新型合金材料-铝合金

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国家出版基金项目

十二五国家重点出版物出版规划项目

“”

中国战略性新兴产业———新材料

新型合金材料———铝合金

中国材料研究学会组织编写

丛书主编黄伯云

丛书副主编韩雅芳

编著张新明邓运来

单页

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内容简介

中国战略性新兴产业新材料丛书是中国材料研究会组织编写的被新闻出版广电总

“———”,

局批准为十二五国家重点出版物出版规划项目并获年度国家出版基金资助丛书共

“”,2016。

分册涵盖了新型功能材料高性能结构材料高性能纤维复合材料等种重点发展材料

16,、、16。

本分册为新型合金材料铝合金

《———》。

本书较为系统地总结了有关高强铝合金发展现状与研究进展成分工艺组织性能关联

、———

机理与方法制备加工技术典型铝合金牌号等方面的知识其中第章主要论述了高强

、、。,1~4

铝合金的发展现状与研究进展技术原理与方法第章根据高强铝合金牌号论述几种铝合

、;5~8

金厚板的制备加工技术第章作为铝合金材料结构一体化发展的具体实例介绍了蠕变时效

;9/,

成形在高强铝合金材料与构件成形方面的研究进展全书针对关键基础科学和技术难题引用了大

。

量的文献资料突出了该领域的研究热点和发展趋势

,。

本书内容系统先进可供新材料科研院所高等院校新材料产业界政府相关部门新

、,、、、、

材料中介咨询机构等领域的人员参考尤其适合从事铝合金研发和工程化应用的科技人员参考

,,

也可作为高校材料专业教材或参考书

。

图书在版编目(CIP)数据

中国战略性新兴产业新材料新型合金材料铝合金张新明邓运来

.../,

编著北京中国铁道出版社

.—:,2018.11

十二五国家重点出版物出版规划项目

“”

ISBN978-7-113-25227-4

中张邓新兴产业产业发展研究中国

Ⅰ.①…Ⅱ.①…②…Ⅲ.①---

铝合金有色金属冶金产业发展研究中国

②----Ⅳ.①F269.24②F426.32

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2018)270386

中国战略性新兴产业新材料

书名:———

新型合金材料———铝合金

作者:张新明邓运来编著

策划:李小军读者热线:

()

责任编辑:李小军许璐绳超01063550836

封面设计:

责任校对:张玉华

责任印制:郭向伟

出版发行:中国铁道出版社北京市西城区右安门西街号

(,)

网址:1000548

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印刷:h中tt煤p北w京ww.t印dp务re有ss.限co公m司51eds

()

版次:年月第版年月第次印刷

开本:20181112018印张111字数千

/::

书号:787mm×1092mm11623.25515

定价:ISBN97元8-7-113-25227-4

118.00

版权所有侵权必究

凡购买铁道版图书如有印制质量问题请与本社教材图书营销部联系调换电话

,,。:(010)63550836

打击盗版举报电话

:(010)51873659

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中国战略性新兴产业新材料丛书

“———”

编委会

主任:黄伯云(中国工程院院士、中国材料研究学会名誉理事长)

副主任:韩雅芳(教授、中国材料研究学会副理事长兼秘书长)

田京芬(中国铁道出版社社长、全国新闻出版行业领军人才)

编委:李元元(中国工程院院士、中国材料研究学会理事长)

魏炳波(中国科学院院士、中国材料研究学会副理事长)

周玉(中国工程院院士、中国材料研究学会副理事长)

谢建新(中国工程院院士、中国材料研究学会常务副理事长)

郑有炓(中国科学院院士、南京大学教授)

李卫(中国工程院院士、北京钢铁研究总院教授级高级工程师)

潘复生(中国工程院院士、中国材料研究学会副理事长)

姚燕(教授、中国材料研究学会副理事长)

罗宏杰(教授、中国材料研究学会副理事长)

韩高荣(教授、中国材料研究学会副理事长)

唐见茂(教授、中国材料研究学会常务理事、咨询专家)

张新明(教授、俄罗斯工程院院士、俄罗斯宇航科学院院士)

朱美芳(教授、中国材料研究学会常务理事)

张增志(教授、中国材料研究学会常务理事兼副秘书长)

武英(教授、中国材料研究学会常务理事兼副秘书长)

赵永庆(教授、中国材料研究学会理事)

李贺军(教授、中国材料研究学会理事)

杨桂生(教授、中国材料研究学会理事)

吴晓东(清华大学材料学院副研究员)

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ⅳ新型合金材料———铝合金

吴玲(教授、国家新材料行业生产力中心主任)

尚成嘉(北京科技大学教授、中国材料研究学会理事)

徐志康(浙江大学教授)

杨辉(浙江大学教授)

姜希猛(深圳清华大学研究院研究员)

赵静(中国铁道出版社总编办主任)

责任编委:唐见茂

丛书主编:黄伯云

丛书副主编:韩雅芳

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序

新材料是高技术和现代产业的基础和先导,对培育和发展战略性新兴产业、

国家重大工程项目的建设以及可持续发展都具有重要的支撑和保证作用。在我

国政府大力支持下,我国新材料在产业规模、技术进步、创新能力、应用水平等方

面均取得了重大进展,自主的产业体系初步形成,具备了良好的发展基础。同

时,从全球高新技术和新兴产业的发展前景看,新材料的基础地位和先导作用也

越来越重要。

“中国战略性新兴产业———新材料”丛书是为贯彻落实国务院年颁布的

2010

《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》(国发〔〕号)而组织编著出

201032

版的。在国发〔〕号文中,新材料被列为我国七种重点发展的产业之一,其

201032

总体目标定位是:“大力发展稀土功能材料、高性能膜材料、特种玻璃、功能陶瓷、

半导体照明材料等新型功能材料。积极发展高品质特殊钢、新型合金材料、工程

塑料等先进结构材料。提升碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维

及其复合材料发展水平。开展纳米、超导、智能等共性基础材料研究。”本丛书由

中国材料研究学会负责组织编著、中国铁道出版社出版,并成功入选“‘十二五’国

家重点出版物出版规划项目”,获得年度国家出版基金资助。这是论述我国

2016

新材料发展战略的第一部系统性科技系列著作,代表了当代新材料发展的主流,

对推动我国战略性新兴产业和可持续发展都具有重要的现实意义和深远的指导

意义。

本丛书从发展国家战略性新兴产业的高度出发,重点选择了国发〔〕号

201332

文件鼓励的高性能结构材料、特种功能材料和高性能纤维及其复合材料,全面系

统阐述了发展这些重点新材料的产业背景及战略意义,系统地论述了这些新材料

的理论基础和应用技术、我国取得的最新研究成果、应用方向及发展前景,针对性

地提出了我国发展这些新材料的主要方向和任务,分析了存在的主要问题,提出

了相应的对策和建议,是我国近年来在新材料领域内具有领先水平的科技著作丛

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ⅵ新型合金材料———铝合金

书。丛书最大的特点是体现了一个“新”字:介绍和论述了我国材料领域取得的最

新研究成果、开发的最先进材料品种和最新制造技术,所著内容代表当代全球新

材料发展方向和主流。丛书既具有较高的学术性和技术先进性,同时对我国新材

料产业发展也具有重要的参考价值。

中国材料研究学会是全国一级学术团体,具有资源、信息和人才的综合优势,

多年来在促进材料科学进步、开展国内外学术交流、承接政府职能转移、提供新材

料产业发展决策咨询、开展社会化服务等方面做了大量的、卓有成效的工作,为推

动我国新材料发展发挥了重要作用。参加本丛书编著的作者都是我国从事相关

材料研究和开发的一流的科研单位和院校、一流的专家学者,拥有数十年的科研、

教学和产业开发经验,并取得了国内领先的科研成果,创作态度严谨,从而保障了

本套丛书的内容质量。

本丛书的编著和出版是近年来我国材料研究领域具有足够影响的一件大事。

我们希望,本丛书的出版能对我国新材料技术和产业发展产生较大的助推作用,

也热切希望广大材料科技人员、产业精英、决策机构积极投身到发展我国新材料

研发的行列中来,为推动我国新材料产业又好又快的发展做出更大贡献!

中国材料研究学会名誉理事长

中国工程院院士

年月

20166

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前言

“中国战略性新兴产业———新材料”丛书由中国材料学会组织编写,被新闻出版广电

总局批准为“十二五”国家重点出版物出版规划项目,经国家出版基金管理委员会评审,获

年度国家出版基金资助。

2016

根据国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,新材料被列为我国战略

性新兴产业之一。本丛书定位为:从战略性新兴产业的高度,着重论述该类新材料在国民

经济和国防建设重大工程和项目中的地位和作用、技术基础、最新研究成果、应用领域及

发展前景。其特点体现一个“新”字,即在遵守国家有关保密规定的前提下论述当代新材

料的最先进的工艺和最重要的性能。它代表当代全球新材料发展的主流,对实现可持续

发展具有重要的现实意义和深远的指导意义。丛书共分册,涵盖了新型功能材料、高

16

性能结构材料、高性能纤维复合材料等种重点发展材料。本分册为《新型合金材

16

料———铝合金》。

从世纪初至今,铝合金在航空航天、交通运输领域获得了广泛应用。百年以来,高

20

强铝合金从成分、工艺、组织、性能和应用等多个方面不断创新,需求牵引、科技驱动,历经

五代发展,满足了不同时代飞机和高端装备的发展要求。在现代装备高效、节能、环保发

展趋势下,装备轻量化浪潮正扑面而来,作为高性价比的轻量化材料,铝合金科技与产业

获得空前发展机遇。本书编著的目的是为从事铝合金相关材料与应用的科技工作者和高

校师生提供一部较为系统的有关高强铝合金发展现状与研究进展、成分工艺组织性能

---

关联机理与方法、制备加工技术(特别是大规格材料均匀性调控原理与工艺创新)、典型铝

合金牌号等方面的著作,内容既具学术性、启发性,也兼顾实用性。

全书由中南大学材料科学与工程学院张新明、邓运来编著。

感谢国家重点基础研究发展计划(计划)项目、,

9732005CB6237002012CB619500

协同创新计划轻质高强有色金属材料与制造协同创新中心的支持!在本书撰写过

2011

程中,参考了不同时期的文献资料,在此,对本书引用的参考文献的作者表示衷心感谢!

书中未注明的研究结果来自于编著者团队师生的研究工作总结(包括几十位研究生的学

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新型合金材料———铝合金

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位论文),在此,向被书中引用研究结果的师生表示衷心感谢!课题组的张勇、张劲、叶凌

英、刘胜胆、唐建国老师为本书编著做了资料收集、整理、校订等工作,在此向他们表示

感谢。

限于时间和精力,疏漏之处在所难免,欢迎广大读者批评指正。

编著者

年月

20188

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目录

第1章高强铝合金的发展………………

1

第一代高静强度铝合金………………

1.12

第二三四代铝合金…………………

1.2、、3

第二代高强耐蚀铝合金………

1.2.1、3

第三代高强高韧耐热低密度铝合金………

1.2.2、、、3

第四代高强高韧耐蚀耐损伤铝合金………

1.2.3、、、4

第五代高综合性能铝合金……………

1.34

概述………………

1.3.14

铝锌系铝合金…………………

1.3.2-6

铝铜系铝合金…………………

1.3.3-7

铝锂系铝合金…………………

1.3.4-8

我国高强铝合金材料的发展…………

1.48

参考文献……………………

9

第2章高强铝合金的时效析出微结构………………

15

时效析出的热力学原理……………

2.115

析出相形核……………………

2.1.116

析出相长大……………………

2.1.217

铝铜系合金的时效微结构…………

2.2-19

铝锌系合金的时效微结构…………

2.3-25

高强铝合金时效微结构的调控方法与原理………

2.427

基本方法与原理………………

2.4.127

回归再时效……………………

2.4.230

断续时效………………………

2.4.331

微合金化………………………

2.4.434

参考文献……………………

38

第3章高强铝合金组织与性能的关系………………

46

高强铝合金的组织及其作用机理…………………

3.146

基体沉淀相……………………

3.1.147

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ⅹ新型合金材料———铝合金

晶界析出相及无沉淀析出带…………………

3.1.247

弥散粒子的作用………………

3.1.348

粗大金属间化合物的作用……………………

3.1.449

晶粒组织和织构………………

3.1.550

强度及其组织相关性………………

3.251

强化机理………………………

3.2.151

强度与组织相关性的定量表征………………

3.2.254

断裂韧性及其组织相关性…………

3.355

高强铝合金的基本断裂方式…………………

3.3.156

断裂韧性与组织相关性的定量表征…………

3.3.257

疲劳性能及其组织相关性…………

3.459

疲劳裂纹萌生…………………

3.4.161

疲劳裂纹扩展…………………

3.4.263

蠕变性能及其组织相关性…………

3.565

蠕变第一阶段特征……………

3.5.165

蠕变第二阶段特征……………

3.5.266

腐蚀性能及其组织相关性…………

3.667

电化学腐蚀……………………

3.6.167

点蚀……………

3.6.269

晶间腐蚀………………………

3.6.371

应力腐蚀………………………

3.6.473

剥落腐蚀………………………

3.6.578

参考文献……………………

81

第4章高强铝合金材料制备加工技术基础…………

93

高强铝合金材料的淬火敏感性与残余应力………

4.194

高强铝合金淬火敏感性的评价方法…………

4.1.195

高强铝合金淬火敏感性的影响因素…………

4.1.299

残余应力及其测算方法………

4.1.3107

高合金化大铸锭的熔炼与铸造……………………

4.2114

熔体在线净化…………………

4.2.1114

多场调控铸锭…………………

4.2.2116

铸锭均匀化…………

4.3118

均匀化对高强铝合金组织和性能的影响……

4.3.1119

多级均匀化的作用机理………

4.3.2119

板材的轧辊错位轧制………………

4.4120

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目录ⅺ

轧辊错位异步轧制……………

4.4.1121

非对称轧制板材的宏微观特征……………

4.4.2/122

高强铝合金材料的固溶处理………

4.5125

固溶对高强铝合金微观组织和织构的影响…………………

4.5.1125

逐级升温固溶对性能的影响…………………

4.5.2130

高强铝合金厚截面材料的淬火……………………

4.6131

辊底炉淬火……………………

4.6.1132

淬火工艺数值模拟的原理和方法……………

4.6.2133

铝合金厚板的淬火残余应力…………………

4.6.3138

铝合金厚板的预拉伸………………

4.7141

板材预拉伸的变形特点………

4.7.1141

预拉伸消减内应力……………

4.7.2143

预拉伸对高强铝合金材料组织与性能的影响………………

4.7.3144

高强铝合金厚截面材料的时效……………………

4.8146

内态变量理论…………………

4.8.1147

等动力学假设…………………

4.8.2148

理论及其等动力学处理………………

4.8.3LSW149

材料构件的成形成性一体化制备加工…………

4.9//150

高强铝合金的热处理状态代号…………………

4.10151

类细分状态代号…………

4.10.1T151

消除应力状态表示法………

4.10.2152

常见铝合金热处理状态代号举例…………

4.10.3153

参考文献…………………

156

第5章7050铝合金厚板的非均匀性及调控………

168

铝合金厚板组织性能的非均匀性……………

5.17050168

多相组织………………………

5.1.1168

强度与韧性……………………

5.1.2172

厚向非均匀性…………………

5.1.3173

各向异性………………………

5.1.4174

铸锭多级均匀化……………………

5.2177

均匀化过程合金组织结构的演变规律………

5.2.1178

均匀化对粒子析出的影响……………

5.2.2Al3Zr179

均匀化对性能的影响…………

5.2.3180

热轧工艺……………

5.3181

热轧温度对固溶后再结晶分数的影响………

5.3.1182

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ⅻ新型合金材料———铝合金

热轧变形量对组织和性能的影响……………

5.3.2