材料；铝合金设计；铝加工高强铝合金具有密度低、强度高、热加工性能好等优点，是航空航天领域的主要结构材料.现代航空航天工业的发展，对高强铝合金的强度和综合性能提出了更高的要求.一、超高强铝合金的研究现状目前，对超高强铝合金的研究主要集中在两个方面：一方面是以合金化的手段开发新型合金。
即通过研究微量元素在铝合金中的作用，优化微量元素的添加量和添加工艺研制高性能铝合金，其典型代表是Al-Li合金；另一方面是以工艺手段对现有的铝合金进行改良，理论和实践都证明这种改良是有效的。
1.铝合全熔体净化技术。
研究事实表明：铝熔体的净化对于提高铝合金的性能，特别是断裂韧性十分有利。
铝熔体的净化可分为炉内净化和炉外净化两种方式。
炉内净化根据其净化机理可分为吸附净化和非吸附净化（真空处理）两大类。
炉外净化可分为在线除气、在线过滤和联合在线处理等方式。
目前，经先进的净化处理后，熔体中的氢含量可低于0。
1ml 100gAl，氧含量低于6ppm，钠含量低于2ppm，非金属夹杂物<5μm。
2.铝合全的强韧化技术。
从理论上说，用工艺手段提高金属的强度有两条途径，第一条是完全消除金属内部的位错和其它缺陷，使它的强度接近其理论强度（己经证明完整晶体屈服强度的理论值比实测值高出千倍以上）。
但目前这样做还相当困难。
另一条就是在晶体中引入大量的缺陷，以阻碍位错的运动（己经证明金属的塑性变形是位错的运动造成的）提高金属的强度。
例如采用固溶强化、细晶强化、第二相强化（沉淀强化、弥散强化）和应变强化等。
值得注意的是有效地综合利用这些强化手段，也可以从另一方面接近于金属的理论强度，例如在铁和钛中可以达到理论强度的38%。
热变形方式对2D70铝合金组织与性能的影响
热变形方式对2D70铝合金组织与性能的影响利用光学显微镜、力学性能测试和投射电镜对分别对合金棒材锻造过程中的组织和进行热处理过程中的组织进行观察，对两种情况下的合金组织进行对比观察。
结果表明，强变形工艺所获得的合金组织相对常规变形方式的均匀且各类第二相分布合理；合金棒材抗过时效能力在195℃人工时效阶段更具优越性，2D70合金热稳定性相对较好。
标签：耐热铝合金；强变形；锻造；组织变化引言2D70铝合金属于耐热铝合金，这种铝合金强度高、具有耐高温性能，是可热处理强化合金，有着良好的综合性能，广泛应用于航空航天领域。
对于军用飞机的中央地板、接头肋、横梁和框板飞机的翼梁等部件，往往是用2D70铝合金制造的。
2D70合金是降低Si元素含量形成的，同时加入A19FeNi的Fe和Ni 等能形成稳定金属间化合物。
2D70铝合金在常温下与普通合金的强度相差无几，但是在高温下的强度却比普通合金高很多，具有良好的工艺性能，2D70铝合金主要用于制造需要耐高温的机械零件，温度大约为150℃到250℃之间。
随着我国航空航天事业的飞速发展，我国对于耐热合金的改进也提出了新的要求。
世界对于2D70合金的研究相对较少，尤其是热变形方式对于2D70合金影响的研究更是很少。
本实验旨通过研究2D70耐热铝合金在锻造过程中和热变形过程中微观组织、力学性能的变化，以此作为热变形工艺优化的实验及理论基础。
1 实验方法实验用2D70铝合金制成的合金棒材作为实验品，如表1所示。
首先对合金棒材进行锻造，随后对锻造后的合金棒材进行了热变形加工和常规变形加工，使合金棒材中大量可溶非平衡共晶得到了最大限度的消耗。
在此基础上进行固溶处理，固溶制度所采用的是540℃×2.5h，完成后进行淬火处置，为了准确探究热变形方式对合金棒材锻造过程中组织性能的影响，实验采用不同的热变形方式。
选取1/3半径处作为最具代表性的方式，进行横纵截面合金组织进行对比并分析不同固溶态和变形态材料的差异性，从而进行比较研究。
zl114a合金热处理工艺研究
zl114a合金热处理工艺研究引言在现代工业领域中，合金热处理工艺是一项重要的技术，可以改善合金材料的性能和特性。
本文将对zl114a合金的热处理工艺进行研究和探讨。
二级标题1：zl114a合金的特性zl114a合金是一种高强度、耐热的铝合金材料，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
它具有以下特性： 1. 高强度：zl114a合金具有较高的抗拉强度和屈服强度，适用于承受高负荷和应力的工作环境。
2. 耐热性：zl114a合金具有良好的耐高温性能，可以在高温环境下长时间工作而不失去其力学性能。
3. 抗腐蚀性：zl114a合金对一些常见的腐蚀介质具有较好的抗腐蚀性能，能够在恶劣的工作环境下保持稳定。
二级标题2：热处理工艺的目的热处理工艺是通过控制合金材料的加热和冷却过程，改变其组织结构和性能，以达到特定的要求。
对于zl114a合金，热处理工艺的目的主要包括： 1. 提高强度：通过热处理工艺，可以使zl114a合金的晶粒细化，增加位错密度，从而提高其强度。
2. 改善耐热性：热处理可以使zl114a合金的晶界更加稳定，减少晶界的脆化现象，提高其耐高温性能。
3. 优化耐腐蚀性：通过热处理工艺，可以调整zl114a合金的化学成分和晶粒结构，改善其抗腐蚀性能。
二级标题3：常用的热处理工艺针对zl114a合金，常用的热处理工艺包括： 1. 固溶处理：将zl114a合金加热到固溶温度，然后迅速冷却，以达到晶粒细化和固溶元素均匀分布的目的。
2. 时效处理：在固溶处理的基础上，将zl114a合金再次加热到时效温度，保温一定时间后冷却，以进一步调整合金的组织结构和性能。
3. 淬火处理：将zl114a合金加热到高温，然后迅速冷却，以使合金材料达到较高的强度和硬度。
三级标题1：固溶处理工艺步骤固溶处理是zl114a合金热处理的关键步骤之一，其工艺步骤包括： 1. 加热：将zl114a合金加热到固溶温度，一般为500-550摄氏度。
高强Al-Cu合金2219焊接接头组织与性能
高强Al-Cu合金2219焊接接头组织与性能研究了高强Al-Cu合金2219 MIG焊焊接接头组织与性能。
2219铝合金焊缝显微组织为α(Al)+ α（Al）-CuAl2共晶，焊接接头中焊缝硬度值最低，焊缝拉伸性能最差，因此焊缝为焊接接头最薄弱区。
2219铝合金焊接接头力学性能远低于母材的力学性能，强度系数仅为母材的63.2%。
焊接接头经过人工时效处理，降低了焊接接头塑性，提高了接头强度，强度系数达到母材的67.6%。
0 序言铝铜合金也称硬铝合金，可热处理时效强化，具有很高的室温强度及良好的高温和超低温性能[1]，因此铝铜合金是工业中应用广泛的金属结构材料之一。
在铝铜系列合金中，多数合金的焊接性能不良，焊接接头强度系数仅为母材的60%[2]，严重制约了铝铜合金在工业中的进一步应用。
2219铝合金是一种高强、耐热、焊接性相对较好的铝铜合金[3]，由于国内对其焊接性能研究较少，其主要作为优良的贮箱结构材料，因此，研究2219铝合金焊接接头组织与性能，有利于进一步扩展2219铝合金的应用范围。
1 试验材料及试验方法试验材料为板厚20mm的2219-T87高强铝铜合金，焊丝为ER2319，直径为1.6mm。
2219铝合金及ER2319焊丝化学成分见表1。
焊接设备采用德国CLOOS公司生产的Qunito 503 MIG焊机，保护气体为纯度99.9%的氩气。
焊接后从试板上沿焊缝横向截取试样，加工成拉伸试样。
对拉伸试样进行时效处理，人工时效工艺为：160℃时效16小时。
拉伸实验在AG-250KNE电子拉伸实验机上进行。
用MICROMET硬度仪测量焊接接头横截面的维氏硬度变化，压头载荷为5Kg。
用E2-X30P/R型光学显微镜观察显微组织，用JB-30能谱仪进行化学成分分析，最后利用SSX-550扫描电镜对断口进行分析。
表1 2219铝合金及ER2319焊丝化学成分（质量分数,%）2 试验结果和讨论2.1母材及焊缝显微组织图1 和图2 分别为母材及焊缝显微组织。
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变形耐热铝合金是指经过熔炼铸造成铸锭后经过轧制或者挤压等后续工艺加工成所需要的半成品，满足不同需要的铝合金。为保证足够的塑性变形能力，合金的组织主要为固溶体，另外合金中应包含少量第二相以提高其耐热强度。主要体系有Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝和Al-Cu-Mn系耐热硬铝，近些年科研人员又开发了耐热性更好的Al-Cu-Mg-Ag系变形铝合金。目前变形耐热铝合金在航空、航天上应用较多，如火箭和导弹壳体、导弹尾翼、超音速飞机蒙皮、飞机机翼等[6]。
1 绪论
1.1 引言
铝占地壳总量的8.3%，比铁的含量多一倍，是地壳中分布最广、储量最多的金属元素。铝合金质量轻、比强度高和高韧耐腐蚀、易加工成型等特点，使其在现代高端装备制造业中有着其他金属不可替代的作用。当前，铝合金已经成为航天器及飞机轻量化的重要材料。直到2012 年，民用飞机的铝化率约占75%，在新型的B777 客机上，铝合金占机体结构质量的70%，表1.1示出了一些干线客机各种材料结构比例。数据显示，每减少1磅航空航天材料，商用飞机的费用可减少300美元，另外，在节约成本的同时，还可大大减少惯性，提高飞行性能，由此可见材料的轻量化将会带来巨大的减重效益。
1.2.1.1 Al-Si系铸造耐热合金
图1.1 Al-Si二元相图
Al-Si二元合金属于简单共晶型合金，共晶点为12.6wt.%Si，二元相图如图1.1所示。合金的铸造性能（如流动性和热裂倾向等）会随着合金中Si含量的增加而提高，在共晶成分附近达到最优。铸造Al-Si合金中Si量一般在4%~20%之间。低Si合金（亚共晶Al-Si合金）的强度较高且塑性也相对较好，而高Si合金（Si含量≥14 wt.%）的热膨胀系数较低且耐磨性较高。
表1.2 Al-Si系合金牌号及化学成分（wt.%，余量为Al）
表1.3 Al-Si系合金室温和高温力学性能
合金牌号 铸造方法 热处理状态 室温 高温
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 伸长率/% 温度/℃ 抗拉强度/MPa 伸长率/%
1.2.1.2 Al-Cu系铸造耐热合金
图1.2 l-Cu二元相图
Al-Cu二元相图如图1.2所示。共晶温度下Cu在Al中最大溶解度为5.7wt.%，在半连续铸造（特点是冷却速度较快）条件下的溶解度仅为1~3wt.%。合金的力学性能随着Cu含量的增加而提高，在5.0wt.%附近达到最优。铸造Al-Cu合金中Cu含量为3%~11%，可热处理强化，有较好的室温机械性能和热稳定性，常用于制造服役温度在300℃~350℃之间形状简单的铸件。但是铸造充型和抗热裂性能不好，耐蚀性也比其他铸造铝合金差，线膨胀系数较大。Al-Cu系铸造耐热铝合金中ZL205A、ZL208（中国）以及RR350（英国），A201.0、206.0（美国）等牌号均已用于发动机部件的铸造，如汽缸、活塞和缸盖等。具有代表性的Al-Cu系合金牌号及化学成分见表1.4，其室温和高温性能见表1.5。
1.2 耐热铝合金的研究现状
1.2.1 铸造耐热铝合金
铸造耐热铝合金是指经过熔炼铸造的方法制备而无需进行后续变形加工制备的铝合金，具有较好的热稳定性，合金中第二相沿着晶界呈网状骨架分布，可以有效阻碍合金元素扩散过程和位错运动，不发生明显的再结晶和长大现象，但缺点在于其组织粗大且分布不均匀，往往有偏析、气孔和夹杂等缺陷，塑性和强度一般比变形耐热铝合金低。目前研究和应用最多的是Al-Si系和Al-Cu系合金。
表1.4 Al-Cu系合金牌号及化学成分（wt.%，余量为Al）
表1.5 Al-Cu系合金室温和高温力学性能
合金牌号 铸造方法 热处理状态 室温 高温
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 伸长率/% 温度/℃ 抗拉强度/MPa 伸长率/%
在Al-Cu系铸造铝合金的发展中，A-U5GT由法国人于20世纪初研制成功并投入生产，历史悠久、应用广泛，已列入法国国家标准和法国宇航标准。20世纪70年代，美国铝业协会牌号A201.0和206都是在A-U5GT基础上改进而成的。201.0力学性能和抗应力腐蚀能力良好，但含有0.4~1.0%的Ag，提高了材料成本，主要用于军事领域，限制了其使用范围。我国在Al-Cu系合金方面的研究也取得了瞩目的成绩。20世纪60年代，北京航空材料研究院成功研制了ZL205A合金，以Al-Cu-Mn系合金为基础，以微量合金化元素Ti、B等调整成分，保证较高强度的同时，使合金具备良好的韧性。而ZL208隶属于Al-Cu-Ni系，能在200~300℃环境下长时间使用，在杠杆支架盖、机匣等航空发动机部件上均有广泛应用。
Al-Si系铸造耐热铝合金主要包括以下两类：（1）Al-Si-Mg系和Al-Si-Cu系铸造铝合金，主要应用于发动机缸体和缸盖等，代表牌号有319、A380（美国），AC4B、AC8B（日本）等；（2）Al-Si-Cu-Mg系铸造铝合金，主要应用于发动机活塞中，代表牌号有M124、M142（德国），ZL117、YL117（中国），A390、A393（美国）等。具有代表性的Al-Si系合金牌号及化学成分见表1.2，其室温和高温性能见表1.3。
表1.1 一些民用干线飞机用材结构比例（%）
机型 铝合金 钢铁 钛合金 复合材料
铝合金按成分、组织和制造工艺特点，可分为变形铝合金和铸造铝合金。由于铸造铝合金在实现材料轻量化、降低能源消耗以及减少环境污染等方面具有显著效果，因此，开展铸造铝合金的相关研究成为世界性的热点课题。
耐热铝合金是指在高温下有足够的抗氧化性和在温度和载荷（动态和静态）的长时间作用下，具有抵抗塑性变形（蠕变）和破坏能力及导热性好和密度低等特点的铝合金。传统铸造铝合金材料的高温强度、耐热疲劳能力等已临近极限状态，不能满足当今制造业的发展需求。例如，近二十年汽车发动机升功率提高了一倍多，活塞作为发动机燃烧室的关键零部件之一，工作负荷大大增加，活塞铝合金的强度和性能随着服役时间的延长而大幅度下降，限制了其应用范围。在保证室温强度的基础上提高铝合金的高温性能，是耐热铝合金研究中要解决的重要问题。