胡豪

摘 要：隨著能源、資源和環(huán)境問(wèn)題的日漸突出，以鋁合金、鎂合金、鈦合金為代表的輕合金材料應(yīng)用越來(lái)越廣泛，輕合金材料已經(jīng)成為與人類生活、生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展密不可分的重要材料。文章介紹了輕合金材料的基本概念，綜述了輕合金材料的種類、性能及其在社會(huì)各方面的應(yīng)用，并對(duì)輕合金材料的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：輕合金材料；種類與性能；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展前景

中圖分類號(hào)：TG146.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）11-0051-02

近年來(lái)輕合金材料發(fā)展迅速，在冶煉，加工，回收，應(yīng)用和制造裝備等多方面有重要研究進(jìn)展，并取得了大量的產(chǎn)業(yè)化成果。由于其具有特殊的優(yōu)異性能和巨大的發(fā)展?jié)撃?，已?jīng)促使世界各國(guó)對(duì)輕合金材料的研究開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用越來(lái)越重視。輕合金材料與鋼鐵材料不同，其開(kāi)發(fā)應(yīng)用隱含著相應(yīng)國(guó)家的科技和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，每個(gè)國(guó)家輕合金材料用量的多少，標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家航空航天及軍事的實(shí)力，同時(shí)也體現(xiàn)了這個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力。因此，我們應(yīng)不斷探索研究，進(jìn)一步挖掘輕合金材料的優(yōu)異性能，推動(dòng)我國(guó)科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 輕合金材料的基本概念

在介紹輕合金材料的基本概念之前，首先闡述一下輕金屬的概念。輕金屬通常是指密度<3.5×103 kg/m3（鋇的密度）的金屬，其中包括鈹、鋁、鎂和堿金屬及堿土金屬，有時(shí)也將密度為4.5×103 kg/m3的鈦和通常稱之為半金屬的硼和硅歸屬于輕金屬。其中鋰是輕金屬中最輕的元素，鋁、鎂、鈦則是最重要和最具代表性的。在此基礎(chǔ)上，輕合金材料則是以輕金屬為基，通過(guò)添加一些合金元素形成的。由于鋁合金、鎂合金、鈦合金是目前使用量最大的三種輕合金結(jié)構(gòu)材料，因此，輕合金材料一般是指鋁合金、鎂合金、鈦合金。

2 輕合金材料的種類、性能及應(yīng)用

由于目前輕合金材料一般是指鋁合金、鎂合金、鈦合金，因此，主要對(duì)鋁合金、鎂合金、鈦合金的性能及應(yīng)用進(jìn)行闡述。

2.1 鋁合金

鋁合金是人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中最為常見(jiàn)的一種輕合金材料，它是以金屬鋁為基，通過(guò)添加一些合金元素形成的。其主要合金元素有銅、錳、硅、鋅、鎂、鋰等，此外還有鉻、鈦、鎳、鋯等輔加元素。鋁合金可加工成板、帶、條、箔、管、棒、線、型、自由鍛件和模鍛件等加工材（變形鋁合金），也可加工成鑄件、壓鑄件等鑄造材（鑄造鋁合金）。變形鋁合金和鑄造鋁合金又可分為可熱處理型鋁合金材料和非熱處理型鋁合金材料兩大類。其中，變形鋁合金包括超硬鋁合金、硬鋁合金、鍛鋁合金、防銹鋁合金。鑄造鋁合金包括Al-Si系鑄造鋁合金、Al-Cu系鑄造鋁合金、Al-Mg系鑄造鋁合金、Al-Zn系鑄造鋁合金。與純鋁相比，它不僅強(qiáng)度、硬度高，可塑性強(qiáng)，物理力學(xué)性能好，而且品種豐富，使用范圍更加廣泛。同時(shí)還具有優(yōu)良的導(dǎo)電，導(dǎo)熱及抗蝕性能。在航空航天、電子通訊、建筑裝飾、機(jī)械電氣、石油化工等諸多領(lǐng)域鋁合金已成為不可或缺的重要材料。

2.2 鎂合金

鎂合金是以金屬鎂為基，通過(guò)添加一些合金元素形成的。其常用的合金元素主要有鋁、鈣、鋅、錳、稀土金屬（混合稀土、釹、釔、釓等）、釷、鋯、銀等，添加微量元素鈹，雜質(zhì)元素有鐵、鎳等。同樣，鎂合金也可分為變形鎂合金和鑄造鎂合金。鑄造鎂合金適合于鑄造工藝，用于生產(chǎn)各種鑄件，如砂型鑄件、金屬型鑄件、蠟?zāi)ｈT件、壓鑄件等。變形鎂合金適合于各種變形加工工藝，用于生產(chǎn)各種加工材，如板、棒、線、型、管等。在工業(yè)應(yīng)用中，鎂合金是最輕的結(jié)構(gòu)金屬，具有導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、強(qiáng)度剛度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、吸振性能好、切削加工性能好和容易回收等優(yōu)點(diǎn)。但耐蝕性差則是鎂合金的一大缺點(diǎn)。相比于鎂合金，純鎂由于強(qiáng)度太低，很少作為結(jié)構(gòu)材料在工業(yè)中應(yīng)用。由于這些諸多的優(yōu)點(diǎn)，鎂合金因此被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”，廣泛應(yīng)用于便攜式器械及汽車制造業(yè)、3C產(chǎn)品（即計(jì)算機(jī)、通信器材、消費(fèi)類電子產(chǎn)品）、國(guó)防軍工等行業(yè)。

2.3 鈦合金

鈦合金是以金屬鈦為基，通過(guò)添加一些合金元素形成的。其常用的合金元素主要有鋁、錫、鋯、釩、鉬、錳、鐵、鉻、銅、硅等。鈦合金一般按其退火組織分為三類：α型鈦合金，β型鈦合金，α+β型鈦合金。鈦合金被人們稱為金屬中的“全能”金屬，因其“三高一容”（即高強(qiáng)度、高耐熱、高耐蝕、相容性），而被應(yīng)用于海、陸、空、太空及人體的各種環(huán)境中，是航天、航空、艦船、汽車、電子、建筑、化工、石油、冶金、生物醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域非常重要的材料。同時(shí)，鈦合金還是一種非常關(guān)鍵的低溫結(jié)構(gòu)金屬材料，它在低溫以及超低溫的狀態(tài)下，仍能較好的保持其力學(xué)性能。然而，鈦合金的切削加工性能較差。隨著國(guó)防科技和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，鈦合金在各個(gè)行業(yè)的地位越來(lái)越重要，是任何材料都無(wú)法代替的。

3 輕合金材料的發(fā)展前景

材料、信息、能源被譽(yù)為人類社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展的三大支柱。輕合金材料作為一種新型金屬材料，其具有的特殊優(yōu)異性能和巨大的發(fā)展?jié)摿υ絹?lái)越受到人們的關(guān)注，并在各行各業(yè)中起著舉足輕重的作用。它不僅推動(dòng)著整個(gè)材料工業(yè)的發(fā)展，而且作為高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)肩負(fù)著重要的使命和任務(wù)。它已經(jīng)成為未來(lái)提高國(guó)家科技實(shí)力，發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，提高人民物質(zhì)生活和文化生活水平的重要基礎(chǔ)材料。

展望未來(lái)，在人類社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展中，輕合金材料必定會(huì)發(fā)揮巨大的作用，成為人類“工業(yè)文明大廈”的一塊基石。其主要的發(fā)展趨勢(shì)有以下兩個(gè)大的方面：①輕合金材料本身的發(fā)展；②輕合金材料加工技術(shù)的發(fā)展。

輕合金材料本身的發(fā)展方向包括：①趨向于質(zhì)量輕、強(qiáng)度高。在航天航空、汽車制造業(yè)、國(guó)防軍工領(lǐng)域里對(duì)質(zhì)量輕，強(qiáng)度高的金屬材料是迫切需求的；②耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞。適應(yīng)各種環(huán)境，滿足各行業(yè)發(fā)展需求；③新型金屬?gòu)?fù)合材料。對(duì)鋁基復(fù)合材料，鎂基復(fù)合材料，鈦基復(fù)合材料的進(jìn)一步研究和發(fā)展；④新型金屬功能材料。高功能及多功能化的趨勢(shì)。

輕合金材料加工技術(shù)的發(fā)展方向包括：①成形技術(shù)和熱處理工藝的優(yōu)化；②探索新型的加工技術(shù)。其目的都是降低生產(chǎn)成本，得到性能更好的新型金屬材料，滿足各行業(yè)發(fā)展的需求。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，材料工業(yè)在人類工業(yè)文明的道路上扮演著越來(lái)越重要的角色，對(duì)各個(gè)行業(yè)都有著極其重要的影響，可以說(shuō)“沒(méi)有材料就沒(méi)有豐富多彩的今天，更沒(méi)有炫彩奪目的明天”。尤其是在當(dāng)今能源、資源、環(huán)境問(wèn)題日益突出的時(shí)代背景下，對(duì)材料工業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，向?yàn)閷?shí)現(xiàn)材料工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展繼續(xù)邁進(jìn)。而在金屬材料領(lǐng)域，輕合金材料作為一種新型金屬材料，一種“新生代力量”正以迅雷不及掩耳之勢(shì)推動(dòng)著人類社會(huì)的發(fā)展，成為萬(wàn)千材料中的“佼佼者”。相比于傳統(tǒng)的金屬材料，輕合金材料因其質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)異性能，在機(jī)械制造業(yè)、航空航天、國(guó)防軍工、建筑裝飾、石油化工、電子信息、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮其顯著的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，輕合金材料的巨大發(fā)展?jié)撃芤参澜绺鲊?guó)對(duì)其不斷的探索和研究，其前景關(guān)鍵在于技術(shù)的革新與開(kāi)發(fā)，以及材料本身的發(fā)展?？梢?jiàn)，在未來(lái)人類社會(huì)的發(fā)展中，輕合金材料將繼續(xù)在各個(gè)行業(yè)中發(fā)揮巨大的作用，并且占據(jù)著不可撼動(dòng)的地位。

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