铝合金厚板的强韧化

    工业上通常把厚度大于6mm的铝合金板材称为厚板。高强高韧铝合金厚板是航空、航天以及军事领域的重要材料，在国家的军事、政治和经济中占有重要的战略地位。高性能铝合金厚板作为主要承力构件，其使用比例占飞机上总的铝材用量的35%～50%。在新一代军用飞机中，由于复合材料和钛合金用量的增加，铝合金的总用量有所减少，但高性能铝合金厚板的用量却增加了。我国正在大力发展宇航事业，对高性能铝合金厚板的需求越来越迫切，并急需在国内建立一套从研制到开发并能批量生产的独立自主的完整体系。
　　与铝合金薄板、挤压件、锻件等产品形式相比，高性能铝合金拉伸厚板制备技术有如下几个特点：（1）因高强度铝合金塑性较差，故铝合金厚板一般只能通过热塑性加工而成形，而不能采用冷轧实现最终成形；（2）因厚向尺寸大而难以实现95%以上的连续大变形，故实现合金的组织细化与均匀化有很大难度；（3）淬火过程中厚板内存在较大的温度梯度，会形成较高的宏观残余应力，故铝合金厚板必须采用拉伸方法进行矫直和降低残余应力。

　　铝合金厚板的强韧化，主要有以下途径：
　　（1）调整合金中的主要合金元素含量以及各组元的比例，添加微量过渡族元素以及稀土元素，从而改变合金中各种化合物的比例和合金的物理性能，以开发出对应各种不同需要的新型合金。例如，在Al-Zn-Mg-Cu合金中添加Sc元素，既可以细化晶粒，又能显著提高合金的强度。研究表明，添加0.1%Sc，铝合金强度可以提高10～20MPa。Sc对铝合金的耐腐蚀性能、焊接性能也都起有益的作用。近年来，俄罗斯采取向Al-Zn-Mg合金中同时添加Sc和Zr的方法，开发了抗疲劳性能、焊接性能和韧性优良的高强铝合金。
　　（2）进一步减少Fe，Si等各种杂质含量，提高合金的纯度，改善高强铝合金的断裂韧性，抗疲劳性能和抗应力腐蚀开裂性能以及抗铸造裂纹能力。研究表明，当Fe，Si含量均小于0.1%时，上述性能会大幅度提高。
　　（3）采用新工艺。例如，利用有模低频电磁铸造技术可以使基体固溶更多的合金元素，使Al-Zn-Mg-Cu合金中的Zn含量超过10%，总合金元素含量超过15%，达到开发出强度稳定超过700MPa的新型超高强铝合金。又如，采用在过烧温度以上的高温均匀化退火工艺，可使残留的非平衡相和时效强化相最大限度地固溶到基体中并均匀分布，提高固溶处理后固溶体的过饱和度，从而提高时效强化效果。另外，采用先进的熔体净化和变质处理技术，可以解决铸锭冶金质量不高的问题。美国Almex公司研制开发的新型铝熔体净化系统，除氢率可达75%以上，可除去99%的粒度大于20μm的夹杂物。此外，微量元素和Ti，B等变质剂的加入，可以影响铸锭中一次粗晶化合物的形成，进而影响其在组织中的存在形态和分布，对合金性能产生影响。

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