超硬鋁合金的特點和未來發展應用

01超硬鋁合金的一般特性   

超硬鋁合金的淬火溫度較寬，過燒敏感性小，在460～500℃之間淬火，皆可保證合金的性能，例如LC4板材，一般規定淬火溫度為470±5℃，其他幾種常用的超硬鋁合金也采用此規范。 

前面已經提到，超硬鋁合金的性能對淬火冷卻速度的敏感，因此在淬火轉移時間和淬火介質上必須有所規定，生產中一般把轉移時間限制在15秒以內。在較緩慢的冷卻條件下，不僅強度下降，同時抗腐蝕性也受到損害。 

02超硬鋁合金的熱處理方法  

超硬鋁合金是一種可熱處理強化的邊形鋁合金，其熱處理方法可采用退火，固容，時效等一般的熱處理方法。

但一般不采用自然時效制度，其原因是Al-Zn-Mg-Cu系合金G.P.區形成速度緩慢，自然時效過程常常延續數月才能達到穩定的階段，而且和人工時效相比，抗應力腐蝕能力也較差，故超硬鋁合金只進行人工時效處理。 

超硬鋁合金的人工時效制度分單級和分級時效兩種。以LC4合金為例，單級時效規范為120℃時效24小時，此時沉淀相結構以G.P.區為主，并有少量η′,合金處于時效硬化狀態；分級時效為120℃3小時+160℃3小時，此時強化相以η′為主。

第一次處理相當于形核處理，第二次提高時效溫度，以原G.P.區為核心，形成均勻分布的η′相，使合金保持較高的疲勞性能及抗應力腐蝕能力。 

03超硬鋁合金的品種與用途  

在超硬鋁合金中，LC3屬鉚釘用鋁，強度與LC4相同，但塑性較高。為了獲得較高的塑性及鉚接性能，不僅把鐵、硅等雜質含量限制在最低水平，不加錳、鉻，而且降低了塑性有不利影響鎂含量，提高了鋅含量。

合金的相組成為α、MgZn2、T(Al2Zn3Mg3)及TiAl3。熱處理為470±5℃淬火，十晝夜之內進行人工時效（100℃3小時+168℃3小時）。可在淬火時效后任何時間內進行鉚接。

LC3的典型性能為：σ0.2=52.0Mpa，δ=14%，τ0.2=32.0 Mpa，在鉚釘鋁材中，LC3的強度最高。

LC4合金和蘇聯的B95和美國的7075相當，是應用最早和最廣的一種超硬鋁合金。可生產板，型材和模鍛件，應用于飛機結構，如翼梁、蒙皮，起落架等。

7075鋁合金及其他超硬鋁合金的一個共同缺點是耐熱性低，例如在125℃負載工作超過100小時，強度降低10%，在175℃則降低70%，因而使用溫度不應超過120℃。

LC5是在LC4合金基礎上發展起來的超硬鋁合金。由于不含鉻，又降低了鎂、銅含量，故提高了塑性，適于鍛造螺旋槳葉。

LC6是含有大量鋅、鎂、銅的高合金化超硬鋁合金，與蘇聯的B96和美國的7001相當，是強度最高的一種鋁合金。和LC4一樣，LC6的缺點是熱強性低，對應力集中敏感。

因此，應用LC6時要特別注意工件截面過渡部分的設計，力求平緩過渡，避免引起應力集中，LC6主要生產鍛件和擠壓半成品，用于受壓應力的構件或應力集中最小，外形平整的零件。

LC6的熱處理規范為466～473℃淬火，95～105℃時效4～5小時，再在155～160℃時效8～9小時。也可采用140℃時效6小時。 

04超硬鋁合金未來的應用前景和可能的障礙     

鋁及其合金的未來應用包括結構材料和功能材料領域。先進材料的開發總是用兩個相反的需要來促進，一個是追求提高性能，往往會增加成本；另一個是降低材料或零件的成本以便確保在工業應用上與其它候選材料相比有更大的競爭性。

為了分析未來的應用，我們必須對這個世紀人們的生活方式有明確的概念。每個國家在需求鋁合金材料方面都有自己獨特的環境。

比如，美國有許多與航空航天相關的工業，他們更注重性能而對成本不太敏感；但對日本，與民用相關的工業（如汽車工業）較多，因此更傾向于對成本敏感。為了打破可能的障礙。重要的是滿足用戶的社會和經濟需求。

未來的主要方向是：

（1）為了提高技術水平，開發高附加值的合金并更有效第生產這些合金，關鍵的一點是不斷發展理解顯微組織-性能關系的基礎理論。

新合金的開發總是包括兩個相互矛盾的需求之間的競爭，即提高性能和降低成本以便提高產品的全面競爭力。 

（2）先進的飛機骨架和推進系統需要開發新的結構材料，其性能要大大優于目前能達到的水平。

在鋁合金領域正在開發新的加工技術和復合材料，用快速凝固和機械合金化生產的合金具有其它生產方法無法達到的獨特性能。精細的表面處理技術可有效地提高表面特性，如表面強度、耐蝕性和潤滑性等。

此外，超塑成形、等溫鍛造、冷等靜壓和熱等靜壓粉末冶金技術提供凈形部件，導致成本明顯減少。技術進步在先進材料的成本節約起重要作用。 

（3）不同材料的競爭和替代對每種材料的應用領域都產生重要影響。這方面有一些例子，如玻璃纖維增強的塑料取代一些鋁壓鑄件。

未來材料的替代必須用全面的成本-效益來評價，包括原材料加工成最終產品的成本、后續保養的簡單性和安全性、使用性能以及與環境考慮有關的回收成本等。  

總的來說，Al-Zn-Mg-Cu系合金通過合金發展和改變熱處理，在克服應力腐蝕開裂方面和改善其他性能方面都已取得了很大的進展。

正是因為超硬鋁合金對發展我們國防和民用工業有著舉足輕重的作用，不斷地發展和改善它有著迫切的需要。

鋁合金從強度高但耐蝕性能不穩定的Al-Zn-Mg合金起步，然后向強度最高但耐蝕較低的Al-Zn-Mg-Cu合金發展，最后，必定能研制出強度高，耐蝕性最佳的鋁合金。鋁合金正走向超高強度、耐腐蝕、低密度、耐熱方向，具有廣闊的應用前景。