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超高强度高韧铝合金的制备工艺
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-08-18
Al-Zn-Mg-Cu (7xxx)系合金是一种高强高韧铝合金，经过不断优化合金成分设计、改变各种微量元素的添加种类及含量、开发合金的新型热处理工艺等，相继开发了7075，7049，7050，7055，7076，7178，7175，7475，B95和B96等高性能合金。
Al-Zn-Mg-Cu (7xxx)系合金是一种高强高韧铝合金，经过不断优化合金成分设计、改变各种微量元素的添加种类及含量、开发合金的新型热处理工艺等，相继开发了7075，7049，7050，7055，7076，7178，7175，7475，B95和B96等高性能合金。结合对传统铸造及变形加工、后续热处理工艺的不断优化改进，使合金的极限抗拉强度范围从早期的500 ~ 580 MPa提高至630~680 MPa，同时材料的塑性、断裂韧性和耐腐蚀性能也得到了提高。
20世纪80年代以后，人们开始采用粉末冶金工艺制备7xxx系铝合金材料，成功地在实验室里制备出了抗拉强度为700 MPa以上的超高强铝合金。但由于传统粉末冶金技术工艺过程繁琐、对设备要求高，导致制备大尺寸块体材料困难及生产成本高昂，因此限制了该工艺生产超高强铝合金的实际应用。
随着以喷射成形技术为代表的新工艺在90年代走向大规模实用，以产业规模制备各种实用化的超高强7xxx系铝合金材料及产品逐步变为现实。喷射成形技术是一种新型的快速凝固技术，其特点介于铸造和粉末冶金之间。喷射成形与粉末冶金法相比，生产工艺简单，成本较低，金属含氧化物少，可批量生产；与铸造法相比，最大的优点是可以制备铸造法无法生产的高合金化铝合金。利用喷射成形技术制备的材料，除保持了晶粒细小、组织均匀、能够抑制宏观及微观偏析等优点外，由于从合金熔炼到坯件近终成形可一次完成，与传统工艺相比，减少了材料在整个制备工艺过程中被氧化的可能性，缩短了制备流程，降低了成本，且易于制备大尺寸块体材料，制锭重量大 (可达1000 kg 以上) 。所以采用此方法开发制造具有高性能的超高强铝合金，有着非常好的发展前景。
北京有色金属研究总院采用喷射成形方法制备了Al10Zn2.9Mg1.7Cu0.1Zr高强高韧铝合金，对喷射成形工艺参数进行了优化，对沉积坯件的热挤压工艺、热处理工艺进行了探索，在发展低成本、高效率的Al-Zn-Mg-Cu系高强高韧铝合金生产工艺方面获得了进展。他们的喷射成形实验在自行研制的喷射成形设备上进行，选用自行配制的Al-Zn-Mg-Cu系高强高韧铝合金原料，成分为(质量分数): 10Zn，2.9Mg，1.7Cu， 0.1Zr，其余为Al。将沉积态合金棒坯剥皮后进行热挤压，热挤压后基本消除了孔洞，达到完全致密化，同时使材料的组成相更加细小；然后进行T6峰时效热处理工艺（450℃/3h+485℃/3 h固溶处理+120℃/24 h）。
结果表明，喷射成形工艺制备的Al-10Zn-2.9Mg-1.7Cu合金的各项常规力学性能要远高于采用传统工艺生产的7075合金和粉末冶金PM7090合金等高强高韧铝合金。经热处理后，材料的极限抗拉强度达到了810 MPa，同时延伸率保持在8%~11%，拉伸断口为典型的韧性断裂。这些性能得益于喷射成形技术所获得的均匀细小的微观组织，避免了明显微观和宏观偏析，并利用快速凝固的优点，突破了传统7XXX系高强铝合金的成分设计限制，将(Zn+Mg)总量增加至13%。
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