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1、材料科学进展铝及其合金,Contents,简介,简 介,世界上铝土矿资源总量约在400500亿吨，储量在10亿吨以上的国家有几内亚、澳大利亚、巴西、牙买加及印度等，这些国家的铝土矿占世界铝土矿总储量的73。,我国的铝土矿资源在世界上属于比较丰富的国家之一，主要集中在储量丰富的河南、贵州、山西、青海等省区。,铝是一种轻金属，其化合物在自然界中分布极广，地壳中铝的含量约为8（重量），仅次于氧和硅，居第三位。铝被世人称为第二金属，其产量及消费仅次于钢铁。,简 介,铝合金密度小、延性好、耐腐蚀、易加工、价格便宜。因此，几乎从三十年代开始，人们就企图用铝合金建造飞机。长期以来，铝合金一直被大量用于制造飞
2、机机体和运载火箭箭体结构。,简 介,近年来，纤维增强树脂基复合材料在飞机机体和运载火箭箭体结构的应用日益增多，但是铝合金至今仍是飞机机体和运载火箭箭体结构的主要结构材料。铝合金在目前的民用飞机结构上的用量约为7080，在军用飞机结构上的用量约为4060。在最新型的B777客机上，铝合金占机体结构重量的70。一些最新型的军用飞机（F22，B2）结构上大量应用纤维增强树脂基复合材料和钛合金，铝合金用量已降到20以下。,一、工业纯铝,一、工业纯铝,具有银白色金属光泽，密度2.72g/cm3，熔点660.4，具有良好的导电和导热性，其导电性仅次于银和铜。纯铝在空气中易氧化，表面形成一层能阻止内层金属继
3、续被氧化的致密的氧化膜，因此具有良好的抗大气腐蚀性能。,纯铝具有面心立方结构，具有极好的塑性和较低的强度(纯度99.99%时，b45MPa，50%)，良好的低温性能(-235塑性和冲击韧度也不降低)，冷变形加工可提高其强度，但塑性降低。铸、压力加工、焊和切削加工性能具佳。工业纯铝中含有少量铁、硅等杂质元素，杂质含量增加，其导电性、抗蚀性及塑性都降低。,一、工业纯铝,按纯度：高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝高级纯铝（铝的含量99.93%-99.999%）、工业高纯铝（铝的含量99.85%-99.90%）、工业纯铝（铝的含量98.0%-99.7%）高纯铝：有L05L01五种，数字越大，纯度越高；工业高
4、纯铝：有LG5LG1五种，数字越大，纯度越高；工业纯铝：有L1L7七种，数字越小，纯度越高,用途：工业纯铝的主要用途是配制铝合金，高纯铝主要用于科学试验和化学工业。纯铝还可用来制造导线、包覆材料、耐蚀和生活器皿等。,一、工业纯铝,二、铝合金的分类,铝中加入适量Si、Cu、Mg、Zn、Mn等主加元素和Cr、Ti、Zr、B、Ni等辅加元素，组成铝合金，可提高强度并保持纯铝的特性。根据成分和生产工艺特点可将铝合金分为两大类：1)变形铝合金 2)铸造铝合金,铝合金的分类,铝合金的分类,变形铝合金:成分在D点以左的合金，加热至固溶线DF以上温度得到均匀的单相固溶体，塑性好，适于进行锻造、轧制等。铸造铝合
5、金:成分在D点以右的合金，存在共晶组织，塑性较差，不宜压力加工，但流动性好，适宜铸造。,变形铝合金中，小于F点的合金，固溶体成分不随温度而变化，不能通过热处理方法强化，称为不可热处理强化的铝合金；成分在F-D之间的合金，固溶体成分随温度变化，可通过热处理方法强化，称为可热处理强化的铝合金。,二、铝合金的分类,Al,Zn,Mg,Cu,Mn,Si,Al-Cu,形变强化合金,Al-Mn,Al-Mg-Si,Al-Zn-Mg,Al-Zn-Mg-Cu,Al-Si,Al-Si-Cu,Al-Mg,时效强化合金,铸造合金,Al-Cu-Mg,工业用铝合金的基本体系,1系合金是未合金化2系（Al-Cu）3系（Al-
6、Mn）4系（Al-Si）5系（Al-Mg）6系（Al-Mg-Si）7系（Al-Zn-Mg）,（Al99）热处理时效硬化高强铝合金冷加工硬化型铝合金铸造铝合金加工硬化型铝合金 热处理合金 热处理高强度铝合金,国际合金标示系统命名变形铝合金（IADS）,不能热处理强化的铝合金也称为热处理不强化铝合金。这类合金主要靠加工硬化、固溶强化（Al-Mg）、弥散强化（Al-Mn）或几种方式（Al-Mg-Mn）共同起作用。但是，这类合金的强度相对较低，在航空航天上应用不是太多。主要有：Al-Mn系合金（3000系列）。我国常用的有3A21等。Al-Mg 系合金（5000系列）。我国常用的有5A02、5A03、
7、5A06等。,变形铝合金,不能热处理强化的铝合金：,可以热处理强化的铝合金的强度高，是在航空航天上主要应用的铝合金。主要有：Al-Cu-Mg和 Al-Cu-Mn系合金（2000系列），Al-Mg-Si系合金（6000系列），Al-Zn-Mg Cu系（7000系列）。航空航天应用最多的变形合金是2000系和7000系合金。近年来，6000系和含Li的8000系合金也有一定的应用。,可以热处理强化的铝合金：,变形铝合金,可以热处理强化的铝合金：Al-Cu,航空航天用2000系合金的代表是2024，其名义成分是Al-4.4Cu-1.5Mg-0.6Mn。2024广泛用于各种航空航天结构，属中强度的热处
8、理强化合金。它在T3状态下断裂韧性高，裂纹扩展速度低。但2024合金的抗蚀性不够好，有时会产生晶间腐蚀，薄板一般包铝后使用。2024系列中目前最新、性能最好的合金是2524。其韧性和抗疲劳性能均较2024合金有重大改进。2524合金已成功地用于B777飞机。2000系中的2219合金的耐热性较高，其低温性能和焊接性能也很好，常用于液体推进剂贮箱。,可以热处理强化的铝合金：,变形铝合金,航空航天用7000系合金的代表是7075，其名义成分是Al-5.6Zn-2.5Mg-1.6Cu-0.26Cr。7075在T6状态强度最高，但合金的抗蚀性差，断裂韧性也不高。1960年发明了T73热处理，解决了应力
9、腐蚀问题，使合金得到广泛应用。7475是7075系列中损伤容限性能最好的合金。7000系合金中的7050合金用Zr代Cr来控制合金再结晶，合金淬透性好，可用于大规格厚截面半成品。7055是目前铝合金中合金化程度最高、强度也最高的铝合金。近期研制成功的T77热处理工艺，使此合金在高强度下仍能保持较高的断裂韧性和良好的应力腐蚀抗力。7075T77已成功地用于B777客机的主结构,可以热处理强化的铝合金：,变形铝合金,变形铝合金,一般来说，7000系合金的强度较高，适合用于需要高强度的部位。2000系合金的损伤容限性能好，适合用于需要高损伤容限的部位。,除2000系和7000系合金外，6000系合金
10、(Al-Mg-Si)也在飞机机体上使用。6000系合金的密度比2000系合金小，有很好的抗蚀性。近年来发展的6013合金，其强度接近2024薄板，不包铝使用。,铸造铝合金,我国铸造铝合金牌号由ZAl、主要合金化元素符号以及表明合金化元素名义百分含量的数字组成。当合金元素多于两个时，合金牌号中应列出足以表明合金主要特性的元素符号及含量。对那些杂质含量要求严、性能高的优质合金，在后面标注A表示优质，如ZAlSi7MgA等。,我国铸造铝合金代号由字母ZL及其后面的三个阿拉伯数字组成。ZL后面的第一个数字表示合金系列。其中1 表示铝硅系列合金2 表示铝铜系列合金3 表示铝镁系列合金4 表示铝锌系列合金
11、 ZL后面第二、三两位数字表示顺序号。优质合金，在代号后面标注“A”。如ZAlSi7MgA牌号的优质铸造铝合金的代号是ZL101A。,铸造铝合金,铸造铝合金的合金化特点：,铸造铝合金中的主要合金元素为：Si、Cu、Mg、Zn及稀土,Si是铸造铝合金中最常用的合金元素。在这类合金中由于存在大量AlSi共晶体而具有很好的流动性，铸造性能优异。这类合金一般为亚共晶或共晶成分，需经变质处理以细化组织。在AlSi系中加入Mg和Cu而形成的合金可以通过沉淀强化提高强度。如356合金（Al7Si0.3Mg），通过Mg2Si的沉淀强化产生较大的强化效果，在航空和汽车工业中有广泛的应用。此外，这类合金的抗蚀性和
12、焊接性均较好。在各工业部门应用的铸造铝合金中，AlSi系合金占绝大部分。,铸造铝合金,铸造铝合金的合金化特点：,AlCu系铸造合金具有高的强度和耐热性。在AlCu系中加入过渡族元素可以进一步提高这类合金的耐热性。多年来用于柴油机活塞和飞机发动机气冷气缸头的242（Al-4Cu-2Ni-1.5Mg）就是这类合金。在Al-Cu系中加入少量Ag可以明显提高沉淀强化效果，提高强度，如201.0合金（Al-4.7Cu-0.7Ag-0.35Mg）。在这类合金中加入稀土元素可进一步提高合金的耐热性。,AlMg系铸造合金具有良好的抗蚀性和切削加工性，但其铸造性能较差。,AlZn系铸造合金可以不进行热处理，但其
13、抗蚀性差，密度高、铸造热裂倾向性大，故应用较少。,铸造合金的发展方向是：高强、耐高温以及耐磨性。提高原材料纯度、复杂合金化、改进热处理工艺、采用优质熔铸技术、应用热等静压技术（HIP）等均为提高铸造铝合金性能的重要手段。,航空航天常用铸造铝合金,含锂铝合金-发展方向,锂是最轻的金属元素。它的密度是0.53g/cm3.铝合金中加入锂，将使其密度降低。含锂铝合金在淬火和时效时析出大量的/相，使合金的强度提高，其比强度超过传统铝合金的比强度。含锂铝合金的另一优点是其弹性模量高，其比刚度超过传统的铝合金的比刚度。合金中每加入1的Li，约降低密度3，提高弹性模量5。因此，航空航天工业对含锂铝合金的发展一
14、直有极大的兴趣。高昂的价格限制了含锂铝合金的广泛应用。含锂铝合金的价格一般比常规铝合金高2到4倍，应用部门还不能接受此价位。因此，含锂铝合金在航空航天工业应用还不多。在我国也只有少量应用。,含锂铝合金,第一个含锂的工业铝合金是美国铝业公司(Alcoa)在1958年研制出的2020合金(Al-4.5Cu-1.1Li-0.5Mn-0.2Cd)。2020合金具有高的比强度和比刚度，优良的耐蚀性和疲劳性能，曾被用于一种军用飞机的主结构。但后来发现该合金的断裂韧性很低，不能满足飞机结构的损伤容限要求，因此2020合金在70年代就停产了。,在7080年代西方国家发展了Al-Li-Cu-Mg-Zr系的几个含
15、锂的合金2090、2091、8090等。这些合金的技术现在已经相当成熟，已可生产各种类型和规格的半成品，并获得了一定的应用。但是这一代合金的性能没有达到预期目标，还不能大量地代替2000系和7000系合金作为航空航天的主体结构材料。,近年来在Al-Cu-Li系基础上发展起来的2195、2197等合金的性能有很大的改进，已经基本克服了2090、2091、8090等含锂的铝合金存在的问，并已开始有重要的应用。2197合金已用于F16的改型，用于机身尾部隔框。2195合金已成功地用于航天飞机的外推进剂贮箱，据报道能减轻质量达3400Kg之多。,含锂铝合金,几种西方国家的工业含锂铝合金的名义成分/%,
16、含锂铝合金在苏联和俄罗斯的发展,在5060年代，苏联发展了Al-Mg-Li系合金1420。其名义成分为Al-5Mg-2Li-0.1Zr(或0.4Mn).此合金密度低，焊接性好，但其强度较低。1420合金在苏联和俄罗斯的航空航天工业中得到了大量应用，但至今未在西方国家获得应用。近年来在1420中加入钪Sc（1421合金），强度明显提高，焊接性能进一步改善。苏联和俄罗斯发展了一系列的含锂铝合金。与西方不同，含锂铝合金在苏联和俄罗斯的航空航天工业中已有大量应用。,用快速凝固技术(RS)和机械合金化技术(MA)可以获得远离平衡态的组分和结构，可扩大元素的固溶度，大大细化晶粒和第二相，大大减轻甚至消除偏
17、析，以及形成非平衡的晶态和准晶态金属间化合物相，甚至形成金属玻璃。RS法可以获得合金粉、箔、丝及薄带等，而MA法只能获得合金粉末。然后采用粉末冶金技术(PM)制备块状材料。用RS法生产的较成熟和合金有7090及7091等。,粉末铝合金,7090和7091合金强度很高，并具有较高的应力腐蚀抗力。其韧性也比传统的铸锭法生产的合金为优。用RS法生产的较成熟的高强铝合金还有MR61(Al-8.5Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.6Co-0.2Zr)，MR64(Al-7.4Zn-2.4Mg-2.1Cu-0.3Co-0.2Zr)，以及CW67(Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.14Zr-0.1
18、Ni)等合金，性能均十分优异。,用MA法生产的铝合金较成熟的有IN-9052及IN-9021。,粉末铝合金,IN-9052合金具有MA法生产的合金的特有的超细晶粒和亚结构强化效应，它以Mg固溶强化，用Al203和Al304弥散强化。合金组织非常均匀，不需要热处理，具有极好的一般腐蚀和应力腐蚀抗力。IN-9021是用MA法生产的2000系铝合金，在T4状态使用，强度更高，合金的弹性模量也有所提高。合金具有很好的一般腐蚀和应力腐蚀抗力，疲劳裂纹扩展速率比7075合金还低。,三 铝合金的合金化原理,合金化元素的介绍,铝合金的合金化原理,Al与Zn、Mg、Cu、Li、Mn、Ni、F在靠Al一边形成共晶
19、反应，和Fe、Ti形成包晶，在Al-Pb系中出现偏晶反应。在 Al中，固溶度以Zn、Mg、Cu最大，Mn、Si、Ni、Ti、Cr次之，以Pb最小。合金中的Cu、Li、Si等元素及合金中的化合物Mg2Si、MgZn2、S（CuMgAl2）相随温度变化固溶度有较大的变化，所以经淬火及时效后合金显著强化。,Cu：高强及耐热铝合金的主要合金元素。固溶强化和沉淀强化。Cu与其它元素能产生强化相S 而提高合金的强度。同时，Cu能降低晶界与晶内电位差，还可以细化晶界沉淀相，但对晶间无析出带的宽度影响较小，它可抑制沿晶开裂的趋势，因而改善了合金的抗应力腐蚀性能。Cu还可以提高周期应变疲劳抗力和断裂韧性.,合金
20、化元素的介绍,Mg：共晶温度下Mg在Al中的最大溶解度为17.4%。虽然合金中Mg的溶解度随温度降低而迅速减少，但由于析出相形核困难，核心少，析出颗粒大，因而合金的时效强化效果差。Mg在Al可形成(Mg2Al3)相，起弥散强化作用。随着Mg含量的提高，合金强度提高、塑性下降。当Mg含量大于3.5%时，第二相(Mg5Al8、Mg2Al3)可能沿晶界、亚晶界析出，第二相相对基体(l)来说是阳极，优先发生腐蚀，使合金具有很大的晶间腐蚀和应力腐蚀敏感性。,合金化元素的介绍,Mn：固溶强化有限，不能沉淀强化（Mn，Fe）Al6，MnAl6:抗蚀性，提高再结晶温度。,合金化元素的介绍,Zn：Zn和Mg是主
21、要强化元素，它们共同存在时会形成（MgZn2）和T（Al2Mg2Zn3）相。相和T相在Al中溶解度很大，且随温度升降剧烈变化，MgZn2在共晶温度下溶解度达28，在室温下降低到45，有很强的时效强化效果。Zn和Mg含量的提高可使强度、硬度大大提高，但会使抗应力腐蚀性能和断裂韧性降低。,合金化元素的介绍,Si：在铝中溶解度小，过剩相强化，可析出单质Si也可与其它元素形成含硅化合物。铸造用基础合金，硅与镁可形成Mg2Si沉淀相，强化效果好，含量不超过1.0-1.2,合金化元素的介绍,用工艺手段提高金属的强度有两条途径:1.完全消除金属内部的位错和其它缺陷，(完整晶体屈服强度的理论值比实测值高出千倍
22、以上)。2.在晶体中引入大量的缺陷，以阻碍位错的运动(金属的塑性变形是位错的运动造成的)提高金属的强度。,铝合金的强韧化方法,固溶强化细晶强化第二相强化(沉淀强化、弥散强化)应变强化,固溶强化是一种形成点缺陷的强化，溶质原子溶入金属基体后使基体金属的位错密度增大，晶格发生畸变.畸变所产生的应力场与位错周围的弹性应力场交互作用，构成位错滑移的障碍，使位错运动阻力增大，从而使材料得到强化.,铝合金的强韧化方法固溶强化,但是受固溶度和过饱和度的限制，固溶强化对铝合金的强化作用有限.,铝合金的强韧化方法固溶强化,细晶强化的本质：晶界有效地阻碍了位错的运动。因为晶界上的原子排列错乱，杂质缺陷众多，且晶界
23、两侧的晶粒位向不同。这就阻碍了位错从一个晶粒向另一个晶粒的运动。晶粒越细，单位体积内的晶界体积就越大，对位错的阻力也越大，材料的强度就就越高。,铝合金的强化方法细晶强化,y 为屈服强度，i 和Ky 是两个材料有关的常数(i 大体相当于单晶体的屈服强度)，d 为晶粒的平均直径。,强化效果可以用Hall-Petch 关系式表示:,生产中细化晶粒的方法主要有两种:熔炼浇注时细化，如采用变质处理，电磁搅拌，增加过冷度等.形变再结晶细化，即通过控制变形程度和再结晶温度与时间来细化晶粒.,铝合金的强化方法细晶强化,由于细晶强化在提高材料强度的同时也改善了塑性和韧性，所以，是实际生产中的一种重要的强化方法。
24、,7050铝合金不同工艺处理（Al-Zn-Mg-Cu）,应变强化的本质是金属材料在冷变形过程中位错密度提高造成强化。这种强化方法特别适用于工业纯材及热处理不能强化的材料，在超高强铝合金中很难应用。,铝合金的强化方法应变强化,引入第二相的常用方法有两种：利用过饱和固溶体的脱溶沉淀，进行时效热处理的沉淀强化；通过机械或化学的方法(如添加第二相粉末的烧结，内氧化等)从体系外引入第二相物质的弥散强化。,铝合金的强化方法第二相强化,本质：基体金属中细小坚硬而弥散分布的第二相粒子对位错运动构成障碍，且其障碍作用比单个溶质原子要强，位错要运动必须绕过或切过这些障碍(粒子)，这样就使材料的屈服强度提高了。,沉
25、淀强化是超高强铝合金的一个最重要的强化手段。沉淀强化的效果取决于合金的成分，淬火后固溶体的过饱和度，沉淀相(强化相的特性，分布及热处理制度等因素。一般讲来，沉淀相(强化相)的体积含量越大，弥散度越大，强度越高，其强化效果就越好。,铝合金的强化方法第二相强化,沉淀强化相是硬度高的质点；沉淀相在铝基固溶体中高温下有较大的溶解度，随温度降低，其固溶度急剧减小，能析出较大体积分数的沉淀相；在时效过程中，沉淀相具有一系列介稳相，并且弥散分布，与基体形成共格，在周围基体中产生较大的共格应变区。,铝合金中的时效硬化基本条件,铝合金中的时效硬化机理,复合强化(如纤维增强复合强化，金属基复合强化等)是近年来发展
26、的新方法。强化机理：不是靠阻碍位错的运动，而是靠增强体材料和基体材料间良好的浸润性紧密粘结，获得良好的结合强度，充分发挥各组元材料的优势，使整个复合材料具有较高的强度和韧性。,铝合金的强化方法复合强化,复合强化方法有力学复合法(如爆破复合，压力加工复合)，冶金法(如铸造，喷射沉积，自蔓延高温合成)和化学法(如胶粘，表面涂层)等三种。复合强化综合了各组元的优点，弥补了各自的不足，具有很好的发展前景。,相（CuAl2）S 相（Al2CuMg）相（MgZn2）相（Mg2Si）相（AlLi）,铝合金中的沉淀强化相,Al-Cu,体心正方CuAl2a=0.607毫微米c=0.487毫微米,在100上GP薄
27、片(原为GP2区),正方CuAl2a=0.404毫微米c=0.580毫微米,在Al100形成铜原子单层，共格，可能是由三层铝原子所分开的两层铜原子。,不共格的平衡相可能在的表面上形核,在位错上形核的半共格片在100上形成,Al-Cu-Mg,S正交Al2CuMga=0.400毫微米b=0.923毫微米c=0.714毫微米,GP(Cu，Mg)区，沿的杆状,S正交Al2CuMga=0.404毫微米b=0.925毫微米c=0.718毫微米,大多数成分在高温时效时GP区形成极快,不共格平衡相，可能由S转变而得注意在高Cu:Mg成分时Al-Cu系中的沉淀相也能形成,半共格并在位错上形核，在210面上沿以板
28、条形式形成,Al-Zn-Mg,六方MgZn2a=0.521毫微米c=0.860毫微米,球状GP区,六方MgZn2a=0.496毫微米c=0.868毫微米,可能有两类区,在处或由形成，和基体可有几种位向关系之一最普通的是（100）（001），（0001）（110），（0001）（111），（100）（110）,在Zn:Mg3:1的合金中可能由GP区形成，（0001）（111）110 112，,Al-Mg-Si,面心立方Mg2Sia=0.639毫微米,GP区，沿针状,六方Mg2Sia=0.705毫微米c=0.405毫微米,GP区固溶线正常情况下高于时效温度,在100上的小片，可能直接由转变而成（1
29、00）（100），110100,半共格杆，可能直接由GP区形成，沿（001）（100），100 011,Al-Mg-Li,Al2MgLi,Al3Li,亚稳有序沉淀物，主要起强化作用,不共格平衡相，可能由形成,四、铝合金的热处理,四、铝合金的热处理,1退火(1)再结晶退火再结晶温度以上保温一段时间后空冷，用于消除变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续进行成形加工。(2)低温退火消除内应力，适当增加塑性，通常在180300保温后空冷。(3)均匀化退火消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。,四、铝合金的热处理,2淬火（固溶处理）将铝合金加热到固溶线以上保温后快冷，使
30、第二相来不及析出，得到过饱和、不稳定的单一固溶体。淬火后铝合金的强度和硬度不高，具有很好的塑性。,四、铝合金的热处理,3.时效将淬火后的铝合金，在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长其强度、硬度显著升高而塑性降低的现象，称为时效。室温下进行的时效称为自然时效；低温加热下进行的时效称为人工时效。时效的实质，是第二相从过饱和、不稳定的单一固溶体中析出和长大，由于第二相与母相（相）的共格程度不同，使母相产生晶格畸变而强化。,四、铝合金的热处理,过饱和固溶体饱和原子富集区过渡沉淀相（亚稳平衡相）平衡沉淀相,时效,四、铝合金的热处理,时效曲线Al-4%Cu合金,自然时效 人工时效,铝合金的热处理变形
31、合金状态的表示方法,F自由加工状态,O退火状态,H加工硬化状态,W固溶热处理状态,T热处理状态(不同于F、O、H状态),T1:部分固溶加自然时效,T2:只用于退火的铸造产品,T3:固溶加冷作,T4:固溶加自然时效,T5:只进行人工时效,T6:固溶加人工时效,T7:固溶加稳定化,T8:固溶加冷作加人工时效,T9:固溶加人工时效加冷作,铝合金的热处理铸造合金状态的表示方法,F铸态,T热处理状态,T1:人工时效,T2:退火,T4:固溶处理加自然时效,T5:固溶处理加不完全人工时效,T6:固溶处理加完全人工时效,T7:固溶处理加稳定化处理,T8:固溶处理加软化处理,五 铝合金的应用与发展,铝合金的应用
32、,铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。1906年时效强化现象在柏林被Alfred Wilm偶然发现，硬铝Duralumin、随之研制成功并用于飞机结构件上。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。由于军用航空材料的需要，抗拉强度超过500a的Al-ZnMgCu合金发展起来，其中最著名的合金是7075。战后，铝工业界便着手开发民用铝合金。系列新合金（尤其是7000系），如7050、7010、7475和7055等研制成功。用量仅次于钢铁，成为第二大金属材料。目前，高强、高韧是铝合金发展的主要方向。,液体导弹、运载火箭、各种航天器、飞机的主要结构材料大多采用铝合金。装甲、
33、坦克、舰艇的制造业离不开铝合金。在机械、船舶、电子、汽车、建筑、和日常生活用具等生产行业都离不开铝合金。,铝合金的应用,苏-27“侧卫”重型战斗机大量采用铝合金,F-111“疣猪”战斗轰炸机基本结构材料为铝合金,铝合金在航空航天领域的应用,变形铝合金在飞机各部位的典型应用情况,先进铝合金在A380 上的应用,由空中客车公司制造的超大型A380飞机于2005年1月18日下线了，许多先进技术对A380的成功作出了贡献，其中之一就是它的先进铝合金的大量应用。就铝合金而言，空客实际上是在继承原来A300/310/320/330/340的基础上有所创新，既应用了传统材料，也引入几项新材料。与此同时，从A
34、380 的选材及结构的开发也代表了未来发展的一种趋势。在A380 上广泛使用了铝合金，其结构重量百分比达到60%，与复合材料实现了谐调共存。空客公司为此感到欣慰。从实际情况看，A380 上应用了一些传统铝合金，但也引入一些新合金及新结构。,高强度铝合金研究的发展趋势,要扩大高性能铝合金的应用，在提高其强度的同时，必须提高其韧性、抗应力腐蚀性能等。目前国内外均投入了大量的人力、物力开展研究，主要涉及成分设计、熔铸技术、细晶化技术及热处理工艺研究等。,熔体净化技术,传统熔体净化方法有两种，一是采用高纯度的工业原料，减少Fe、Si 金属间化合物含量，以提高合金的断裂韧性和疲劳强度。该方法有效但成本高
35、。二是先将杂质转变为复合化合物，然后再将化合物分离、去除。但往往带来铝液的大量消耗。目前的研究重点主要是在熔铸设备或除气除渣工艺上作改进，使铸锭质量提高，即先用少量的碱土金属加至铝或铝合金熔体中，形成杂质的金属间化合物和碱土金属氧化物，尔后采用卤化工艺分离。,组织控制技术：组织决定材料性能，对组织的控制又包括两方面:一是原始铸锭组织，二是热处理制度的影响。,高强度铝合金研究的发展趋势,铸锭晶粒细且均匀，则铸件的综合性能好。传统的细化晶粒技术主要是加大冷却速度和添加形核剂。形核剂主要有Ti、B 等。目前有加入钪(Sc)和锆(Zr)，使形成Al3Sc 或Al3(Sc，Zr)，促进形核，其对铝合金组
36、织和性能的影响十分明显。对Al-Ce-Fe 合金采用一定的冷却速度(150/s)和铸模，使获得铸件晶粒小于10m。析出相细小，均匀分布，且与基体-Al 相结合好，使Al-Ce-Fe 合金强度及韧性分别提高50%和38%。,铝合金的强度、韧性和SCC 敏感性等受热处理条件的影响特别显著。贯穿在整个固溶处理、淬火和时效过程的热处理就是通过最佳工艺参数的选择，以达到参数、组织和性能间的良好配合，使合金具有最佳的综合性能。怎样使三个组织参数配合使材料获得最佳性能搭配，是热处理工艺研究重点。目前国外所采用或正在研究的一些热处理工艺，如分级时效，中断淬火等都是向获得这种组织结构配合的方向努力。,高强度铝合
37、金研究的发展趋势,先进工艺技术,对于高性能铝合金材料，相关开发了喷射成形技术，粉末冶金(P/M)及复合材料(MMCs)制备技术。采用喷射成形工艺制备的材料与采用传统铸造工艺(I/M)或铸造变形加工工艺制备的材料相比，由于在制坯过程中材料的冷却凝固速度大幅度提高(一般可达102104/s)，从而使材料中的基体组织显著细化，析出相尺寸更为细小均匀，各种析出相的宏观和微观偏析得到了有效控制，因此各项力学性能指标也得到明显提高。另外，粉末冶金制备技术及铝基复合材料，亦可使力学性能大幅提高，特别是强度。如采用P/M 工艺制备Al-10%Ti-2%Cu 合金和Al-10%Ti-2%Ni 合金，强度可达800MPa 以上。用碳纤维增强7075 铝合金复合材料，其室温下强度值可达900MPa 以上，对于这些特定性能的铝合金材料主要用于飞机、火箭等的某些特殊部件。制备中相对传统方法一般成本高，且制备材料形状尺寸有限。但这些新工艺制备技术的改进弥补了用传统工艺所无法达到的高性能。,The End,
