【《7005铝合金特点与应用研究综述》2000字】

第1章引言铝合金特点与应用研究综述铝合金通常使用铜、锌、锰、硅、镁等合金元素，20世纪初由德国人AlfredWilm发明，跟普通的碳钢相比有更轻及耐腐蚀的性能，但抗腐蚀性不如纯铝。在干净、干燥的环境下铝合金的表面会形成保护的氧化层。而7005铝合金是铝合金中性能较好的一类，它属于7系铝合金。7005铝合金强度大、韧性好，可进行热处理强化，具有较好的热变形性能，以及较宽的淬火范围，在车辆制造以及体育器材生产方面有着广泛的应用。1.17005铝合金的特点和应用科技的力量正带动着交通运输向着更快更便捷的方向发展，尤其是我国高铁行业的飞速发展，使得人们对于车辆结构的强度和轻量化有了更高的要求。20世纪初问世的铝合金，凭借着强度高、密度小等一系列优越性能逐渐占领了交通运输领域的市场，成为了地铁、高铁以及轻轨等众多运输工具的重要材料。7005铝合金是7系可热处理强化铝合金[3]，它不仅具有较好的力学性能、抗腐蚀性和较好的焊接性，而且还具有较好的在线淬火性能和挤压性能。7005铝合金在经过热处理加工过后，其硬度会得到很大程度的提高，属于中高强度可焊接铝合金，而且还具备良好的应力腐蚀倾向。7005铝合金主要作为挤压的结构件，它一般会应用于焊接和钎焊结构要求断裂韧性较高的焊接结构，如交叉杆，角柱，桁架，容器和大的热交换器[4]。7005铝合金凭借着优越的组织性能和力学性能，被广泛应用于交通运输领域，如图1-1所示。我国在20世纪90年代研发出7005铝合金之后，便将7005铝合金大量投入使用，成为了各类交通工具生产的主要材料。与传统的Al-Mg系合金不同，7005铝合金的强度和性能更加优秀，因而应用范围更大。（a）铝合金桁架（b）铝合金制造的飞机图1-17005铝合金的应用1.2合金元素对合金性能的影响在Al-Zn-Mg系合金的元素组成中，Zn和Mg占据相对较大的比例，是合金的主要组成成分，微量元素包括Mn、Cr、Ti、等含量较少，但也会对合金的性能造成一定的影响。7005铝合金的合金元素、化学成分及元素对合金性能的影响如表1-1所示[5]。表1-17005铝合金化学成分以及合金元素的作用Zn元素和Mg元素的含量在7005铝合金中起着至关重要的作用。合金的性能主要取决于它们之间的比例关系，当Zn和Mg的比例较高时，合金的强度较高，热处理效果和应力腐蚀效果也较好；当它们的比例较低时，会导致铝合金的强度下降，但焊接性和淬火效果会得到显著提升。因此，为了使铝合金的各方面性能都得到改善，Zn和Mg的总含量一般控制在7.5%以下。除了Zn、Mg元素对合金的性能有很大的影响之外，合金中的一些微量元素也会对其性能造成一定的影响。这些元素在合金中含量都不多，结晶时几乎全部进入固溶体，高温下加热时，一部分以弥散的金属间化合物形式从固溶体中析出，另一部分则留在过饱和固溶体中。Cu元素的存在可以改善铝合金晶体的结构，提高铝合金的抗应力腐蚀性能。美国研究学者F.S.Lin等人[6]通过对7系铝合金展开研究，结果表明，7系铝合金的疲劳强度会受到合金中Cu元素含量的影响。随着Cu元素含量的增大，铝合金的疲劳断裂韧性会有所增加，焊接工艺性能也会变得越来越差，焊缝区组织容易出现热裂纹。同时，Zn/Mg值还会影响Cu成分对材料疲劳断裂的作用。Cu元素成分少，Zn/Mg值低时，材料疲劳断裂的韧性越好。因此，将少量的Cu元素加入到铝合金中，能有效地改善铝合金的焊接性能[7]。在铝合金的元素组成中，Zr元素往往会占据0.05%~0.15%。这种元素可以与Al元素结合生成Al3Zr化合物，该物质有两种特征：一种是可以明显细化晶粒的A13Zr，它具有四方形状特征；而另一种是于熔化后在磨具凝固过程里产生的相，它具有球状特征。不仅如此，Zr元素的含量也决定着合金组织晶粒的细化效果。Zr成分过大时，在铝合金组织在凝固后形成中间相A13Zr，并逐渐变成形核的核心，铝合金组织的晶粒也得到了细化；Zr成分较小时，Zr与铝合金组织里的群聚原子群结合，生成了稳定的原子群，在最后演变成平衡晶核。因此，在铝合金中加入适量的Zr元素，能有效改善合金的疲劳韧性，提高合金的抗应力腐蚀性能，增大合金强度。合金中加入了一些Mn元素后，形成了的Al6Mn组织能对材料起到析出强化的作用。对冷变形加工来说，Mn元素的添加对材料在再结晶时影响很小，但在进行热加工工艺时，Mn的含量对其的再结晶影响巨大，再结晶温度极大的提高。所以，在保存含锰铝合金材料的工艺材料时，将其先进行淬火工序，再保存。Mn元素的成分含量也影响到该合金的抗腐蚀性，成分在0.2%至0.4%时，材料的抗应力腐蚀性得到明显改善。Mn元素成分到达1%时，还能减小应力裂纹倾向。Cr元素和Ti元素在合金中含量很少，它们能在热处理工艺过程中改善晶粒的结构，从而提升材料的性能[8]。铝合金材料中加入Ti元素后，会生成化合物TiAl3，它能够细化铝合金组织中的晶粒，减少了焊接过程中的裂纹倾向[9]。材料中加入Cr元素后，会生成析出强化作用的化合物Al7Cr。Fe元素和Si元素会与铝合金中的Al元素产生化合反应，生成一系列的化合物，包括