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1、钛及钛合金的性质和应用2、雅迪G5全球试驾会首测 一款集性能与美颜的电动车3、航空航天高强、高韧性和耐腐蚀性强的铝合金材料发展方向及工艺处理

钛及钛合金的性质和应用

钛及钛合金的性质和应用

(一)钛的性质

钛的外观与钢极为相似，密度为4.51克／厘米3，不足钢的60％，是难熔金属中密度最低的金属元素。

钛在常温下的空气中十分稳定。当加热到400～550℃时，则在表面生成一层牢固的氧化膜，起防止进一步氧化的保护作用。钛吸收氧、氮、氢的能力很强，这类气体是对金属钛十分有害的杂质，即使含量甚微(0.01％～0.005％)也能严重影响它的力学性能。

钛的力学性质即通称的机械性能与纯度十分相关。高纯钛具有优良的机加工性能，延伸率、断面收缩率均佳，但强度低，不适合作结构材料。工业纯钛含有适量的杂质，具有较高的强度和可塑性，适宜制作结构材料。

在钛的化合物中以二氧化钛(TiO2)最有实用价值。Ti02对人体呈惰性，无毒害，它具有一系列优良的光学性质。Ti02不透明，光泽度与白度高，折射率与散射力大，遮盖力强、分散性好，制成的颜料为白色粉末，俗称钛白，应用甚广。

(二)钛的应用

1．钛及其钛合金的应用

致密金属钛由于质量轻，比铝合金强度高，能在高温下保持比铝为高的强度而受到航空工业的高度重视。鉴于钛的密度为钢的57％，其比强度(强度／重量比或强度／密度比皆称比强度)高，抗腐蚀、抗氧化、抗疲劳能力均强，钛合金的3／4用作以航空结构合金为代表的结构材料，1／4主要用作耐蚀合金。

钛合金有低强高塑性、中强和高强之分，为200(低强)～1300(高强)兆帕，但大体上可以把钛合金看作是高强合金。它们比被认为是中强的铝合金的强度为高，在强度上已完全可以取代某些型号的钢材。与铝合金在150℃以上的温度下强度迅速下降相比，某些钛合金在600℃仍能保持良好的强度。

除强度外，按用途还可分为耐热、耐蚀、低温及特殊功能(如TiNi形状记忆合金、TiFe贮氢合金)等钛合金，按相组成可分为α、α＋β和β 及近α、亚稳定等数种类型。至今投入生产的合金牌号已超过100种，工业上广泛应用的只有10余种。其中作结构合金用的Ti-6Al-4V在钛合金的整个销售市场中占60％，居主导地位，其次是Ti-5Al-2.5Sn，它的长期工作温度可达500℃(强度为780～980兆帕)。

但是，钛有两个主要因素使这个资源丰富的元素不能成为常用金属。首先是成本。按美国的市场价格，每磅(1磅=0.45千克)钛锭坯8～12美元，铝锭为1.00～1.30美元／磅，碳素钢为0.20～0.40美元／磅。但主要因素是钛本身的活性极强，很难处理。炉内气氛必须严格控制，焊接须在惰性气氛内进行。金属钛的活性高、热导率低、变形抗力大、常温可塑性差，变形过程中不但易与模具粘结，特别在机加工时有刀具和磨料粘结到热的加工表面的倾向，使标准结构件的制造产生大量废钛屑，即所谓的残钛。一般锻造钛锭加工可产生70％的残钛，有时这一数字可高达90％。

为减少过高成本造成的负担，一方面发展了残钛处理工艺，另一方面开发了近净成形、超塑成形、精密铸造和粉末冶金以及热等静压与扩散连接等高新技术。比如通过制粉、成型、烧结或热等静压固结方法加工而成的粉末冶金制品为近净成形件，材料利用率高达80％，既降低了材料消耗，又明显减少了切削加工量。又如大型薄壁精密铸造技术在钛合金中的应用，使钛铸件性能接近钛锻件，而成本降低50％左右。

钛及钛合金的主要消费领域首先是航空工业。20世纪80年代，美国航空工业用钛占钛材总用量的74.8%，俄罗斯、英国等也主要用于航空工业，日本90%的钛材用于民用工业。近年来，钛材在非航空航天工业中的应用不断增加，航空航天仍居“主打”地位。从1952年钛在道格拉斯DC-7班机上用作发动机短舱和隔火壁开始，至今许多飞机的结构件均已使用钛合金制造。在波音757、超音速SR-71黑鸟、F-22喷气战斗机、空间卫星和导弹上，钛零件都起到极为关键的作用。如飞机内的风扇圆盘、发动机叶片等均为钛铸件和锻件制造。

钛的第二项应用领域则与利用其抗蚀能力相关。其中用量最大是作氯碱生产的电极材料。钛阳极使用寿命为石墨阳极的10倍，使产能提高近1倍，节电15％。年产1万吨苛性钠，约需5吨钛。

在航海业的船舶制造中，钛曾有过昔日辉煌。前苏联制造的6～7艘3000吨级核潜艇中每艘用钛量高达560吨(其阿尔法级潜艇的钛用量在908吨以上)。近年来在海洋油气勘探与开发方面钛则显示了巨大的威力，仅1997～1999年期间欧洲在北海油气开发方面就投入了150亿美元，用于建造21个悬浮式生产作业船和64个平台。一个新平台的生命安全系统需50～500吨钛，楔形应力接头需50～100吨钛，可伸缩升降器需400～1200吨钛，固定升降器需1400～4200吨钛。

在能源工业中已知用钛作发电装置的冷凝器和热交换器，近年来在地热井地热开发方面，钛也大展风采，充分显示了自身的抗蚀能力。在地热卤水的高温腐蚀性环境中用作动力蒸汽涡轮，其他材料皆因寿命短而不得不被钛取而代之。用钛的优点在于能提高采热的生产率和地热井的寿命。20世纪90年代开始美国在南加州Salton Sea地区打了一口温度高达300℃的地热井，至令已使用Ti-6Al-4V-0.1Ru合金热轧无缝管227吨。估计今后十年内世界各地地热开发的用钛量可能达到2400吨。我国西藏地区的羊八井电站如采用钛材，其面貌将大为改观。

海洋油气钻探与地热开发主要使用Ti-6Al-4VELI、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V-0.1Ru、Ti-3Al-2.5V-0.1Ru及含钼Ti-38644(Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo)等合金。船用紧固件使用Ti-5111(Ti-5Al-1Sn-1Zr-1V-0.8Mo)合金。我国为适应海洋工程的需要，也开发了Ti75、Ti31和Ti631等合金。

据统计一台20万千瓦火力发电机组用钛量为90吨，一座核电站用钛量为80～100吨。可见能源与腐蚀等方面的用钛量不容漠视。

高尔夫球、生物材料和汽车制造是钛材三个极有希望的新的应用领域。

在运动与休闲领域，高尔夫球具用量的增长颇富戏剧性，1993年钛尚未进入这一领域，1997年用钛量一下增长到4000吨。原因是用钛作球棒强度高、质地轻、击球距离平均提高20～30码(1码=0.9144米)或15％。钛球棒的出现使美国1998年内增加了448个新球场。球员的数目达到2500万人(接近于全世界的一半)。1994年只卖出500个球棒，1995年一下增到19万个，而到1997竟猛增到172万个。钛在休闲运动领域大有用武之地，诸如在滑雪板、雪橇、冰斧、冰爪等爬山设施等方面。

钛有极佳的生物相容性、低的膨胀系数、高度耐用性及无磁性，是极佳的骨骼支撑材料。作为植入的髋关节其重量约为不锈钢的一半，并且骨组织在生长时还可直接粘牢在钛植人体上。膝关节、义齿再造等也使用钛合金。据统计，全世界每年医学植人的用钛量在600-1000吨之间。所用钛材除Ti-6Al--4VELI(超低间隙氧)外，还开发了无铝(免除对肾和肺的毒害)Timetal 21SRx(Ti-2.75Nb-15.2Mo-0.34Fe-0.18Si-0.250)与Timetal 21S(Ti-2.9Nb-14-9Mo-0.09Fe-2.9Al-0.22Si-0.140)、Ti-6Al-7Nb等钛合金。

低成本钛的生产及钛粉末加工技术的发展，已有可能将钛的应用延伸到汽车行业。用钛制造的弹簧已开始在一级方程式赛车上、竞赛用摩托车以及最高级的法拉利汽车上应用。估计不久在轻型汽车的发动机阀门、连杆、悬簧、排放系统及紧固件上将获得应用。估计钛大举进入汽车市场将从日本和美国开始。美国每年能够生产1600万辆轿车和轻型卡车，日本本田公司1998年下半年已先期将钛阀门用于Altezza家庭轿车。

2．钛白的应用

钛白主要用于涂料、塑料、造纸、合成纤维、印刷油墨、橡胶、搪瓷等方面，为其他白色涂料所不及。超微细钛白和水及有机溶剂组成的钛溶胶已成为独立的新品种，应用于化妆品、透镜表面涂饰剂、油墨与涂料添加剂，其应用领域仍在扩大。美国是全球钛白的最大生产国和消费国，1998年的产量为136万吨，表观消费量为113万吨，产值高达30亿美元。我国的产量和用量则小得多。美国钛白的消费，50%为颜料、油漆、清漆，23%为造纸，23%为塑料，9%为其他用途。

3．其他应用

用钛铁矿精矿制成的钛铁(TiFe)是制造不锈钢时使用的脱氧剂和稳定剂，钛铁贮氢阳极在贮氢电池制造中与稀土贮氢材料在性能上各有千秋，而成本则相对要低，在贮氢、运输、催化、燃料电池等方面与稀土将有一搏。Ti—Ni形状记忆合金更是医用和军工不可或缺的高新技术材料。至于电子陶瓷功能材料钛酸钡、钛酸锶、钛化合物催化剂以及有机钛耐热漆和钛环氧涂料等的用途更是不胜枚举。

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雅迪G5全球试驾会首测 一款集性能与美颜的电动车

2018年12月21日，雅迪新款高端锂电两轮电动车G5首次亮相中国台湾，这也是该款产品全球试驾活动的第一站。雅迪集团于上个月在米兰2018 EICMA正式发布了高端智能锂电产品G5，受到全球市场的高度关注，凭借“高颜值”“高性能”等亮点，引起欧洲用户在社交网络上的刷屏现象以及海外媒体的一致好评。

此次在台北的试驾会则透露了关于雅迪G5这款产品更多的功能细节和性能表现，现场共邀请20位由台湾专业测评媒体和资深用户组成的试驾团，对雅迪G5的续航、动力、操控、智能系统等进行了全面测试。

科技潮范儿，全新的设计语言

雅迪G5整体设计源于全新高端锂电系列的家族化语言，其外型采用极简科技风，完全有别于目前市面上的两轮电动车，被资深用户称为“来自未来”产品。同时弧面的车身线条增添了现代时尚感。配色上没有加入过于缤纷的色彩，而是选用了高级的黑白灰撞色，贝格多层烤漆和高韧性奇美757ABS塑件等材料的选用不仅进一步提升了外观质感，也让整车更加结实耐用。

台湾科技媒体Mobile 01表示雅迪G5“最令人惊喜的特点是它的屏幕和铝合金车把手”。超大7寸英寸TFT液晶仪表板更是显眼且独立，可以根据外界环境自动调整明暗模式，并提供多种UI可供选择。除常见的速度、电量等基本信息显示外还兼具胎压实时监测、来电显示和充电界面等拓展功能。

雅迪G5的车把和平叉都由铝合金压铸而成，与其他坚固车身材料的选用保持一致性。在制造上，雅迪遵循严格的工艺和检测标准，产品通过EN15194、CE、E-MARK、3C四大国际品质认证，以精益求精的细节提升体验触感。

舒适灵巧，令人惊喜的操控性

试驾活动中，雅迪G5在操控上迎来众多专业评测人员的严格挑战，分别测试了极速过弯、起伏路面、陡坡爬升等项目，其表现出了对各种路况的兼容性，主要得益于对车把高度、踏板尺寸、车座高度等黄金比例的把握以及制动的稳定，让使用者可以轻松找到最佳驾驶状态。

优质冷轧钢车架与高弹性聚氨酯发泡坐垫则保证了行驶的稳定性和长久骑行的舒适感。此外，G5整体避震偏软，国际一线摩托车级别的液压减震系统有效减缓了经过颠簸路面时的抖动。

雅迪G5的油门转把经过专业调校，拧动时车身加速反应迅速，起步体验尤为轻灵。并不庞大臃肿的车身在转弯和经过狭窄路段时都表现优秀。

堪比竞速摩托，完全不同的强悍性能

整个测试中，最让人惊叹的G5的强悍性能表现尤其在S档位上，G5的加速和极速表现几乎让所有试驾人员都感到兴奋，称其带来了竞速般的体验，G5是一台电动版的竞速摩托车。

关于性能配置上，雅迪G5搭载了自主研发的GTR3.0高性能宽频动力电机，拥有1500W的最大功率和130N·M的扭矩，爬坡能力不低于12°。配合FOC矢量控制器，电机能效转化率提升到96%以上，行驶质感和动力输出更加连贯。

同时G5装载了新一代松下18650锂电池和BMS智能电池管理系统，续航最高可达120km。现场测试中，在平均速度不低于30公里且进行变速和刹车的情况下，行驶10公里左右所使用的电量也不超过15%。

耐久度方面，G5电池包循环寿命700-800次，耐温宽度从-20℃-55℃，且支持高倍率充放电。整个电池包重量约10kg，属于女性可单臂拎起的范围。配套充电器使用灌胶工艺和被动散热结构，充电转化率可达92%。

智能化的安全配置，更高端背后的全球制造力

在安全性和人性化上，雅迪G5增添了更多贴心的功能。G5采用了与汽车相同技术的缺气保用轮胎，在车胎没气的情况下仍可以30km/h的速度继续行使40km。无钥解锁功能让你在3米范围内就能自动解锁，ITO触控启动实现了一键即走。

在屡次引领都市出行潮流后，雅迪电动车向高端转型，首款智能锂电G5所展现的研发实力引起行业关注。经过20多年的积累，雅迪在上海和无锡建立了2大技术研发中心，位于浙江的基地中拥有行业唯一一家获得中国合格国家认可委员会认可的国家级企业实验室，拥有超过700项发明专利、实用新型专利、外观专利，企业研发水平已具备国际一线水准。

此次G5的发布和试驾全方位展示了雅迪在设计、工艺、创新上的综合实力，辅以之前的海外营销渗透和世界杯赞助商带来的国际影响力，G5或将成为雅迪的全新市场立足点，以高端产品重塑中国制造品牌。

航空航天高强、高韧性和耐腐蚀性强的铝合金材料发展方向及工艺处理

超高强铝合金一般指屈服强度在500MPa以上的铝合金，常见的就是牌号为7系列的超硬铝。该系列铝合金最初是在航空航天的应用背景下研发的，目前已发展成为世界各国军、民用飞机的主要结构材料，在飞机结构件中占到70-80%比重，并在很多领域替代了昂贵的钛合金，成为不可缺少的重要轻质结构材料。随着现代航空航天领域，核工业，交通运输业的持续发展，对结构件的综合性能提出了更高的要求，集质轻、高强、高韧、高断裂韧性、抗应力腐蚀能力于一身的新一代超高强铝合金无疑是首选方案。

航空航天用铝合金发展背景及现状

铝合金作为一种较为成熟的轻质高强合金材料在航空航天中的使用量巨大，铝合金材料一般作为结构材料使用，比钢有更高的比强度和更优异的加工性能。

航空航天领域主要发展高强、高韧性和耐腐蚀性强的铝合金材料以满足航空航天严苛的使用条件，应用比较多的为2000系和7000系铝合金，在高强铝合金的基础上进行工艺的改良和材料配方的改进，通过粉末冶金、喷射成型等创新的生产工艺发展性能更优异的轻质铝合金材料，开展铝基复合材料及超塑性铝合金材料相关研究。

在轻质高强铝合金的发展应用过程中，应力腐蚀问题是伴随铝合金的整个应用发展史之中的主要问题，如何削弱或延缓高强度铝合金在使用过程中的应力腐蚀问题，成为铝合金应用过程中的主要难题。

在航空航天领域应用较多的有2000系铝合金的主体成分主要是铝(Al)、铜(Cu)、镁(Mg)3种元素，7000系的铝合金主要成分是Al、锌(Zn)、Mg、Cu元素，还有一些通过加入一些特殊元素获得的高性能(高强、高韧、耐腐蚀性能)铝合金材料。目前，获得高性能铝合金材料的主要方法是通过改变熔铸条件实现。

2000系铝合金主要以Cu为主要的合金元素，铝合金材料中加入适量的Cu元素制备的合金在强度、耐热性、加工性能上会有更好的提升，但耐腐蚀性能会降低，因为Cu元素的引入会使铝合金内部更容易呈现晶间腐蚀，材料组成元素直接影响着铝合金的性能。因此，对于2000系的铝合金一般都在表面做纯铝或6000系铝合金包覆处理作为本体铝合金的电化学保护膜，提高其耐腐蚀的性能。后来学者对于不同牌号铝合金提高应力腐蚀性能的方法进行了很多研究，在一定程度上延缓了铝合金的应力腐蚀的程度。

铝合金材料是确保飞机安全飞行的重要部件材料，不同部位铝合金材料的选型及性能预测直接关系到飞机的安全可靠性，预测航空铝合金材料的失效问题直接关系到生命安全，需要引起广泛重视。

性能优异的高强铝合金主要应用在航空航天及军事领域，因为航空航天及军用类产品对减重的要求极高，高比强度的材料是航空航天的优选材料，在飞机用铝材中，7000系高强高韧铝合金和2000系中强高韧铝合金起着重要作用。

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国外航空航天用铝合金材料发展情况

2000系铝合金的耐温性优良，主要用于航空航天耐高温部件中，优异的耐温性主要是因为2000系铝合金内部具有复杂的化学组成和相组成，能够在高温状态下保持良好的强度稳定性和工艺性能，多用于150～250℃温度范围内工作的耐热零件和耐热可焊接的结构件及锻件。

2000系合金中存在铁(Fe)和硅(Si)的杂质，这2种杂质的存在会生出粗大的杂质相，严重影响断裂韧性和短横向力学性能。因此，研究人员从调整合金元素含量和降低Fe、Si杂质相的考虑出发，提高2000系铝合金的强度和韧性并通过加入镍(Ni)元素的方法提高铝合金的耐热性能，通过调节Cu的含量来改善铝合金材料的焊接性能。对于薄壁的铝合金材料主要提高其耐损伤容限性能，对于厚壁的铝合金材料主要提高其耐应力腐蚀的性能和韧性，通过铝合金最后的应用场合的不同调节元素含量和热处理方法找到最优异的匹配材料。

7000系铝合金以Zn最为主要添加元素，通过热处理可强化铝合金的韧性，合金中加入Mg元素后可以提高它的热变形性能并扩大淬火范围，改变热处理条件可以改善强度、焊接性和耐腐蚀性，但Mg元素的引入使得铝合金的应力腐蚀倾向严重，因此，7000系铝合金属于高强可焊且应力腐蚀敏感度高的合金。而加入Cu元素的Al/Zn/Mg/Cu合金则具有更高的强度，属于超高强铝合金，屈服强度与拉伸强度十分接近，屈强比和比强度都很高，但塑性较差，且在高温下的强度较低，经常用于使用温度低于120℃的承力结构件。

7000系铝合金的加工性能优异、耐蚀性和高韧性使其成为航空航天的主要结构材料。国际上早在19世纪20年代就认识到了铝合金中加入Mg、Zn后共同热处理具有强化效果，但是出现较严重的应力腐蚀开裂问题，可通过添加微量的铬(Cr)、锰(Mn)、钼(Mo)改善应力腐蚀开裂的问题，并实现在舰载战斗机上的大量应用。尤其在1943年美国开发的7075合金首次应用到B-29型轰炸机上，给飞机结构和性能带来了革命性的变化，随后7000系铝合金如雨后春笋一样被各国效仿及开发，被大量应用于高端制造产品中。

20世纪60年代美国在7075铝合金的基础上进行改良，开发出了更强、更韧更抗应力腐蚀的7050合金，主要用到F-18的抗压结构件中，随后又开发出了7150合金，用于制造波音757/767及空客A301等民用大飞机的上翼结构。20世纪80年代，美国等在7150基础上成功研制7055合金，强度比7150高约10%，具有较高的综合性能，用于波音777客机的上翼蒙皮、机翼桁条。

为提高安全性及可靠性，飞机设计选材由追求高静强度法逐渐向高损伤容限法转变，要求铝合金材料应该具备更高的断裂韧性值和更高的抗应力腐蚀开裂值，在铝合金材料的设计和热处理工艺研究中都需要着重考虑提高断裂韧性值和抗应力腐蚀开裂值。

7系铝合金在应用过程中的主要问题是高强度与应力腐蚀敏感性的矛盾关系，学者们做出了大量研发来解决高强度铝合金应力腐蚀敏感性强的问题，通过改变元素组成、热处理工艺及形变热处理等方法不断改善7系铝合金的应力腐蚀敏感性，各国都做出了大量的研究，积累了大量的数据，也取得了一定的成果。

大体上铝合金的发展方向是从高强、低韧到高强、高韧再到高强、高韧、耐腐蚀发展的，热处理状态开发沿着T6到T73到T76到T736到T77发展，合金化程度越来越高，Fe、Si等杂质含量越来越低，微量过渡族元素添加越来越合理，最终综合提升合金整体性能。

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国内铝合金研制现状

我国对于高强高韧铝合金的研究起步较晚，始于20世纪60年代，起初主要以仿制美国为主，主要对美国的2000系和7000系合金进行了仿制，有2014、2024、2324、2525、7075、7001、7475、7055合金等。近些年来，我国不断加大高强铝合金的研发力度，集中优势科研院所和企业形成合力，组织广西南南铝加工有限公司、东北轻合金有限责任公司、中南大学、东北大学、上海交通大学、北京航空材料研究院、有色金属院等完成了一系列国家重大课题，取得了较好的成果，基本具备了高强铝合金材料的批量生产能力，满足国家重大工程对高强铝合金材料的应用需求。

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我国与国际先进水平的差距及发展方向

在我国，铝合金材料虽然经过多年发展，但与国际先进水平相比仍存在不小的差距。具体表现为：一是产品多为仿制，全面自主知识产权的铝合金材料还没有，还未建立生产铝合金材料的标准体系;二是基础研究薄弱，开发时间短，数据积累不足;三是生产加工设备落后，产品质量管控体系不健全。鉴于此，未来我国铝合金材料的发展方向应为：

1)改变组成元素含量和配比;

2)开发对应不同性能需求的铝合金材料配方，通过改变凝固外场条件，提高合金元素固溶量，改善铝合金性能，通过添加如锆(Zr)、钪(Sc)、铒(Er)等元素采用微合金化方法改善铝合金性能;

3)进一步提纯合金，减少Fe、Si等杂质，控制杂质含量，生产高韧性高强度铝合金材料;

4)研发新的热处理工艺技术，对不同性能要求的铝合金建立不同的热处理工艺卡片，建立相应的技术标准规范体系，保证不同牌号铝合金的工艺稳定性。

高强铝合金在航空航天领域应用情况

铝合金因其优异的性能，成为航空航天装备的主要结构材料，铝合金的发展过程主要经历了5代。

第1代铝合金，通过时效硬化处理得到高静强度的铝合金，主要应用在运—5和轰—5中;第2代铝合金，通过过时效处理工艺得到的高强耐蚀的铝合金，主要应用在运—6、轰—6、歼—11、运—8等军机中;第3代铝合金，以高纯为基础，生产高纯度的铝合金，具有高强高韧耐蚀的优异性能，主要应用到歼—10、枭龙、ARJ21中;第4代铝合金，通过精确控制多尺度第2相为基础的工艺得到超强高韧耐腐蚀抗疲劳的铝合金，主要用在ARJ21和大运机中;第5代铝合金在研产品，研制具有高淬透性的高综合性能铝合金，主要应用在大型航空航天运载工具中。

随着材料技术的不断攻关，高性能材料在航空航天工艺的发展中不断迭代，新材料的涌现不断倒逼传统材料技术前进，铝材在性能、规格方面面临着极大的挑战，要求铝合金材料更高强、更轻质、更可靠和更长寿，具备极端环境下的服役性能、高强高韧耐腐蚀耐疲劳，加工后低残余应力的大规格高性能材料。通过控制热处理工艺、精确调控材料微观组织等方法来提高铝合金的综合性能，满足航空航天工业发展对材料的苛刻要求。这就需要我们应用最新的国际国内的科研成果，加工高精密的铝合金材料(薄板连铸连轧、电磁铸造、快速凝固、流变铸造、喷射沉积、深冷加工等工艺)满足高端应用场景对高强铝合金的需求。

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铝合金在航空领域的主要应用

在航空装备中，不同部位对于铝合金材料的选材具有精确的选型要求。飞机上不同部位应用的铝合金主要有2X24,7X75,7X5X等，随着铝合金材料工艺的不断改进，在飞机不同部位的应用牌号也在不断调整(见表1)。

表1 飞机不同部位铝合金牌号应用发展历程

高强铝合金材料在波音747客机上的应用主要是采用7075T6和2024T3材料较多。在波音777客机上采用的主要铝合金牌号为7055T77、7150T77和2X24T3;在空客A380上用的先进铝合金为7055/7449/7085/2024/6013/5076等合金，下机身壁板及上机身壁板都采用了铝合金材料，其他大部分则是采用碳纤维复合材料进行减重。国产大飞机ARJ21中主要应用的铝合金材料牌号主要为2X24、7050、7175、7075等。不管在在民机还是军机中用材结构比例仍然主要以铝合金材料为主，铝合金在材料成本、工艺稳定性、综合力学性能等方面仍具有不可替代的优势。

航空领域飞机的铝合金应用牌号及热处理状态汇总见表2。

表2 飞机常用铝合金一览表

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铝合金在航天领域的应用

铝合金在航空航天领域的运载火箭上应用较多，主要牌号是7075、20X4、2219等，发动机装置、主体部件、旋转台、遥控部分等主要是铝合金7075，如液氧槽主要为2219，20X4主要用于卫星流线型外罩和控温阀部件等。此外，载人飞行器的骨架是用2024和7075铝合金制作而成，因为这两种铝合金强度高，质量轻，厚度薄。铝合金板材在这些物体上也屡被运用，比如防护板、安全装置、推进器等。

航空铝合金材料工艺技术

铝合金最后的终端使用场景与整个生产工艺过程直接相关，不同的应用场景取决于生产工艺即加工工艺的过程控制。

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热处理工艺

铝合金材料的综合性能提升出材料成分配比，很大程度上取决于生产过程中的工艺技术参数控制，适宜的热处理方式可以很大程度上影响铝合金材料的综合性能，因此对于不同性能要求的铝合金应研发适宜的热处理技术以提高铝合金材料的综合性能。

采用高温均匀化退火工艺处理铝合金，可以使时效强化相和残留的非平衡相最大程度固溶到基体中，并使其均匀分布，提高固溶后的固溶体浓度，达到提高时效强化的效果，同时针对大型铝合金锻件的组合热处理工艺即热变形与中间高温均匀化及高温固溶处理工艺进行整个热处理过程的参数设计，可以在提高强度的同时提高应力腐蚀性能。

一般铝合金的固溶处理工艺分为2种：常规固溶处理和复合固溶处理，其中，复合固溶处理是指强化固溶及高温预析出的处理。在前期的铸锭阶段采用常温处理+低温处理的均匀化退火工艺，可控制过渡族元素的析出，而过渡族元素对再结晶有明显的抑制作用，可一定程度上提高合金亚结构强化效果，进而提高合金的断裂韧性及抗应力腐蚀性能并能够有效减弱材料的各向异性。

高强铝合金的热处理中的时效处理对铝合金的性能也有着至关重要的作用，时效处理主要有3种形式，峰值时效、双极时效和回归再时效。研制时效处理方式的目标也是使铝合金更高强、更高韧、更高的耐腐蚀和抗疲劳等高综合性能，热处理状态开发则沿着T6到T73到T76到T736到T77的方向发展，时效处理方式则是从峰值时效发展到过时效再到回归再时效处理进行顺序发展。

时效温度和时间对时效强化的效果都有影响，不同的时效处理工艺可以直接影响铝合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率及晶间腐蚀等级。早在1989年，美国Alcoa公司用T77的热处理状态命名注册并申报了第一个RRA处理工艺规范，这也是首个可工业应用的热处理工艺规范，此工艺规范可用作7150铝合金的热处理工艺操作指导，此种工艺生产的7150铝合金厚板和挤压件被大量应用到C—17军用运输机上，在我国，采用T77热处理技术的高性能铝合金关键技术还在研制过程中，尚未产业化应用。

热处理过程中还包括形变热处理，形变热处理是通过热塑性变形和热处理相结合的工艺过程，采用形变热处理可用于改善过渡沉淀相的分布状态及合金内部的精细结构，合理的形变热处理可以使铝合金获得较高的强韧性及耐腐蚀性。形变热处理工艺早在1981年即被提出出来，主要应用于宇航结构合金，性变热处理对于改善7050、7475合金力学性能具有明显的效果。

在我国，铝合金的热处理工艺仅有100余种，距离国外的370余种还有很大的距离，应加大开发热处理工艺的力度，缩短铝合金基础热处理技术于发达国家的距离。

02

高强铝合金挤压型材生产工艺

高强铝合金在应用过程中有多种形式，主要有铝型材、铝板、3D打印粉末等形式。其中，铝合金型材具有质轻高强、焊接工艺成熟等优异特点，铝型材可作为大型的结构承载件在航空航天和轨道交通领域大量应用。铝型材的生产工艺主要采用连续拉挤成型工艺以提高生产效率并进行一定的预应力取向，提高型材的力学性能。在铝型材的挤压过程中，多挤压周期的连续挤压方式中，相邻2根挤压坯料间会形成界面，使得该界面在型材中的延伸长度增加，因为横向焊缝会大大影响铝型材的使用寿命，导致疲劳寿命急剧下降。

03

高强铝合金3D打印工艺

低成本、高效率及自动化高强铝合金工艺技术的发展得到航空航天的重视，大型铝合金或钛合金3D打印技术为目前航空航天关注的重点。3D打印技术作为我国的一个前瞻战略性技术，对工程应用领域的发展有至关重要的作用。

在航空航天领域，铝合金虽然已经有大量的应用，但实际应用过程中相比钛合金和复合材料还有一定的弊端，如铝合金暴露在高于160℃的应用中力学性能及耐蚀、疲劳性能会下降，且随使用时间的延长会软化和老化，因此提升铝合金在极端工况的综合性能仍需开展大量工作。

通过3D打印技术的不断成熟，对高强铝合金粉体的开发也不断进行，新型的铝合金材料不断涌现，持续刷新性能新高。如由Amaero和澳大利亚莫纳什大学共同研发的Amaero HOT Al这种新型的铝合金在3D打印后再继续进行热处理和时效硬化后，可以实现在260℃下长时间的稳定，开发商业化的高强度铝合金新型材料适应3D打印工艺以实现铝合金的智能制造性能可控及高复杂形状成为未来发展的主要趋势。铝合金的3D打印发展前景可期，主要应用于航空航天及军工领域。

结语

随着高强轻质铝合金材料成型技术和加工技术不断发展进步，本体材料性能不断得到提升，加工成型工艺不断提升，在高端制造业发挥了轻质金属的典型优势，但是仍然存在一系列的问题，需要在现有基础上进一步开展如下工作：

一是不断加大高强铝合金材料科学基础技术的研发，从材料成分组成、热处理工艺、加工工艺等诸多方面进行高强铝合金材料性能的提升;

二是加强对高强铝合金生产设备的开发研制，使铝合金的传统工艺向智能制造工艺快速转变;

三是加强国际技术合作，借鉴国外先进的技术开发经验及研发理念。

来源：材易通

转载：特种加工

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