铝合金技术发展

1工业铝合金技术发展2铝中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。固溶强化时效强化弥散强化细晶强化阻碍位错运动铝合金的强化机制3固溶强化Al-Mg4Cu/%GP区固溶线lα5.7α＋θ（Al2Cu）200400600246温度/℃Cu在Al中的固溶度随温度降低而降低。500℃时将有4％的Cu固溶在Al中，将含4％的Al冷却到室温，绝大部分的Cu将以GP区和过渡相等形式析出。时效强化5弥散强化时间温度液态中少量初生Al3Er粒子固态中弥散分布的Al3Er粒子6时间温度液态中初生Al3Er成为基体Al的形核核心，减少基体晶粒长大的孕育期，细化晶粒。细晶强化铝合金随塑性加工量的增大，组织结构发生明显变化：等轴晶---带状组织---细晶组织7时效强化时间温度Al-CuAl2CuAl-Mg-SiMg2Si析出相位错绕过S8序号发展阶段年代需求牵引

技术推动典型铝合金1静强度需求1906年至50年代减小结构重量提高载重和航程沉淀硬化静强度铝合金(第一代)：2024-T3,7075-76,广泛应用

2抗腐蚀需求60年代解决机体结构应力腐蚀过时效热处理耐腐蚀铝合金(第二代)：7075-T73,7075-T76,广泛应用

3综合性能需求60年代末至70年代末失效-安全设计需求高纯化Zr微合金化高纯铝合金(第三代)：7475,7050,2124,2324,广泛应用

4强烈减重需求80年代解决能源及提高军机战斗力相关材料技术5高强耐损伤需求80年代末至90年代末可靠性和损伤容限设计需要精密热处理及成分精确控制高强耐损伤铝合金(第四代)：7150-T77,7055-T777085-T76，2524-T3,2192-T851,广泛应用

6降低成本需求90年代中至今降低成本需要Sc微合金化等正在研究国外航空铝合金的发展历程耐热:8009等；铝锂:1420/8090等铝基复合材料；除1420外,未大量应用2000、7000、Al-Li等合金系航天航空：高强高韧铝合金9合金成分设计合金元素存在状态与合金相结构合金性能航空需求热处理制度(60多种)变形加工精密控制高纯化、微合金化合金制品品种规格强韧化机制抗腐蚀机制……成份/工艺理论结构性能国外铝合金发展实质上是运用材料科学与工程“四要素”及其关系在提高材料性能上的体现。核心国外铝合金发展思路和经验总结10国外铝合金发展思路和经验总结

合金研制方面成分设计热处理工艺设计合金实际受力的软件分析技术制备/加工/检测装备技术及其精确控制全方位、深入的研究合金组织性能在制备加工以及服役过程中的变化规律掌握了核心技术和关键技术丰富的品种规格，建立了相关标准，通过适航认证11熔炼热处理变形加工检测技术大型化、整体化过程精密控制先进完备制备加工检测装备与技术国外铝合金发展思路和经验总结121938年发现Al-Cu单晶合金经自然时效后形成二维溶质偏聚区(GP区){100}θ׳׳//{100}a在基体中均匀形核且与基体完全共格与基体部分共格随着θ׳数量增加，合金进入过时效状态相转变规律2000系合金的发展1906年发现Al-Cu合金沉淀硬化现象13Al-Cu系合金的时效析出2000系合金的发展核心：热处理工艺设计与优化14固态相变时效过程中，最大强化效果是在

″析出阶段，当

′大量形成时，硬度开始下降，称为过时效。列举几种合金系过饱和固溶体的脱溶顺序，可以看到不同合金沉淀情况的差异。15生成粗大的脆性杂质相，严重影响合金断裂韧性提高耐热性能1906Al-Cu-Mg19172017193920241970212419722048－241919782224－2324近年242425242524核心：成分调整、热处理工艺设计与优化、变形加工技术2000系合金的发展167000系合金的发展GP区（球状）η׳η(MgZn2)T׳T(Mg3Zn2Al2)六方结构，基面与基体{111}面部分共格Zn.%η(MgZn2)与位错的交互作用获得有效“强化相”17T6峰值时效，但引起应力腐蚀敏感和低断裂韧性。翼梁锻件的应力腐蚀剥落核心：热处理工艺设计与优化7000系合金的发展18压应力屈服强度，ksi腐蚀剥落等级成分调整热处理工艺设计与优化1961年美铝开发了T73双级时效制度，减小了应力腐蚀，提高了断裂韧性，但由于质点粗化，损失了10-15％强度；后又开发了兼顾强度和抗应力腐蚀能力的T76和T74。7000系合金的发展19低温时效小的GP区溶解，大的GP区长大并转变成η׳，并使η׳更均匀地分布，达到更好的时效效果双级时效

1974年，以色列飞机公司的Cina提出一种三级时效工艺，促使Al-Zn-Mg-Cu合金保持T6状态强度的同时获得了接近T73状态的抗应力腐蚀能力以及较好的韧性。1989年，美铝以T77正式注册了第一个三级时效处理工艺实用规范专利。三级时效精确控制形变和热处理过程，获得最佳的强度和抗应力腐蚀的组合状态。形变热处理较高温度再时效T6→T73/74/76T77核心：热处理工艺设计与优化、精确控制技术7000系合金的发展207049-T73(锻件)改善SCC7079-T652(锻件)7149-T73(锻件)7050-T737050-T747050-T767150-T651(厚板等)7175-T74(锻件)7175-T66(锻件)7475-T67475-T767475-T73改善韧性降低Fe、Si；限制Cr；增加Zn降低Fe、Si锻件厚板挤压件降低Fe、Si、Cr添加Zr调整成分降低Fe、Si；限制Cr；降低Fe、Si；限制Cr；降低Fe、Si；添加Zr；抗SCC性能韧性高强度高韧性高韧性7150-T7751(厚板、挤压件)7055-T7751高强度薄板厚板7075淬火敏感性大，降低淬火速度同时引起强度下降增加Zn/Mg比，提高具有良好SCC性能过时效状态下的强度提高淬透性，在获得足够强度的同时将淬火残余应力降低到最小程度核心：成分调整、热处理工艺设计与优化、变形加工技术7000系合金的发展217075热轧板微观组织富Fe相诱发裂纹扩展疲劳实验后高纯化及其控制技术7000系合金的发展22铝-锂合金过饱和固溶体的脱溶序列铝-镁-锂合金的脱溶序列T（Al2MgLi）δ(AlLi)铝-锂-高铜合金的脱溶序列δ׳(Al3Li)δ(AlLi)GP区θ׳׳θ׳θT1（Al2CuLi）

过饱和固溶体δ׳

(Al3Li)