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用的歷史縮影。1909年，英國《每日郵報》發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，形成穩定的機翼型面。隨后航空鋁合金在飛機設計需求牽引和鋁合金自身技術發展的雙重推動下，至今已發展至第五代鋁合金。

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計需求、伴隨著鋁合金沉淀硬化技術的發明而研發的合金，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力腐蝕失效引起的飛機失事而產生，飛機設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也研發出來，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進步的推動下高強、高韌鋁合金研發成功，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計和可靠性設計，在精密熱處理技術以及主合金成分優化設計與發展的推動下高性能鋁合金應運而生，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。在航空裝備發展需求的牽引下，隨著國內先進鋁合金生產裝備的配套建設及材料制備關鍵技術的突破，國內四代航空鋁合金已經實現工業化穩定制備并裝機應用，國內航空鋁合金的研制與生產應用已經達到國際先進水平。

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、實驗相結合的方式，進行特征微結構精確調控，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。

研究內容

針對合金化元素總含量不超過17%（質量分數），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及動力學計算，在中試條件下開展型材制備及時效工藝研究，為工業化生產和應用提供參考。

研究結果

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定；140 ℃時效時，合金時效響應很快，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。優選推薦參數為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，晶內析出相多數為圓形，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 

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

140 ℃下時效4 h后，未發現GP區的衍射斑點，1/3{220}，2/3{220}位置出現了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

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