——訪著名鋁合金材料專家 張新明先生

　　記者：鋁合金在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，請(qǐng)您介紹一下高強(qiáng)合金在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展情況及目前我國(guó)大飛機(jī)項(xiàng)目對(duì)這些材料的特殊需求？
張新明：高強(qiáng)鋁合金具有低密度、高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕、易加工、低成本、易回收、環(huán)境友好等特點(diǎn)，是飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料。

高強(qiáng)鋁合金已經(jīng)歷了五代的發(fā)展，總體發(fā)展方向大體為高強(qiáng)→高強(qiáng)耐蝕→高強(qiáng)高韌耐蝕→高強(qiáng)高韌耐蝕耐損傷容限→高強(qiáng)高韌耐蝕高淬透性。除發(fā)展高綜合性能的鋁材外，為實(shí)現(xiàn)減重、高可靠、長(zhǎng)壽命的目標(biāo)，主承力構(gòu)件往往采用厚板、特厚板、大型鍛件和大型型材。對(duì)于輕質(zhì)合金，我國(guó)大飛機(jī)近期需要650MPa高強(qiáng)鋁合金，450MPa高損傷容限鋁合金；中期需700～800MPa高強(qiáng)高韌耐蝕鋁合金，600MPa高強(qiáng)高韌耐蝕Al-Li合金。我國(guó)大飛機(jī)項(xiàng)目需解決鋁材規(guī)范的制定與批準(zhǔn)以及民航客機(jī)取適航證的問(wèn)題；急需解決大規(guī)格預(yù)拉伸厚板、大規(guī)格寬幅薄板、超寬超厚擠壓壁板以及大型鍛件制備的裝備及技術(shù)難題。

　　記者：作為我國(guó)973項(xiàng)目“高性能鋁材與鋁資源高效利用的基礎(chǔ)研究”的首席科學(xué)家、知名材料專家，您認(rèn)為我國(guó)在鋁鎂合金材料及其加工技術(shù)方面還需要突破哪些關(guān)鍵技術(shù)？
張新明：我國(guó)鋁、鎂合金的設(shè)計(jì)以及高性能大規(guī)格材料的研發(fā)需要突破以下關(guān)鍵技術(shù)。
（1）鋁、鎂合金材料設(shè)計(jì)應(yīng)擺脫“炒菜式”的傳統(tǒng)研究方法，需突破集成設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。以材料不同性能的特征微結(jié)構(gòu)為基本出發(fā)點(diǎn)，將相圖計(jì)算與第一原理計(jì)算、材料制備過(guò)程中的組織結(jié)構(gòu)演變相結(jié)合，通過(guò)計(jì)算、模擬和有限的必要試驗(yàn)，形成高綜合性能鋁、鎂合金的設(shè)計(jì)原理與技術(shù)。
（2）需突破高強(qiáng)高韌耐蝕性能協(xié)同提高的關(guān)鍵制備技術(shù)；如合金純化、高潔凈化技術(shù)；多級(jí)均勻化、多級(jí)固溶熱處理技術(shù)；納米相亞穩(wěn)化、與基體非共格化強(qiáng)化技術(shù)。
（3）需突破大規(guī)格高性能合金材料的關(guān)鍵制備技術(shù)，如大規(guī)格鑄錠無(wú)裂紋鑄造技術(shù)；大規(guī)格材料均勻塑性變形技術(shù)；厚截面板材及鍛件高淬透性的熱處理技術(shù)以及殘余應(yīng)力的消減與控制技術(shù)。
（4）需突破材料/構(gòu)件成形成性一體化關(guān)鍵制造技術(shù)，如大型整體框梁主承力構(gòu)件成形成性制造技術(shù)；整體壁板構(gòu)件/材料一體化制造技術(shù)；纖維鋁合金層板制造技術(shù)。
（5）需突破結(jié)構(gòu)/功能一體化制造關(guān)鍵技術(shù)，如耐蝕、隔熱、隱身多功能涂層技術(shù)；材料-構(gòu)件-形狀功能一體化制造技術(shù)。

記者：作為中南大學(xué)材料加工工程和計(jì)算材料與虛擬工程學(xué)科的首席教授，請(qǐng)您談?wù)動(dòng)?jì)算科學(xué)與虛擬技術(shù)在航空材料加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展。
張新明：從航空工業(yè)用鋁材發(fā)展的歷程來(lái)看，目前已經(jīng)發(fā)展到第五代鋁合金了，要求材料具有高強(qiáng)高韌耐蝕、高損傷容限和高淬透性的良好綜合性能。材料的不同微結(jié)構(gòu)決定不同的性能，而單一性能要求的各微結(jié)構(gòu)往往相互矛盾，很難協(xié)同。如為了提高耐蝕性，高強(qiáng)鋁合金往往采用適當(dāng)?shù)倪^(guò)時(shí)效狀態(tài)，這樣就產(chǎn)生了與基體非共格的第二相，因而降低了力學(xué)性能。但通過(guò)計(jì)算晶內(nèi)、晶界相變和虛擬熱處理工藝，使晶界形成不連續(xù)析出相；同時(shí)也保障晶內(nèi)析出高密度的共格和半共格第二相，因此，在強(qiáng)度不損失的前提下，大大提高了耐蝕性。材料計(jì)算及虛擬加工就是要結(jié)合飛機(jī)對(duì)性能的要求，在納米、亞微米、微米和工程大塊材料等不同層次上，確立成分、組織結(jié)構(gòu)、性能和合成制備的關(guān)系，以及不同環(huán)境條件下材料損傷的微觀過(guò)程機(jī)制及規(guī)律。我國(guó)在這方面的研究工作相對(duì)薄弱，鋁“973”項(xiàng)目雖在探求鋁合金材料不同性能所需的特征微結(jié)構(gòu)和制備技術(shù)方面有些進(jìn)展，但也僅僅是開(kāi)始。我們應(yīng)結(jié)合大飛機(jī)所需的高綜合性能鋁合金、大規(guī)格高性能材料的制備以及材料/構(gòu)件一體化成形成性制造進(jìn)行模擬計(jì)算和虛擬制造。鋁合金虛擬制備國(guó)外已有成功的經(jīng)驗(yàn)，如歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)(EAA)就組織了全歐洲的相關(guān)大學(xué)、研究院所和企業(yè)共同進(jìn)行鋁材制備過(guò)程的模擬與虛擬制造研究，涉及VIRCAST、VIRFAB和VIRFORM三大塊。