除時(shí)效強(qiáng)化外,鋁合金型材也可通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化、形變熱處理等方式加以強(qiáng)化。紉晶強(qiáng)化一方面通過(guò)加入變質(zhì)劑(形核劑),使液態(tài)鋁合金型材在凝固時(shí)形成大量的細(xì)晶核心,從而細(xì)化晶粒,同時(shí)改善第二相的形狀和分布;另一方面通過(guò)變形也可以使晶粒度減小。近年來(lái)機(jī)械合金化、快速凝固等技術(shù)的發(fā)展使得細(xì)化晶粒的方法更加多樣化。由于晶粒尺寸的減小不但能夠提高強(qiáng)度,同時(shí)又可降低脆性,因而細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)鋁合金有著極其重要的意義。
形變熱處理可以使鋁合金型材位錯(cuò)密度提高、分布均勻,同時(shí)也可改善第二相在組織中的均勻分布,因此也是鋁合金強(qiáng)化的一個(gè)重要手段。
通過(guò)近百年的研究及努力,鋁合金型材的性能在不斷提高,以滿足飛機(jī)和宇宙空間飛行器對(duì)宇航材料的日益苛刻的要求。在吃機(jī)、火箭、航天飛機(jī)上,鋁合金型材都扮演著重要的角色。
它既用于做蒙皮、整體壁板等輕載荷構(gòu)件,同時(shí)也用于做大梁、起落架部件、隔征、壓縮機(jī)導(dǎo)風(fēng)葉輪、靜葉片等部件。由于飛行器輕型化的趨勢(shì)是無(wú)止境的,尋求比重更小、強(qiáng)度更高的鋁合金的努力也就從沒(méi)有停止過(guò),因而具有更低比重的鋁鏗系以及具有很好熱強(qiáng)性能的鋁鐵系等合金得到極大的重視。
鋁鏗合金在目前所有鋁合金中比重最低,被認(rèn)為是未來(lái)極具競(jìng)爭(zhēng)力的航空航天材料之一。但鋁捏合金有韌性較差的致命弱點(diǎn),近年來(lái)該合金的研
究主要集中在通過(guò)合金化以及快速凝固技術(shù)提高合金的韌性,已取得一定進(jìn)展。
1.固溶強(qiáng)化
合金元素加入純鋁中形成無(wú)限固溶體或有限固溶體,不僅能獲得高的強(qiáng)度,而且還能獲得優(yōu)良的塑性與良好的壓力加工性能。在一般鋁合金中固溶強(qiáng)化最常用的合金元素是銅、鎂、錳、鋅、硅、鎳等元素。一般鋁的合金化都形成有限的固溶體,如Al-Cu,Al-Mg,Al-Zn,Al-Si,Al-Mn等二元合金均形成有限固溶體,并且都有較大的極限溶解度能起較大的固溶強(qiáng)化效果。
2.時(shí)效強(qiáng)化
鋁合金熱處理后可以得到過(guò)飽和的鋁基固溶體。這種過(guò)飽和鋁基固溶體在室溫或加熱到某一溫度時(shí),其強(qiáng)度和硬度隨時(shí)間和延長(zhǎng)而增高,但塑性降低。這個(gè)過(guò)程就稱時(shí)效。時(shí)效過(guò)程中使合金的強(qiáng)度、硬度增高的現(xiàn)象稱為時(shí)效強(qiáng)化或時(shí)效硬化。
3.過(guò)剩相強(qiáng)化
當(dāng)鋁中加入的合金元素含水量超過(guò)其極限溶解度時(shí),淬火加熱時(shí)便有一部分不能溶入固溶體的第二相出現(xiàn)稱之為過(guò)剩相。在鋁合金中過(guò)剩相多為硬而脆的金屬間化合物。它們?cè)诤辖鹬衅鹱璧K滑移和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用,使強(qiáng)度、硬度提高,而塑性、韌性降低。合金中過(guò)剩相的數(shù)量愈多,其強(qiáng)化效果愈好,但過(guò)剩相多時(shí),由于合金變脆而導(dǎo)致強(qiáng)度、塑性降低。
4細(xì)化組織強(qiáng)化
在鋁合中添加微量元素細(xì)化組織是提高鋁合金力學(xué)性能的另一種重要手段。
變形鋁合金中添加微量鈦、鋯、鈹、鍶以及稀土元素,它們能形成難熔化合物,在合金結(jié)晶時(shí)作為非自發(fā)晶核,起細(xì)化晶粒作用,提高合金的強(qiáng)度和塑性。
鑄造鋁合金中常加入微量元素作變質(zhì)處理來(lái)細(xì)化合金組織,提高強(qiáng)度和塑性。變質(zhì)處理對(duì)不能熱處理強(qiáng)化或強(qiáng)化效果不大的鑄造鋁合金和變形鋁合金具有特別重要的意義。比如在鋁硅鑄造鋁合金中加入微量鈉或鈉鹽或銻作變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理,細(xì)化組織可以顯著提高塑性和強(qiáng)度。同樣在鑄造鋁合金中加入少量錳、鉻、鈷等元素能使雜質(zhì)鐵形成的板塊狀或針狀化合物AlFeSi細(xì)化,提高塑性,加入微量鍶可消除或減少初晶硅,并使共晶硅細(xì)化;粒子園整度提高。
5冷變形強(qiáng)化
冷變形強(qiáng)化亦稱冷作硬化,即金屬材料在再結(jié)晶溫度以下冷變形,冷變形時(shí),金屬內(nèi)部位錯(cuò)密度增大,且相互纏結(jié)并形成胞狀結(jié)構(gòu),阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。變形度越大位錯(cuò)纏結(jié)越嚴(yán)重,變形抗力越大,強(qiáng)度越高。冷變形后強(qiáng)化的程度隨變形度、變形溫度及材料本身的性質(zhì)而不同。同一材料在同一溫度下冷變形時(shí),變形度越大則強(qiáng)度越高。塑性隨變形程度的增加而降低。