航空鋁合金代次劃分特點

百年航空、百年鋁材是鋁合金在航空應(yīng)用的歷史縮影。1909年，英國《每日郵報》發(fā)起的橫渡英吉利海峽的競賽，獲勝的布里奧Ⅺ型飛機機翼前緣包有鋁制蒙皮，形成穩(wěn)定的機翼型面。隨后航空鋁合金在飛機設(shè)計需求牽引和鋁合金自身技術(shù)發(fā)展的雙重推動下，至今已發(fā)展至第五代鋁合金。

航空鋁合金的代次劃分主要以變形鋁合金為主，每一代都有自己的典型特點：

第一代航空鋁合金是靜強度鋁合金，主要是為了滿足飛機靜強度設(shè)計需求、伴隨著鋁合金沉淀硬化技術(shù)的發(fā)明而研發(fā)的合金，典型合金為2A12-T6，7075-T6等。

第二代航空鋁合金是高強耐腐蝕鋁合金，這是為解決鋁合金應(yīng)力腐蝕失效引起的飛機失事而產(chǎn)生，飛機設(shè)計對鋁合金提出了耐腐蝕的需求，此時獲得耐腐蝕更好的T73、T76等過時效熱處理技術(shù)也研發(fā)出來，典型合金為7A09-T73/T74等。

第三代航空鋁合金是高強、高韌鋁合金，這是隨著飛機強烈的減重需求，對鋁合金的綜合性能提出的高要求，在合金純化和微合金化技術(shù)進步的推動下高強、高韌鋁合金研發(fā)成功，典型合金為7050，7475，2124等。

第四代航空鋁合金是高性能鋁合金，為了滿足飛機損傷容限設(shè)計和可靠性設(shè)計，在精密熱處理技術(shù)以及主合金成分優(yōu)化設(shè)計與發(fā)展的推動下高性能鋁合金應(yīng)運而生，這代鋁合金具有超高強、耐損傷、高強韌低淬火敏感性鋁合金等特點，典型代表合金為2E12，7B50，7A55，7A85等。在航空裝備發(fā)展需求的牽引下，隨著國內(nèi)先進鋁合金生產(chǎn)裝備的配套建設(shè)及材料制備關(guān)鍵技術(shù)的突破，國內(nèi)四代航空鋁合金已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化穩(wěn)定制備并裝機應(yīng)用，國內(nèi)航空鋁合金的研制與生產(chǎn)應(yīng)用已經(jīng)達到國際先進水平。

超高強度鋁合金是第五代航空鋁合金的重要組成部分，采用理論計算、模擬、實驗相結(jié)合的方式，進行特征微結(jié)構(gòu)精確調(diào)控，超高強度鋁合金在保持良好綜合性能的前提下，針對承受壓縮載荷的支撐梁、桁條等高剛度、高強度需求部位，進一步提升合金強度至700 MPa以上。

研究內(nèi)容

針對合金化元素總含量不超過17%（質(zhì)量分數(shù)），目標強度800 MPa級的超高強度鋁合金，基于前期的合金成分熱力學(xué)及動力學(xué)計算，在中試條件下開展型材制備及時效工藝研究，為工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用提供參考。

研究結(jié)果

110 ℃時效初期，合金強度隨著時效時間迅速升高，伸長率逐漸下降，強度在時效24 h時達到峰值，并隨著時效時間的延長基本保持穩(wěn)定；140 ℃時效時，合金時效響應(yīng)很快，2 h后強度達到峰值，而后隨著時效時間的延長，合金強度逐漸下降，伸長率緩慢上升。

綜合考慮強度、伸長率等因素，合金適宜的時效工藝為110 ℃/（24~96）h。優(yōu)選推薦參數(shù)為110 ℃/24 h。此時，合金的抗拉強度，屈服強度和伸長率分別為808，785 MPa和6.9%。

圖1 不同時效工藝處理后合金的室溫拉伸性能

(a)T=110 ℃；(b)T=140 ℃

不同時效工藝下合金靠近<011>帶軸的透射組織明場像顯示：在110 ℃時效時，析出相長大緩慢，時效4 h后，晶內(nèi)析出相多數(shù)為圓形，細小且分布均勻，尺寸約為3~5 nm；時效時間延長至96 h時，析出相形貌為針狀析出相和圓盤狀析出相，針狀析出相寬度約2~4 nm，長度約5~10 nm，圓盤狀析出相尺寸約4~8 nm。

140 ℃時效時，析出相尺寸較110 ℃時效時明顯增大，時效4 h后，晶內(nèi)均勻析出了大量細小的針狀及圓形顆粒，析出相的尺寸約為5~10 nm，時效24 h后，析出相的尺寸長大至15~20 nm。時效溫度升高，析出相析出和長大的速度明顯加快。

圖2 不同時效制度下合金TEM組織

(a)110 ℃/4 h；(b)110 ℃/24 h；(c)110 ℃/96 h；(d)140 ℃/4 h；(e)140 ℃/24 h 

結(jié)合不同方向的選區(qū)電子衍射花樣（SAD）確定析出相的種類，結(jié)果表明：110 ℃時效4 h后，在<001>帶軸下，{1, (2n+1)/4, 0}位置出現(xiàn)GPI區(qū)衍射斑點，1/3{220},2/3{220}位置出現(xiàn)η′相衍射斑點；在<112>帶軸下，在1/2{311}位置出現(xiàn)GPII區(qū)衍射斑點。110 ℃時效96 h后，同樣可以發(fā)現(xiàn)GPI區(qū)及GPII區(qū)、η′相的衍射斑點強度，表明在此溫度下，GPI區(qū)及GPII區(qū)、η′相可以穩(wěn)定存在。

140 ℃下時效4 h后，未發(fā)現(xiàn)GP區(qū)的衍射斑點，1/3{220}，2/3{220}位置出現(xiàn)了η′相衍射斑點，表明基體中η′相的存在；140 ℃時效24 h后，η相的衍射斑點變強，表明此時η′相和η相為主要的析出相。

圖3 不同時效制度下合金選區(qū)電子衍射

(a) <001>110 ℃/4 h；(b)<112>110℃/4 h；(c) <001>110 ℃/96 h；(d) <112>110 ℃/96 h；(e) <001>140 ℃/4 h；(f)<001>140 ℃/24 h

原文出處：

800MPa級超高強度鋁合金的時效析出行為

臧金鑫，邢清源，陳軍洲，戴圣龍

材料工程 2021,49 (4):71-77.

doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000495

【論文介紹】pH敏感水凝膠微球的制備及二甲酸鉀緩釋和抗菌性能分析

【論文介紹】SA508Gr.4N鋼熱變形過程微觀組織演變及流變應(yīng)力模型

【論文介紹】蒙脫土/Fe3O4/腐殖酸復(fù)合材料對U（Ⅵ）的作用機制

【論文介紹】粉煤灰-硅藻土復(fù)合相變儲能材料制備及導(dǎo)熱強化