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急速冷卻工藝將成為先進(jìn)鋁合金的主要生產(chǎn)工藝
鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高、韌性好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天工業(yè)中被廣泛用作結(jié)構(gòu)材料，同時(shí)，也正在積極開發(fā)作為汽車先進(jìn)材料而應(yīng)用于高檔轎車發(fā)動(dòng)機(jī)。
鑄造工藝是傳統(tǒng)鋁合金主要制備方法，但已難以滿足制備高性能鋁合金的需要。第一，傳統(tǒng)工藝已經(jīng)難以進(jìn)一步提高強(qiáng)度、塑性、剛度、耐熱性和耐腐蝕性;第二，在追求高性能的過程中，鑄造工藝成本由于增添設(shè)備和成品率下降而迅速上升;第三，由于合金含量上升，塑性往往降低，因而后續(xù)壓力加工成本上升、成品率降低。因此，生產(chǎn)的高成本大大提高了先進(jìn)鋁合金的使用門檻，嚴(yán)重影響整體市場(chǎng)規(guī)模的發(fā)展。在這些方面，急速冷卻工藝正好具有性能和綜合成本的雙重優(yōu)勢(shì)，可使先進(jìn)鋁合金的使用門檻降低，還可以進(jìn)一步提高性能，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)以鋁代鋼，從而迅速培育先進(jìn)鋁合金的市場(chǎng)，并反過來促進(jìn)急速冷卻工藝獲得規(guī)模成本優(yōu)勢(shì)。因此，急速冷卻工藝將成為先進(jìn)鋁合金的主要生產(chǎn)工藝。
目前已獲成功的急速冷卻高性能鋁合金材料主要有以下幾種：
(1)高強(qiáng)鋁合金。如Al—Zn系超高強(qiáng)鋁合金。由于Al—Zn系合金的凝固結(jié)晶范圍寬，比重差異大，采用傳統(tǒng)鑄造方法生產(chǎn)時(shí)，易產(chǎn)生宏觀偏析且熱裂傾向大。急速冷卻的特性可很好解決這一問題。在發(fā)達(dá)國家已被應(yīng)用于航空航天飛行器部件以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿、軸支撐座等關(guān)鍵部件。
(2)高比強(qiáng)、高比模量鋁合金。Al-Li合金具有密度小，彈性模量高等特點(diǎn)，是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ暮娇?、航天用結(jié)構(gòu)材料。鑄錠冶金法在一定程度上限制了Al-Li合金性能潛力的充分發(fā)揮。急速冷卻速凝固技術(shù)為Al-Li合金的發(fā)展開辟了一條新的途徑。
(3)低膨脹、耐磨鋁合金。如過共晶Al—Si系高強(qiáng)耐磨鋁合金。該合金具有熱膨脹系數(shù)低、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，但采用傳統(tǒng)鑄造工藝時(shí)，會(huì)形成粗大的初生Si相，導(dǎo)致材料性能惡化。急速冷卻特點(diǎn)有效地克服了這個(gè)問題。目前急速冷卻Al—Si合金在發(fā)達(dá)國家已被制成轎車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)襯套等部件。
(4)耐熱鋁合金。如Al—Fe—V—Si系耐熱鋁合金。該合金具有良好室溫和高溫強(qiáng)韌性、良好的抗蝕性，可以在150～300℃甚至更高的溫度范圍使用，部分替代在這一溫度范圍工作的鈦合金和耐熱鋼，以減輕重量、降低成本。急速冷卻工藝可以通過最少的工序直接從液態(tài)金屬制取具有快速凝固組織特征、整體致密、尺寸較大的坯件，從而可以解決傳統(tǒng)工藝的問題。
? ? ? ? (5)鋁基復(fù)合材料。急速冷卻工藝是集噴射沉積與粉末冶金的核心優(yōu)勢(shì)，很好地解決了增強(qiáng)粒子的偏析問題。
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