超高強度鋁合金
關注創建者：航空材料學報期刊 創建時間：2021-06-24
超高強度鋁合金的實例教程
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%。
展開 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%。
展開 近日，由國際著名材料科學家香港城市大學劉錦川院士領銜的學術團隊與香港理工大學、北京工業大學、中國科學院金屬研究所和中南大學合作，報道了一種新型高強度高塑性的超合金。相關成果以題為“Multicomponent intermetallic nanoparticles and superb mechanical behaviors of complex alloys”發表在《Science》上。
論文鏈接：
http://science.sciencemag.org/content/362/6417/933
由于強度和塑性的矛盾關系，開發具有高強度和高塑性的先進材料一直是一項富有挑戰的研究。例如，近期北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平教授團隊打破人們對傳統間隙固溶強化的認知，發現間隙原子的添加不僅能提高合金的強度，也能大幅度提高合金的塑性，并提出了一種設計高強度高塑性金屬材料的新的合金設計思路。國際頂級學術期刊《Nature》11月14日在線發表了呂昭平教授團隊繼去年超高強鋼后又一突破性研究進展。詳情點擊→北科大呂昭平又發《Nature》！同時提高強度和塑性。
劉錦川團隊以塑性無序多組分基體FCC型Fe-Co-Ni和塑性有序的多組分Ti-Al金屬間化合物納米顆粒進行復合，實現了強度與塑性的平衡。基于這一原理，研究團隊設計了一系列超合金，其中 (FeCoNi)86-Al7Ti7 (Al7Ti7) 合金室溫拉伸斷裂強度超過1500MPa，延伸率仍高達50%。
展開 △EOS新推出的鋁Al2139 AM 3D打印的輪架（來源：EOS）
2021年11月23日，南極熊獲悉，德國工業級3D打印機制造商EOS宣布在金屬3D打印材料中增加一種新材料，可以 "大大減少零件重量"，并能夠實現 "更有成本效益的生產"。
EOS Aluminium Al2139 AM據說是EOS公司迄今為止強度最高的鋁合金，將于2022年初用于EOS M 290平臺，其他EOS DMLS系統也將隨之推出。
這種材料在高達200oC的高溫下具有高性能，具有良好的耐腐蝕性，并具有更高的強度特性，允許用戶在不影響強度的情況下生產更輕的零件，EOS稱這一特性將吸引航空、運輸、賽車和太空行業的制造商。
這種材料可以使用單步熱處理工藝，EOS說這種工藝可以為企業節省高達88%的主動熱處理時間。經過熱處理后，Al2139 AM可達到約500Mpa的屈服和抗拉強度，部件可以進行電拋光和陽極氧化處理。
EOS金屬材料公司高級副總裁Sascha Rudolph說："我們一直在努力提高客戶制造的零件性能，同時減少所需的材料數量并簡化生產流程。EOS鋁Al2139 AM是這些努力的結晶，將新材料創新掌握在制造商手中。"
這一消息是在上周的Formnext展會上宣布的，此外，EOS還收購了奧地利金屬材料公司Metalpine的股份，以共同開發環保型金屬粉末。
展開 隨著交通運輸工具的增加，CO2排放量不斷增大，推動了高強輕質鋁合金在汽車上的發展應用。這類材料面臨的一個主要挑戰是成形性和強度之間的權衡。Al-Mg合金（5XXX系）由于其高的均勻延伸率和加工過程中的應變硬化性，在嚴重變形部件中得到廣泛應用。在5XXX鋁合金中添加合金元素是常用的提升強度方法，已有研究表明添加Cu和Zn能夠產生有益的影響，預變形也被證實對鋁合金有一定增強，但是還缺乏硬化過程中力學行為演化的研究。
奧地利里奧本大學等單位的研究人員主要針對Al-Mg-Zn合金，提出了一種新的能夠在工業生產實現的熱機械加工工藝，包括短期預時效(100℃×3h)及預變形處理(2%)，達到了迄今為止最大的硬化提升(184MPa)，強度達到410MPa。相關論文以題為“Giant hardening response in AlMgZn(Cu) alloys”發表在金屬材料頂級期刊Acta Materialia。
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論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.116617
本研究使用的基礎鋁合金為ENAW-5182，添加Zn和Zn+Cu(以下簡稱為5182-Zn和5182-ZnCu)，通過真空感應熔煉、均勻化處理(470℃×24h)、熱軋和冷軋。經過固溶(465℃×35min)+預時效(100℃×3h)稱為TMT1；經過固溶+預時效+預變形(2%)稱為TMT2，烤漆硬化統一為185℃×20min。
研究發現TMT1處理下5182-Zn的強度提升僅47MPa，而5182-ZnCu的屈服強度提高了127MPa，表明了Cu的有益作用。
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1.2 輕量化結構材料
目前，汽車輕量化材料主要包括超高強度鋼、鋁合金、鎂合金、工程塑料、碳纖維復合材料（Carbon FiberReinforced Plastics, CFRP）等，典型材料的強度對比如表1所示。
△EOS新推出的鋁Al2139 AM 3D打印的輪架（來源：EOS）
2021年11月23日，南極熊獲悉，德國工業級3D打印機制造商EOS宣布在金屬3D打印材料中增加一種新材料，可以 "大大減少零件重量"，并能夠實現 "更有成本效益的生產"。
EOS Aluminium Al2139 AM據說是EOS公司迄今為止強度最高的鋁合金，將于2022年初用于EOS M
以探月、火星探測、空間站建設等為代表的我國航天事業正蓬勃發展，針對航空航天領域三類典型應用材料（即鋁、鈦、鎳基合金及其金屬基復合材料）、四類典型結構（大型金屬結構、復雜整體結構、輕量化點陣結構、多功能仿生結構等），鋁合金激光增材制造（SLM） 完美契合，有望成為下一代運載火箭、衛星等核心零部件成形的關鍵技術。因此，開發出新一代增材制造高強鋁合金，已經成為當前航天增材領域亟待完成的一個重要基礎研究任務
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。
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。
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【論文介紹】TEMPO功能化鋯基MOFs的合成及醇催化氧化性能
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編輯推薦：本文提出的新熱機械加工路線，應用在Al-Mg-Zn(Cu)中充分解決了長期存在的高強度和成形性之間的矛盾，而且該方法簡單，符合工業生產實際。 隨著交通運輸工具的增加，CO2排放量不斷增大，推動了高強輕質鋁合金在汽車上的發展應用。這類材料面臨的一個主要挑戰是成形性和強度之間的權衡。Al-Mg合金（5XXX系）由于其高的均勻延伸率和加工過程中的應變硬化性，在嚴重變形部件中得到廣泛應用。在5X
近日，由國際著名材料科學家香港城市大學劉錦川院士領銜的學術團隊與香港理工大學、北京工業大學、中國科學院金屬研究所和中南大學合作，報道了一種新型高強度高塑性的超合金。相關成果以題為“Multicomponent intermetallic nanoparticles and superb mechanical behaviors of complex alloys
《自然》雜志近期發表一項材料科學最新突破成果：美國科學家研發出一種3D打印高強度鋁合金的新方法。目前絕大多數采用增材制造方式研制的合金會出現周期性裂紋，但新問世的合金不但未出現裂紋痕跡，且強度堪比鍛造材料。該方法還可用于其他合金的制造。
研究人員對鋁合金進行3D打印
3D打印又稱基于金屬的增材制造，是指逐層添加金屬粉末進行制造的技術，這種方法可以提高設計自由度和制造靈活性
