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耐高温铝合金在航空航天、军用和民用车辆发动机上有极大的需求和广阔的应用前景,如超音速飞机蒙皮、超高音速导弹外壳。由于航空航天飞行器及导弹在飞行过程中与空气发生摩擦、产生大量热量而使其表面升温,因而所使用的材料必须能耐高温。传统的耐热铝合金以2618系铝合金为代表。但2618系铝合金的耐热性是有限的,尤其是在高温下,以及又有外力作用下,长期使用的蠕变寿命有很大的局限性,满足不了现在的低成本、长寿命的使用要求。
为此,世界各国竞相发展新型高强高韧耐热铝合金,其目标是可使用于300℃~350℃甚至更高的温度,以满足国家研制先进战机、巡航导弹、卫星、天地往返运载工具和太空站用高性能铝材的需求。解决的途径是在原耐热合金的基础上进一步提高高温性能,或开发新型的耐热铝合金。
所在高温合金课题组在国家“973”项目的资助下,开发了新型的Al-Cu-Mg-Ag系列耐热合金,该系列合金可以满足上述航空技术的发展需求。本文主要研究了Al-Cu-Mg-Ag合金的热处理规范(均匀化处理温度、固溶热处理温度)、合金元素Ag、Cu含量对合金耐热性能的影响,研究了合金在添加Cu、Ag元素后对合金微观组织的影响。研究确定了合金最佳均匀化、固溶处理温度。研究发现添加了微量的Ag,改变了Al-Cu-Mg系列合金的时效析出过程,析出了新的强化相Ω相,Ω相与基体共格,细小弥散分布,具有很好的热稳定性,从而使合金的耐热性能大幅度提升,而且提高了合金在室温时的机械性能。从Cu含量对合金性能的研究中发现,提高合金中Cu的含量能提高合金的时效硬化和拉伸性能,当Cu含量超过其固溶度时,过量的Cu形成的θ相有利于提高合金的高温耐热性能,其耐热机制是固溶强化、沉淀强化和弥散强化的复合效果所致。