余成遠，石家平

（浙江萬豐奧威汽輪股份有限公司，浙江 紹興 312500）

1 超高強鋁合金的發(fā)展

Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金就是超高強鋁合金，又稱為7系鋁合金，其優(yōu)點就是強度、硬度、耐用性、經(jīng)濟性較好，又能夠耐腐蝕，被航天航空領域廣泛使用。超高強鋁合金的研究路程較為坎坷，從1923年開始，外國科學家就對鋁合金進行研究，通過加入各種元素來調(diào)整其硬度和強度等，雖然通過研究強度是加強了，但是其抗應力耐腐蝕性均無法達到實際應用的標準。國外的超高強鋁合金研究主要方向都是想著高強度、高韌性、耐腐蝕性方向發(fā)展，其合金化程度越來越高，雜質(zhì)含量越來越低，純度越來越純，各種元素搭配使其達到最優(yōu)模式。

國內(nèi)的超高強鋁合金研究起步較晚，八十年代處開始研究高強高韌鋁合金材質(zhì)用于航空領域，投入大量的人力物力，到2000年我國超高強鋁合金的發(fā)展程度已經(jīng)達到了國外90年代中期的水平，在近十年中，我國更是致力于研究特高強度鋁合金，目前研究取得了非常大的進展，技術領先于國際水平，并且應用廣泛，能夠突破傳統(tǒng)金屬的制造范圍。

2 超高強鋁合金的機理和性能

（1）超高強鋁合金的機理。超高強鋁合金中Zn含量大于3%，Cu的含量大于Mg的含量，Mg含量大于1%。其中Cu是超高強鋁合金極其重要的元素，它能夠改善晶體結構，提高抗腐蝕性能[1]。研究發(fā)現(xiàn)，當Zn/Mg比例較小時，Cu含量越高就越脆，韌性越差，反之比值變大，韌性越好。所以超高強鋁合金的搭配比例是關鍵，除了這些元素外，還有微量元素的添加。在超高強鋁合金中，鐵和硅不僅是雜質(zhì)，還能破壞鋁合金的性能，由于它們在高溫中很難溶解，熱加工的時候就容易變形，使得機體發(fā)生空隙，產(chǎn)生裂痕直接降低了合金的韌性[2]。

（2）超高強鋁合金的性能。合金的性能受到多方面的影響：①基體沉淀相。合金有較高的強度主要是由于合金的基體組織，在固溶處理后，基體組織隨著時間的變化發(fā)生變化，沉淀相質(zhì)點分數(shù)越大，分布廣且均勻，則抗應力腐蝕性及韌性就強。②晶界沉淀相。晶界沉淀相對合金的影響主要是網(wǎng)狀分布的晶界沉淀相會破壞合金的性能，找出韌性不住，容易開裂的情況。③晶界無沉淀析出帶。晶界無沉淀析出帶與晶界沉淀相息息相關，很難分開?？s小晶界無沉淀析出帶對合金性能還是有利的。研究學者經(jīng)歷了幾千萬次試驗，通過調(diào)整元素配比來達到做好的韌性。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，處理元素外，其他影響因素主要就是晶體形狀和大小，材料組織狀態(tài)等。

3 鋁合金的熱處理工藝

超高強鋁合金主要是通過熱處理技術來合理選擇參數(shù)，使得合金擁有較好的綜合性能。其主要的工藝包括：

（1）均勻化。鋁合金均勻化處理就是提高錠坯的冶金質(zhì)量及擠壓性能，我們都知道所有的合金在凝固的時候都會存在枝晶偏析，必須通過均勻化處理才能消除，通過均勻化處理減少內(nèi)應力，提高熱塑性，并且均勻化處理能夠促進第二相溶解，提高合金的固溶度，從而提高強度。

（2）固溶。固溶，是指將合金加熱至第二相能全部或最大限度地溶入固溶體的溫度，保持一段時間后，以快于第二相自固溶體中析出的速度冷卻，獲得過飽和和固溶體的過程。在固溶過程中，過飽和程度會影響時效析出相的數(shù)量，同時過飽和的程度與合金成分有關，也與固溶程度有關，提高過飽和程度，能夠減少粗大晶體相產(chǎn)生，還能夠改善抗斷裂性能。

圖1 固溶480℃，24h金相圖

（3）熱變形處理。熱變形處理主要是人們?yōu)榱俗屼X合金達到最佳功能的一種研究方式，其實質(zhì)就是利用塑性變形和熱處理來改變合金的性質(zhì)，提高其強度、韌性和抗腐蝕能力。

（4）單級時效。單級時效又稱為一級時效，時效完成后會析出細小的共格，形成連續(xù)鏈狀質(zhì)點，這時鋁合金強度增加，但是對腐蝕性極其敏感，抗腐蝕性較差。單級時效的時間與電導率有曲線關系，并且電導率越高強度就越大。

（5）雙級時效。雙極時效就是要經(jīng)過兩個時效，第一時效是低溫時效，形成大量GP區(qū)；第二時效是高溫時效，讓晶體形成均勻的盤狀相。經(jīng)過雙時效處理，合金的強度下降但是抗腐蝕性增強。

（6）回歸再時效?；貧w再時效又稱為RRA處理，包括三個階段：第一階段，在較低溫環(huán)境下進行峰值時效；第二階段，在較高溫中進行短時回歸；第三階段，在較低溫下進行再時效。前兩步與雙極時效類似，都是現(xiàn)處于較低溫狀態(tài)，后處于較高溫狀態(tài)，增加第三階段，主要是提高合金的強度，并且保持第二階段的合金抗腐蝕性能。

圖2 時效時間與電導率關系曲線

4 結語

從石器時代發(fā)展到目前的硅時代，新材料的變化就可以反應出人類歷史文明的變化。超高強鋁合金的研究經(jīng)過漫長的歲月才得以突破腐蝕性差這個瓶頸，實現(xiàn)現(xiàn)在的高強度、高韌性、耐磨性和抗腐蝕性如此全面綜合的性能，并且開始推廣使用，這一步一步都是人類文明的進步印記。