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超高強度高韌鋁合金的制備工藝
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.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，經過不斷優化合金成分設計、改變各種微量元素的添加種類及含量、開發合金的新型熱處理工藝等，相繼開發了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，經過不斷優化合金成分設計、改變各種微量元素的添加種類及含量、開發合金的新型熱處理工藝等，相繼開發了7075，7049，7050，7055，7076，7178，7175，7475，B95和B96等高性能合金。結合對傳統鑄造及變形加工、后續熱處理工藝的不斷優化改進，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。但由于傳統粉末冶金技術工藝過程繁瑣、對設備要求高，導致制備大尺寸塊體材料困難及生產成本高昂，因此限制了該工藝生產超高強鋁合金的實際應用。
隨著以噴射成形技術為代表的新工藝在90年代走向大規模實用，以產業規模制備各種實用化的超高強7xxx系鋁合金材料及產品逐步變為現實。噴射成形技術是一種新型的快速凝固技術，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，生產工藝簡單，成本較低，金屬含氧化物少，可批量生產；與鑄造法相比，最大的優點是可以制備鑄造法無法生產的高合金化鋁合金。利用噴射成形技術制備的材料，除保持了晶粒細小、組織均勻、能夠抑制宏觀及微觀偏析等優點外，由于從合金熔煉到坯件近終成形可一次完成，與傳統工藝相比，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制造具有高性能的超高強鋁合金，有著非常好的發展前景。
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進行了優化，對沉積坯件的熱擠壓工藝、熱處理工藝進行了探索，在發展低成本、高效率的Al-Zn-Mg-Cu系高強高韌鋁合金生產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(質量分數):?10Zn，2.9Mg，1.7Cu，?0.1Zr，其余為Al。將沉積態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合金的各項常規力學性能要遠高于采用傳統工藝生產的7075合金和粉末冶金PM7090合金等高強高韌鋁合金。經熱處理后，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所獲得的均勻細小的微觀組織，避免了明顯微觀和宏觀偏析，并利用快速凝固的優點，突破了傳統7XXX系高強鋁合金的成分設計限制，將(Zn+Mg)總量增加至13%。
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