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超高強度高韌鋁合金的制備工藝
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.85978597.cn
更新時間：2014-08-18
Al-Zn-Mg-Cu (7xxx)系合金是一種高強高韌鋁合金，經(jīng)過不斷優(yōu)化合金成分設(shè)計、改變各種微量元素的添加種類及含量、開發(fā)合金的新型熱處理工藝等，相繼開發(fā)了7075，7049，7050，7055，7076，7178，7175，7475，B95和B96等高性能合金。
Al-Zn-Mg-Cu?(7xxx)系合金是一種高強高韌鋁合金，經(jīng)過不斷優(yōu)化合金成分設(shè)計、改變各種微量元素的添加種類及含量、開發(fā)合金的新型熱處理工藝等，相繼開發(fā)了7075，7049，7050，7055，7076，7178，7175，7475，B95和B96等高性能合金。結(jié)合對傳統(tǒng)鑄造及變形加工、后續(xù)熱處理工藝的不斷優(yōu)化改進，使合金的極限抗拉強度范圍從早期的500?~?580?MPa提高至630~680?MPa，同時材料的塑性、斷裂韌性和耐腐蝕性能也得到了提高。
20世紀(jì)80年代以后，人們開始采用粉末冶金工藝制備7xxx系鋁合金材料，成功地在實驗室里制備出了抗拉強度為700?MPa以上的超高強鋁合金。但由于傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)工藝過程繁瑣、對設(shè)備要求高，導(dǎo)致制備大尺寸塊體材料困難及生產(chǎn)成本高昂，因此限制了該工藝生產(chǎn)超高強鋁合金的實際應(yīng)用。
隨著以噴射成形技術(shù)為代表的新工藝在90年代走向大規(guī)模實用，以產(chǎn)業(yè)規(guī)模制備各種實用化的超高強7xxx系鋁合金材料及產(chǎn)品逐步變?yōu)楝F(xiàn)實。噴射成形技術(shù)是一種新型的快速凝固技術(shù)，其特點介于鑄造和粉末冶金之間。噴射成形與粉末冶金法相比，生產(chǎn)工藝簡單，成本較低，金屬含氧化物少，可批量生產(chǎn)；與鑄造法相比，最大的優(yōu)點是可以制備鑄造法無法生產(chǎn)的高合金化鋁合金。利用噴射成形技術(shù)制備的材料，除保持了晶粒細(xì)小、組織均勻、能夠抑制宏觀及微觀偏析等優(yōu)點外，由于從合金熔煉到坯件近終成形可一次完成，與傳統(tǒng)工藝相比，減少了材料在整個制備工藝過程中被氧化的可能性，縮短了制備流程，降低了成本，且易于制備大尺寸塊體材料，制錠重量大?(可達1000?kg?以上)?。所以采用此方法開發(fā)制造具有高性能的超高強鋁合金，有著非常好的發(fā)展前景。
北京有色金屬研究總院采用噴射成形方法制備了Al10Zn2.9Mg1.7Cu0.1Zr高強高韌鋁合金，對噴射成形工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，對沉積坯件的熱擠壓工藝、熱處理工藝進行了探索，在發(fā)展低成本、高效率的Al-Zn-Mg-Cu系高強高韌鋁合金生產(chǎn)工藝方面獲得了進展。他們的噴射成形實驗在自行研制的噴射成形設(shè)備上進行，選用自行配制的Al-Zn-Mg-Cu系高強高韌鋁合金原料，成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):?10Zn，2.9Mg，1.7Cu，?0.1Zr，其余為Al。將沉積態(tài)合金棒坯剝皮后進行熱擠壓，熱擠壓后基本消除了孔洞，達到完全致密化，同時使材料的組成相更加細(xì)小；然后進行T6峰時效熱處理工藝（450℃/3h+485℃/3?h固溶處理+120℃/24?h）。
結(jié)果表明，噴射成形工藝制備的Al-10Zn-2.9Mg-1.7Cu合金的各項常規(guī)力學(xué)性能要遠高于采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的7075合金和粉末冶金PM7090合金等高強高韌鋁合金。經(jīng)熱處理后，材料的極限抗拉強度達到了810?MPa，同時延伸率保持在8%~11%，拉伸斷口為典型的韌性斷裂。這些性能得益于噴射成形技術(shù)所獲得的均勻細(xì)小的微觀組織，避免了明顯微觀和宏觀偏析，并利用快速凝固的優(yōu)點，突破了傳統(tǒng)7XXX系高強鋁合金的成分設(shè)計限制，將(Zn+Mg)總量增加至13%。
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