铝铜等轻合金 三
铝铜等轻合金三
一般将屈服强度超过1380MPa(200ksi)的结构钢称为超高强度钢,以其比强度为标准,相当于铝合金的屈服强度为495.3MPa 。因此可将屈服强度500MPa 以上的铝合金称为超高强度铝合金[ ]。日前工业上能采用普通铸锭法生产的超高强度铝合金主要是以Al-Zn-Mg-Cu 系(简称7XXX 系) 为主的合金。由于超高强度铝合金具有高的比强度和硬度、耐久且经济、易于加工、较好的耐腐蚀性能和较高的韧性等优点,使之广泛应用于航空航天、交通运输等行业,并成为这些领域中重要的结构材料之一[ ]。
超高强铝合金采用铸造、粉末冶金、电磁搅拌和喷射成形等技术制胚,通过轧制、挤压、锻造等技术进行成形,以固溶时效等方式对合金进行强韧化处理,由于合金的化学成分、熔炼和凝固方式、加工工艺及热处理制度不同,合金的性能差异很大。因此,通过优化合金成分设计、提高纯度、发展新的热加工工艺和热处理制度、超细化合金的组织结构、精确调控合金中强化相的最佳三维分布,成为发展高性能铝合金的重要方向[ ]。
我国在20世纪80年代自行开发了7A52(Al-4.4Zn-2.4Mg)铝合金,这是一种Al-Zn-Mg-Cu 系装甲铝合金,抗弹性能与美国7039(Al-4.0Zn-2.8Mg)、苏联1911(Al-3.8Zn-1.5Mg)相当,且具有良好的焊接工艺性能,应用范围较广,特别是在兵器工业。实际使用显示7A52合金抗应力腐蚀性能有待提高。
西南铝业有限责任公司开展了成分接近 7055 合金的Al-Zn-Mg-Cu 合金的研究,强度和塑性达到了并超过了7055合金,只是断裂韧性比7055略低
[42]。北京有色金属研究总院用喷射成型技术研制的Al-8.6Zn-2.6Mg-2.2Cu 合金,其抗拉强度和屈服强度分别达到740MPa 和710MPa[44]。
耐热铜合金多应用于钢铁工业,如高炉风口、吹氧管头部、渣口、电极夹持口、连铸结晶器等,这些零部件几乎都是冶金设备的非常重要部件,恶劣的工作环境不但需要它们具有良好的导热性能,而且需要有比较高的强度,优良的耐磨性以及高温软化温度,可是很显然具备良好导热和导电的纯铜已力所不及,因此人们慢慢的开发出一些同时具备高的导热及高德强度的耐热铜合金,以提高这些零部件的使用寿命。目前已开发出了 Cu-Zr 、Cu-Cr 、Cu-Cr-Er 稀土铜系耐热铜合金,这些稀土铜系耐热铜合金拉伸强度可高达 350Mpa ,导电率却仍然保持在 80%~95% 并且500℃高温不软化,此外还有成本较高的 Cu-Ag 系合金也是非常理想的高导热铜合金,主要应用于火箭发动机,核反应堆的分流材料[6.7]。
镁及其合金的一个重要特性是加热升温与散热降温都比其他金属快,有良
好的导热性、无磁、电磁屏蔽能力强、在受到冲击和摩擦时不会产生火
花,阳极氧化着色能力强;在镁中加入不同的金属元素能够形成一系列具有各种性能的合金;还原性强,可用于提取活性金属且易于回收利用等[ - ]。
(1)镁合金的比重小,是目前最轻的结构材料,其密度在1.75~1.85g/cm3之间,约为铝合金密度的1/3~1/2,约为钛合金的1/3,不到钢密度的1/4。这一特点对于现代一些便携类产品是至关重要的。
(2)比强度、比刚度高。镁合金比强度明显高于铝合金和钢,略低于比强度最高的纤维增强材料;比刚度则与铝合金和钢相当但远高于纤维增强材料,具有很好的优越性。比弹性模量与高强铝合金、合金钢的大致相同。
(3)良好的低温性能。一般材料在低温时都会变脆,而镁合金在接近绝对零度时仍具有良好的力学性能,其苏醒和是温室基本一致。
(4)良好的减震性。例如AZ91D 在20MPa 应力下的震动应力衰减系数为20%,而铝合金A380的只有1%;在100MPa 应力下,镁合金的衰减系数上升为55%,而铝合金A380的只有4%。这使得镁合金非常适合做汽车的变速箱、轮毂、方向盘和电脑、手机外壳等既要求重量轻又要有良好减震的零件和工具。
(5)具有良好的电磁屏蔽作用、高散热性能等物理性能。
(6)镁合金的压力铸造比铝合金好,因为镁合金压铸件有良好的散热性,其散热能力比铝合金快10-30%,与钢铸模不反应。
(7)色泽鲜艳美观,并能长期保持完好如新。
(8)可回收性能好,符合环保要求。
虽然镁合金具有上述诸多优点。但镁合金变形困难,耐热和耐蚀性差, 目前, 已有很多汽车开始采用镁合金制造的部件:车内构件,车体构件,传动系统的阀盖、凸轮盖、四轮驱动变速箱体、变速器、离合器外壳与活塞、齿轮箱壳体,底盘如轮毂、引擎托架、前后吊杆、尾盘支架等。福特公司人士预测[ ],2020年全世界每辆汽车平均用镁合金100千克,世界汽车产量为6000万辆/a ,则需镁材6Mt /a ,市场无限。