研绍撰讨 超高强铝合金的发展 孙洪军 ，‘杨兴玲2 (1.东北轻合金有限责任公司，哈尔滨 150060 2.中铝河南铝业有限公司，河南洛阳47l00()) 摘 要:全面地介绍了超高强铝合金的发展过程，及其合金发展的特点。超高强铝合金的开发基本上是沿着高强度、低 韧性斗高强度、高韧性一高强度、高韧性、耐腐蚀方向发展，在合金成分设计方面的发展特点是合金化程度越来越高， Fe、51等杂质含量越来越低，微量过渡族元素添加越来越合理，最终目标是在大幅度提高强度的同时保持合金具有优良 的韧性和抗蚀性。 关键词:超高强铝合金;成分;性能 中圈分类号汀G146，2 文献标识码:A 文章编号:1002一2333(2007)09一0041一03 超高强铝合金是航空航天工业中主要的结构材料。 基础上提高了zn、Mg和Cu的含量又发展了强度更高的 目前世界各国民用飞机上铝合金已占居了结构材料重量 7178一T6合金，该合金强度虽高，但断裂韧性有所下降， 的70%一80%，其中大部分为超高强铝合金。在新一代军 因此未得到进一步的应用和发展。当时人们研究航空铝 用飞机上，由于树脂基复合材料和钦合金用量的增加，铝 合金主要以追求高的静强度为主，而忽视了其它性能的 合金的用量相对有所减少，但高纯度的超高强度高韧性 要求。1954年因3架用7075合金制造机体的喷气式飞 高抗蚀性铝合金的用量却增加了。随着现代航空航天工 机坠毁，从而使航空界认识到材料的损伤容限应该作为 业的快速发展，对超高强铝合金的综合性能提出了更高 飞机机体选材的一个准则。为了提高KIC，研究人员在深 的要求。同时现代核工业、交通运输业的发展也急需高性 人的研究后发现，7075及7178合金中含有的Fe、51等有 能、轻质、经济的结构材料，因此高强高韧高抗蚀的超高 害元素形成的夹杂相如A17cuZFe、AI(MnFe)51和MgZSi 强铝合金无疑是理想的备选材料。为此，各国的材料工作 等在低应力下容易破裂，并在破裂的质点处形成空洞，从 者多年来一直致力于研究开发集高强高韧高抗蚀性为一 而在继续施加外力的情况下形成宏观裂纹导致了断裂韧 体的超高强铝合金。 性KIC的降低。通过减少这些杂质元素的含量，研制出了 1超高强铝合金的发展过程 韧性更高的7175合金。随后又通过进一步降低Fe和51 一般可将强度在sooMPa 以上的铝合金称为超高强 的含量，控制Cr含量，调整Mn、Cu含量以提高断裂韧性 度铝合金。超高强度铝合金主要是指7000系中的某些 开发出了7475合金，同时该合金调整了21M“g比(稍稍 AI一zn一Mg一Cu合金。AlznMgCu系合金是以1923一1926 提高了zn，降低了Mg含量)使得合金的长向(L)、横向 年德国科学家W.Sander和ssner对AI一zn一Mg合金 (LT)和厚向(ST)样品的KIC明显提高，这是7000系合金 的研究为基础发展起来的。1932年，K.J.韦伯提出了第一 中断裂韧性最高的合金。 种以AI一zn一Mg一Cu为基的高强铝合金，该合金中添加 1969年前苏联对B95合金的杂质进行了限制，提出 Cu的同时加人了少量的Mn，有效地改善了该合金的抗 了nq和oq两种杂质水平的合金，其中B95n二合金成分 应力腐蚀性能(SCR)，但由于仍具有较敏感的应力腐蚀 接近于7175合金，B95o二合金的成分(AI一5.szn一2.3Mg- 开裂(SCC)倾向而未得到实际应用，」〔。1939年，日本学者 1.7Cu一0.12Cr--0.4Mn，Feo.15%，510.1%)与7475合金十分 五十岚将C:加人到AI一Zn一Mg一Cu合金中开发出了一种 相似(在俄罗斯的铝合金牌号中拟为含zr合金，nq为高 超硬铝合金ESD。该合金因具有很高的强度和大大改善 纯合金，oq为最高纯合金)!，」。 的抗应力腐蚀性能，而成为该系合金中最先在飞机制造 1971年美国Aloca公司在7075合金的基础上，增加 业上获得实际应用的合金 【」。‘20世纪中期，人们发现通过 了zn、cu含量和cu肛9比值来提高强度，用添加2:代替 添加Cu、Mn、Cr、Ti等微量元素可显著提高合金抗应力腐 Cr来克服淬火敏感问题和调整晶粒尺寸，开发出了强度、 蚀性能和抗剥落腐蚀性能2]〔。1943美国开发出了7075高 断裂韧性和抗应力腐蚀性能较高的7050超高强合金。这 强合金，并第一次应用于B一29型轰炸机上，曾给飞机结 是美国开发的第一个含Zr的7000系合金。也是7000系 构和性能带来了革命性的变化，同时也为超高强铝合金 合金中综合性能较好的合金之一，在航空航天领域得到 的发展奠定了基础。 了广泛的应用。含Zr的7050合金也存在着一些缺点，如 1944年前苏联也开发出了与7075类似的B95高强 Zn和Cu的含量提高，使铸造裂纹倾向增强，铸造前要求 铝合金，该合金的成分(AI一6.ozn一2.3Mg一1.7cu一0.12cr- 真空脱气，需用陶瓷过滤器消除非金属夹杂等，制造工艺 0.4Mn)与7075合金相近。随后不久美国在7075合金的 过程复杂，生产成本较高，而且大型的锻件也不易完全淬 机械工程师 2007年第9期擅41 万方数据 姗绍撰讨 透。为解决这些问题人们通过提高zn和Mg含量，降低 中zn/Mg比值的提高。zn和Mg在铝合金中主要起到形 Cu含量，又研制了7150合金，主要应用于生产大型锻件 成强化相的作用。zn、Mg和Al形成高浓度的三元固溶体 和厚板(占50mm)。 T相 (A12Mg3Zn3);Zn和Mg之间形成二元的刀(MgznZ) 随着军用和民用飞机制造技术的发展，如何减轻按 相，这两种元素在合金中的溶解度随温度的降低急剧 强度指标设计的构件的重量和降低成本，成为飞机制造 下降，具有很强的时效硬化能力，因此合理设计合金中 和铝合金加工工业必须考虑的重大问题。近年来美国的 zn、Mg的含量，尤其是其质量比对高强合金的性能有 Aloca公司进行了大量的研究，在7050和7150的基础上 重要意义。根据Gruhl等人的观点61〔，znlMg=2.7一2.9的 进一步降低51和Mn杂质元素的含量，提高2可Mg比值， 合金，即zn/Mg比接近T(A12M今zn3)化合物的化合比 成功研制了7055超高强合金[4]。7055一T77制品在保证有 (=2.71)时，合金的综合性能最好，也有人认为若把2可Mg 合格的KI。和抗蚀性的前提下，其强度比7150高约10%， 比提高到35左右，’可获得良好的静强度、疲劳强度和断 比7O75制品高约20一30%，实现了集高强、高韧、抗蚀为 裂韧性。但当Zn含量超过7%时，合金中不能溶解的结 一体，广泛地应用于飞机结构件。7055合金的T77处理 晶相数量急剧增加，导致与断裂韧性相关的性能急剧降 是美国专利，目前还没有公开具体工艺制度。 低、焊接性能、耐蚀性能显著恶化。在一定范围内Mg含 1956年，前苏联学者在深人地研究川ZnMgCu系 量过高会导致应力腐蚀开裂，加重scc的敏感性，而cu 合金的基础上，研制出世界上第1种超高强度铝合金— 的加人能起到改善zn、Mg含量高时带来的塑性和抗 B96双，继而通过提高合金纯度，降低合金元素含量开 蚀性降低的缺点，并且还能同时提高强度和重复加载 发出B96玖的改型合金B96从1和B96从3成为航天航 抗力。王祝堂认为，高Zn合金中，Cu原子溶人GP区， 空和其他工业部门的关键结构材料之一。俄罗斯的 可以提高GP区的稳定温度范围，延缓时效析出。Cu原 B96双(AI一8.szn一2.7Zn一2.3Cu一0.15zr)类似于7055合 子还可溶人刀和‘刀相中，降低晶界和晶内的电位差， 金，但有自己的特色。值得一提的是1960年代研制的 提高合金的抗应力腐蚀性能。对于znlMg比较大的合 B93二、合金，它与别的合金不同之处在于添加了0.2% 金，即使其Cu含量较高，仍能保持较强的韧性。在超 一0.4%的Fe作为再结晶抑制剂，使得合金在铸造成型 高强铝合金中保持较高的zn/Mg比和Cu/Mg是得到 过程中工艺效率大大提高，这一点与其它含zr、Mn、cr 良好性能的基础。 的合金相比尤为重要，在合金的硬度增加的同时，还保 2了 以Zr替代Mn和Cr 证了强度的各向同性，迄今别的国家还未出现与它类 以zr代替Cr来克服合金淬火敏感性问题。7050合 似的合金。 金的研制成功也使人们认识到了2:对高强合金性能的 另外在7000系合金发展的早期，很多高zn的具有较 影响，并在这方面展开了深人的研究。由于7075合金中 高强度的合金也被开发了出来，如7076:AI一7.szn一1.6Mg- 的Cr能够增加合金的淬火敏感性侧，因此样品在热处理 0.7Cu一6Mn(1940)，7001:AI一7.4zn一3.oMg一2.ICu一0.25Cr 后必须快速淬火，才能保证时效后的强度，而对大型锻件 石1955)，7049:AI一7，7Zn一2.SMg一1.6Cu一0.16Cr(1968)，这些 和厚板，即使冷却速度很快，也无法使构件心部得到较快 合金主要用于锻件和挤压件。还有部分合金如7068、 的冷却速度，而且淬火速度过快也容易使构件产生变形。 7449、7093等zn含量超过了8%(其中7093的zn含量大 而添加Zr能够形成细小的不溶解质点A13Zr降低合金的 于9%)，它们的Fe和Sj含量分别不大于0甲巧%和0，12%， 淬火敏感性;同时AI另r金属间化合物有两种结构和形 都是能获得极高强度的铝合金。 态:从熔体中直接析出的AI必r为四方结构，可显著细化 2超高强铝合金发展的特点 合金的铸态晶粒;另一种是铸锭均匀化过程中析出的球 21 降低Fe、51等杂质元素的含量 形粒子，具有Ll:结构，与基体共格，具有强烈抑制热加工 超高强铝合金中Fe、51杂质的含量是逐渐降低的， 过程中再结晶的作用。近来有研究认为在时效过程中次 同时还大幅度地降低了能生成脆性夹杂相的Mn，从而保 生的A13z:可加速刀相‘的析出，并且Al另:与合金中的位 证了合金具有较高的塑性和断裂韧性。这些微量的杂质 错缠结在一起，增大了合金中的位错密度，从而影响合金 也有其有利的一面，杂质Fe溶于AI中形成的FeA13有细 的时效行为。因此超高强铝合金中一般添加0.05%- 化再结晶晶粒的作用，但对抗蚀性能影响较大，当有Mn 0.巧%的zr，可显著提高合金的强度、断裂韧性和抗应力 存在时，re可溶入MnA16中形成(Fe、Mn)A16，使FeA13与 腐蚀性能。 AI之间的电位差减小到可以忽略不计的程度。因此合金 3 结束语 中加入少量Mn以减少Fe的有害作用是其目的之一5丁〔， 纵观高强铝合金的发展史，传统超高强铝合金研制 此外Mn还有提高抗应力腐蚀的性能。 基本上是沿着高强度、低韧性一高强度、高韧性。高强 2.2 提高主合金元素含量 度、高韧性、耐腐蚀方向发展，在合金成分设计方面的发 逐步提高合金中zn含量，尤其是提高合金的2可Mg 展特点是合金化程度越来越高，Fe、51等杂质含量越来越 比值，调整Cu含量。比较7075、7475及7050与7055合 低，微量过渡族元素添加越来越合理，最终目标是在大幅 金的成分及性能可以发现，合金性能的改善伴随着成分 度提高强度的同时保持合金具有优良的韧性和抗蚀性。 42!机械工程师 2007年第9期 万方数据 研魂裸讨 爆轰超压载荷下密封连接器的设计与研究 龙建华 (中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳621900) 摘 要:针对爆轰超压状态下电缆连接器的密封问题，提出了其设计结构，并对其进行了静态检漏与动态实验，测试了 密封性与电性能，取得了较好的实验结果，实验表明该类连接器的设计方法可用于类似有密封要求的爆轰实验中。 关键词:爆炸冲击载荷;连接器;密封;设计 中图分类号:TM216 文献标识码:A 文章编号:1002一2333(2007)09一0043一02 DesignandResearchofHermeticalConnectOrunderDetoation0verPressureLOading LONGJian一hua (InstituteofFluidph邓ics，CAEp，Mianyang62I90()，China) Abstract:TheframeofcableconnectorsweredesignedaccordingtothehermeticalrequirementsHerimeticaland electricalcapabilityoftheconnectorsweremeasuredinstaticleakinganddynamicexperiment，respectively.The resultsindicatedthatthedesignmethodofeonnectorscanbeusedinsuchdetonatingexperiments Keywords:explosionshockloading;connectors;hermetical;design 电缆连接器作为一种电信号连接装置广泛应用于日 主要由双向插接的孔座和插接头组成。每组13个孔位 常生活、工农业生产、军事和各种物理实验测试技术中， (或9个孔位、2个孔位、1个孔位)。13个孔位的插头 但市场上没有既能承受爆轰超压、又能实现高密封性的 有12个是电缆芯线个为共用地线孔位。绝缘 连接器，为此我们自行设计研制了满足上述要求的连接器。 导向体、隔垫等用绝缘性能和耐压性好的聚碳酸醋和 本文主要总结爆轰超压条件电缆密封连接器的设计 聚四氟乙烯材料，密封件用真空橡皮;大小过渡芯和插 方法，以及后续的静态和动态密封性能考核实验结果。 接头用弹性较好的QSn6.5一0.1一Y，并且表面镀锌(或 1 技术指标 银)，确保有很好的电性能。 (1)承载11MPa超压; 3 实验方法 (2)静态密封要求:在0.2MPa压力(绝对压力)、充氦 3.1静态气密性实验 气50%的条件下，氦质谱检漏漏率lxlo劣Pam·Vs; 我们对多芯及单芯连接器进行了多次静态气密性实 (3)动态密封要求:零时、零后示踪气体SF6的泄漏 验，主要考核连接器在高压下的承载能力和密封性能。静 份额小于 lxlo份9山; 1 12 11 10 9 8 76 5 4 3 2 (4)起爆电缆经过密封连接器 后导通性 良好，连接器耐高压 10kV; (5)密封连接器电性能满足测 试精度要求。 (6)50oPa的抽线 电缆密封连接器结构图 2 结构设计 1，插头 2.螺纹压套 3.压环 4.螺纹接头 5绝缘导向体1 6-密封垫 7.隔垫 如图1所示，电缆密封连接器 8.绝缘导向体n g，支承垫 10小过渡芯 11，大过渡芯 12转接板 尸 ﹃ . . 4 一 [参考文献」 L . J LukasakDA，etaI5trongaluminumalloyshavesAirframeweight 厂 ， 一 1 . 1 一 ﹂ . 潘志军.高强铝合金的研究现状及展望 [J〕.铝加工，2001，24 [J〕.AdvancedMarerialsandProcesses，1991，(10):46一49. F ， . . f l e s . (4):39一41. L j 王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册M〔〕.长沙:中南工业大学 r ﹁ ， 一

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