Al-Si合金的应用[推荐五篇]

第一篇：Al-Si合金的应用

Al-Si合金是铸造铝合金中品种最多，用途最广的一类合金。在这类合金中 Si是主要合金化元素 ,Si改善合金的流动性 ,降低热裂倾向 ,减少疏松 ,Si改善合金的流动性 ,降低热裂倾向 ,减少疏松 ,分为亚共晶铝硅合金、共晶铝硅合金和过共晶铝硅合金。随着硅量的增加 ,结晶温度区间变小 ,共晶体增加 ,流动性随之提高 ,虽然铸造性能获得改善 ,但组织中出现针状或片状的共晶 Si ,甚至出现粗大的多角形块状或板状初晶 Si ,严重地割裂了 Al基体;在Si相的尖端和棱角处引起应力集中 ,容易沿晶粒边界处或板状 Si本身开裂而形成裂纹 ,使合金变脆 ,力学性能特别是伸长率显著降低 ,切削加工性能也变差，硅的收缩率很小，合金的线收缩率也随之降低 ,热裂倾向相应减少;硅的结晶潜热大 ,直至20%Si处,流动性仍比共晶成分的合金高 ,含16%～18%Si处有流动性峰值。随硅量增加 ,铝硅二元 合金的磨损量、腐蚀量、线膨胀系数、密度、电导率均直线下降。

一 合金牌号和化学成分

国内外三类Al-Si系活塞合金的牌号和化学成分见表1。据资料报道 :发达国家普遍以钛作为细化合金元素 ,尤其是铸造铝合金中 ,几乎全部进行钛合金化处理。在变形铝合金中 ,美国近250多种牌号有70%要求或允许含有适量的钛(大部分要求≤0.15%Ti)。

电解法生产低钛铝合金具有成本低、工艺简便、晶粒细化、性能提高幅度大等优点 ,为提高我国铝合金的质量和性能提供了新的加钛工艺和方法。用电解法制备的低钛铝合金所配制的几种铸造铝合金如A356、ZL108、ZL111等具有晶粒细小 ,合金的强度、韧性、耐磨性、抗疲劳性能及热稳定性等均有所提高。由于电解法生产低钛铝合金基本不需要改变电解设备及工艺 ,生产成本基本不增加 ,实现了电解铝硅活塞合金加钛提供了便利 ,在我国具有广泛应用前景。

二 提高合金综合性能的途径

为了既保持铝硅合金的固有优点 ,又使力学性能有大幅度的提高 ,应用更广泛 ,近几十年来 ,世界各国铸造工作者研究并采用了不少行之有效的措施。

2.1 Al-Si合金的细化处理

Al-Si合金的细化包括初晶α固溶体、共晶体和初晶 Si三个部分的细化。为了细化铝固溶体晶粒,通常是在合金中添加少量晶粒细化剂 ,如 Ti、Zr、B等。这些元素在铝合金中形成 Al3 Ti、Al3 Zr、TiB2等高熔点化合物 ,它们的结晶比铝固溶体晶粒早 ,尺寸细小而又弥散分布 ,具有与铝相同的晶格类型和相近的晶格常数 ,或具有共格对应晶面 ,可作为铝固溶体的结晶核心 ,使铝固溶体晶粒细化。

2.2 Al-Si合金的变质处理

对于含Si量较高（>6%～8%Si)的Al-Si合金 ,影响合金组织性能的主要因素是（α+ Si)共晶体和初晶Si。如果不经变质处理 ,单靠加入细化α固溶体的元素来改善共晶体（α+ Si)的形状和粒度 ,往往收效甚微。所以对Al-Si类共晶型和过宫颈性合金 ,应强调共晶体（α+ Si)的变质处理 ,又要对初晶Si进行细化处理。目前常用变质剂种类及效果见表2。

2.3较少合金中的有害杂质

Fe是Al-Si合金中的主要杂质，它主要来自炉料、坩埚和熔炼工具。在铸造Al-Si合金中，Fe常

第二篇：记忆合金在汽车行业中的应用 emily

记忆合金在汽车行业中的应用 引言

形状记忆合金(SMA)是70年代开发的新型金属材料, 它具有形状记忆效应(SME)及集感知与驱动为一体的特性引起了科技界和工业界的极大兴趣与关注, 一度在世界范围形成热潮。近10 年来，形状记忆合金的研究和应用开发，发展得很快，合金品种也逐年增多。应用涉及的范围极广，包括航空航天、电子、机械、医学、能源、化工和家电等，几乎涉及到产业界的所有领域。[1]我国研究形状记忆合金已有20年的历史，在理论研究和应用开发方面取得了可喜的成绩，但与国外发展现状相比，还有较大差距。形状记忆合金在常温下非常柔软和极易变形, 能实现热弹性马氏体转变, 具有形状记忆功能, 即将其制造成某一形状后记住此形状, 然后经加热可恢复原来形状。因此在汽车上得到了一定的应用。记忆合金的研究与在汽车上应用的发展

2.1 研究

形状记忆合金(Shape Memory Atloy简称SMA)是一种不忘记原来形状的金属,变形后再加热可以返回原来的形状, 具有再现形状记忆效果。它是近二、三十年新兴发展起来的一种新型工程材料, 被人们称之为“跨越21 世纪的理想材料”。国内外近几年来对这类合金的理论和应用研究十分活跃, 进展迅速。形状记忆合金主要有两大特性: 一是形状记忆效应, 二是超弹性效应。迄今为止,已发现有十几种形状记忆合金系, 其中在工业上有实用价值的有Ni一Ti合金、Cu 基合金、Fe 类合金等。由于它具有形状记忆、自动作功、超弹性、节能、热敏等特殊性能, 引起了工业界广泛的重视, 八十年代在世界范围内掀起了一股“ 记忆合金热, , 目前已在工业自动化、能源、航天航空、医疗卫生、仪器仪表及机械制造等工业领域得到应用[2]。2.2 汽车应用的发展

SMA所具有的记忆及温度特性, 是可用于汽车上多种调节器的新型热敏元件材料, 推动了新型制动器的设计。其显著优点是: 力量大, 位移大, 体积小, 制动类型多(直线、弯曲、扭转以及它们的组合), 单位体积(或单位重量)的能量高, 可以在很小的温度范围内实现运动(而且可由合金成分等预先调节确定这个温度范围), 输出功率比静热双金属片高10多倍;同时, 形状记忆制动器通常仅由一个金属件组成, 安装更紧凑且具有体积小、行程大、无噪音及安全可靠等优点。

70年代以来，形状记忆合金的应用与研究非常活跃。美国海军以Ni一Ti合金接头用于飞 1

机液压管道的连接,在30万例中尚无失败的报导，哈佛医学院首先用Ni-Ti合金制成腔动脉过滤器;英国Dalta记忆金属公司用Ni一Ti或Cu一Zu一A l合金制造恒温器、冷热设备控制器自动控制设备等产品, 有的已使用50万次, 尚未发现疲劳、“ 蠕变”或其它偏离性能指标的变化;日本在形状记忆合金方面开发了如能源转换器、机械手等。我国SMA的研究始于1976年,近几年对SMA材料的研究工作十分活跃, 在医疗、航空等方面都进行了应用偿试。随着时间的推移, 其性能会逐步得到完善。从简单器具到家用电器, 从电子机械到汽车工业, 从儿童玩具到能源转换器, 从医疗器械到宇航技术, 都可以实现它的作用。记忆合金应用于汽车的部位及其原理

3.1 散热器面罩活门

丰田汽车采用钛镍系形状记忆合金制成散热器面罩活门，其工作原理是：当发动机室内温度低于设定温度时，形状记忆合金弹簧呈现压缩状态，活门关闭，当发动机室内温度高于设定温度时，弹簧呈伸长状态，活门打开，冷空气导入发动机室内。3.2 水箱温控器

汽车温控器是根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的水量，改变水的循环范围，以调节冷却系统的散热能力，保证发动机在合适的温度范围内工作。在现有的技术中，汽车温控器是利用石蜡的热膨冷缩来进行控制。在水温低于70℃时，温控器膨胀筒处于收缩状态，主阀门关闭；当水温高于80℃时，膨胀筒膨胀，主阀门渐渐打开，散热器内循环水开始流动。温控器必须保持良好的技术状态，否则会严重影响发动机的正常工作。如温控器主阀门开启过迟，就会引起发动机过热；主阀门开启过早，则使发动机预热时间延长，使发动机温度过低。然而用这种温控器有很多缺点，首先，在对温度的控制上不是非常敏感，温控器的打开和关闭置后。其次，石蜡温控器在加工制造中比较麻烦，石蜡在温度较高时溶化，所以要解决石蜡的密封问题。如果利用记忆合金弹簧来实现温控器的开启和闭合将会很方便。如图1所示[3]。

3.3 在汽车自动储能装置中的应用

汽车行驶时, 用来加速的耗能量几乎占全部耗油量的一半, 并且, 其燃烧所获得的能量大部分在减速或停车时通过制动器被浪费掉。在制动器上安装储能装置, 可以把浪费的能源吸收回来, 用于下一次的加速。这样, 既能降低油耗, 又有益于环境保护, 减少废气排放和噪音。这种装置的储能元件可由SMA做成。它可以储存超弹性材料SMA的应变值所允许的机械能。

3.4 在汽车风扇离合器中的应用

在水冷式发动机上, 风扇一般装在发动机水泵轴或曲轴的前端, 其转速及扇风量一与发动机的转速成正比。因无离合器装置, 所以无论发动机需要散热还是升温, 它都煽风散热, 不能与发动机的工作需要相协调。这样, 便浪费了燃料, 增加了起动预热时间,而且在高速行驶时噪音大, 在冬季及寒冷地区, 使发动机过冷, 增加磨损。采用风扇离合器, 可以根据发动机工作条件的需要进行自动调解冷却程度, 避免上述缺点。目前, 风扇离合器主要有硅油式、电磁式等几种形式。由于SMA具有感温、驱动两种功能, 同时又可以从工作环境吸收热能, 所以, 可用其取代离合器中的自动系统, 这样, 使整个系统的结构简化, 成本大幅度降低。又由于SMA具有耐腐蚀性能,所以, 不需要设置保护装置。因此, 用SMA代替现有形式的风扇离合器, 具有很大潜力[4]。3.5 在汽车百叶窗的自动控制系统中的应用

通常, 为了改变通过散热器的空气流量, 在散热器的前面设百叶窗或挡风帘。百叶窗由驾驶员通过装在驾驶室内的手柄来操纵。但是, 这种手动百叶窗零件多, 结构复杂, 成本高。目前, 最先进的自动开闭的百叶窗是采用蜡膨胀元件, 它随水箱温度变化而动作。由于SMA具有感温和驱动两种功能,故可利用它作百叶窗自动开启的控制系统。当冷却水温降到某一温度时, SMA恢复到原始状态。此时, 由于SMA元件的变形,带动百叶窗部分全部地关 3

闭, 以减少吹过散热器的空气流量, 使冷却水温回升;当冷却水温升高到某一温度时, SMA又开始变形, 并带动百叶窗部分或全部打开, 增加吹过散热器的空气流量, 使冷却水温度降低。这样, 根据水温的变化,SMA元件可带动百叶窗自动地循环开闭, 实现控温。利用SMA做百叶窗的自动控制系统,不仅使其结构简化、成本降低, 而且使驾驶室制造工艺得到简化, 并减轻驾驶员的操作强度。3.6 手动变速器防噪声装置

此装置通过调整拖曳阻力降低在润滑油温度升高时发生咔啦声, 采用的形状记忆弹簧和回程弹簧一起安装在手动变速器拨叉上。变速器油温升高, 形状记忆弹簧把同步器锁止环推压在齿轮圆锥面上而产生拖曳阻力, 补偿油温升高拖曳阻力的下降, 从而降低异常噪声。低温时, 形状记忆弹簧在中间位置, 拖曳阻力保持在中间位置, 不影响汽车行驶[5]。3.7 汽车轮胎防滑

汽车轮胎防滑采用防滑钉, 但防滑钉损坏无积雪的路面, 希望防滑钉能根据路面状况可伸缩。无积雪时, 由于车速较高, 即使路面温度不高, 轮胎的温度也相当高;积雪路面, 一般都是低速行驶, 轮胎与雪的接触良好, 轮胎温度下降。形状记忆合金防滑钉可在不同路面上利用温度变化产生伸缩, 即在无雪路面受热缩进轮胎, 积雪路面受冷伸出轮胎, 起到既防滑又不损坏路面的作用。

3.8 防燃料蒸发气体排放装置(电磁阀)此装置原理如图5所示。通电运行中, 电磁线圈将形状记忆弹簧加热, 阀在电磁力的作用下被强制关闭;停止运行后, 电磁力消失, 形状记忆弹簧的回复力将阀打开排出汽化气;经过一定时间后, 形状记忆弹簧温度下降, 回程弹簧的弹力又将阀关闭。如图所示

3.9 变速器补偿垫圈

利用Ti 一N i合金制作的蝶形或波浪垫圈, 可产生1000N 以上的力和0.5mm左右的变形, 用于钢轴和铝壳的变速器, 使它达到操作温度时可以恢复其预加载荷。日本丰田公司在斯普林特(sPrinter)和卡里布轿车上已采用此类弹簧。3.10 换挡控制阀

将Ti一Ni形状记忆合金弹簧装入自动变速器的控制阀, 优化换挡压力, 消除汽(特别是柴油车)在冬天换挡的困难, 在自动变速器中, 用SMA控制换挡转速控制阀, 改善了燃油效率和催化、裂化效率。这是由美国Raychem公司与德国Mereedes一BensAG公司联合开发并应用于1989型默塞茨轿车上。3.11 汽车雾灯的保护装置

日本进口电机制造所在雾灯罩自动开闭装置上采用现状记忆合金。将形状记忆合金弹簧串联在雾灯电路中，作为电阻而发热，当温度达到形状转换点以上，由于恢复原形而产生拉力，使连接器杆被拉下，使覆盖雾灯玻璃的四页通风选择90°，即打开灯窗。如切断电源，形状记忆合金弹簧的拉力减小，回位弹簧力增加，连接器杆恢复原状，使通风窗反向转动，从而关闭了通风窗[6]。前景与趋势

4.1 前景

记忆合金主要有三大类——NI Ti ,Cu 基,Fe 基，其中NI Ti 具有最佳的形状记忆效应, 性能稳定, 特别是在生物工程材料中由于需在人体内使用而必须采用NI Ti合金。但价格最高, 目前大约为人民币400 0~5 000 元/公斤, 因此目前主要应用于航空航天, 军事装备, 石油化工, 仪器仪表, 自动控制等领域。Cu 基合金很有应用潜力, 但目前还看不到可能的突破点。铁基形状记忆合金由于其低廉的价格, 良好的机械加工性能和焊接性能, 可接受的不低的回复应力(180MPa)及一定的耐腐蚀性能, 在民用领域具有特殊的优越性[7]。其中最有吸引力的应用领域是在工况需要一定耐腐蚀性能时管件的管接头。这是因为在很多有腐蚀环境的工况下都希望不使用焊接方法连接工件,因为焊接会导致应力腐蚀, 晶间腐蚀, 刀线腐蚀等, 使装备或部件很快报废。4.2 趋势

从上述可见这种新型功能材料已成功地得到了应用。此外, SME 的本质是马氏体相变的结果, 过去只对淬火钢的马氏体转变感兴趣, 今后必须充分认识到马氏体转变包含新的作用, SME合金的开发为马氏体相变的理论研究开拓了新的领域,可以预期不久的将来会有新的发现和应用。

参考文献

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第三篇：铝锂合金的发展及应用 2A438

辽宁科技大学

材料与冶金学院 新技术专题论文

题目：铝锂合金的发展及应用

姓 名：杨俊、杨立享、陈俊录、高天、乔雨雷、马天宇。专 业：材料科学与工程 指导教师：王东

2016 年07月15日

铝锂合金的发展及应用

摘要：回顾了铝锂合金的发展历史，按时间顺序和性能特点将铝锂合金分成了三代，并重点介绍了第三代铝锂合金的优点和发展情况；分析研究了铝锂合金的性能特点与优势，指出提高铝锂合金性能的主要途径：微合金化、形变热处理、再结晶、在不同方向上拉伸或冷轧、减小变形量、改变弥散类型等；介绍了铝锂合金在国外先进飞机上的应用情况，为铝锂合金的应用提供参考；针对民用飞机，提出了铝锂合金的结构设计要求及方法。

关键词：铝锂合金；飞机；性能；应用 0引言

锂(Li)是元素周期表中最轻的金属元素，密度只有5360kg／m。在铝中每加入1％(质量比)的锂，可使合金密度降低3％，并增加弹性模量约6％。由于铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成形性能，用其取代常规铝合金，可使构件质量减轻10％ ～15％，刚度提高15％ ～20％。在现代先进飞行 器上，铝锂合金的用量在逐渐提高，以达到减轻结构重量的目的。

1铝锂合金发展历史

铝锂合金的发展大体上可划分为3个阶段，相应出现的铝锂合金产品也划分为3代。1．1 初步发展阶段

第一阶段为初步发展阶段，该阶段的时间跨度大约为20世纪50年代至6O年代初。虽然早在1924年德国的材料专家就开发出了第一个含Li的铝合金Scleron，但是，直到1957年美国Alcoa公司研究成功2020合金，1961年前苏联开发出BA~23合金，铝锂合金才真正引起人们的注意。美国将2020合金应用于海军RA25C军用预警飞机的机翼蒙皮和尾翼水平安定面上，获得了6％的减重效果但由于这些第一代铝锂合金产品的塑韧性水平太低，不能满足新航空设计标准的要求，因此并未取得进一步的应用。Alcoa公司于1969年停止了2020合金的生产。此后，铝锂合金的研究和应用在欧美等国进入了一个相对停滞的时期。1．2 繁荣阶段

2O世纪7O年代爆发的能源危机给航空工业带来了巨大的压力，所以，迫切要求飞机轻量化，复合材料的兴起也给传统铝工业造成潜在的威胁，这些都推动了人们对铝锂合金的重新重视，铝锂合金也因此进入了新的发展阶段，即第二阶段，该阶段的时间跨度为20世纪70年代至80年代后期。在这一时期，铝锂合金得到了迅猛发展，共召开了六次国际铝锂合金专题会议，对铝锂合金进行了全面研究。在此阶段，研制成功了低密度型、中强耐损伤型和高强型等一系列较为成熟的铝锂合金产品，其中具有代表性的合金有：前苏联研制成功的1420合金，美国Alcoa公司研制出的2090合金，英国Alcan公司的8090和8091合金，法国Pechiney公司开发出的2091合金等。这些铝锂合金具有密度低、弹性模量高等优点，其主要目标是直接替代航空航天飞行器中采用的传统铝合金2024，7075等，它们都得到了一定的应用：1420合金是目前应用最为成熟的铝锂合金，俄罗斯在Mig29、Su227、Su235等战斗机及一些中、远程导弹弹头壳体上都采用了1420合金构件；美国对2090合金在C217运输机及ATF高级教练机上进行了装机试验；英国研制的8090合金在欧洲的EFA2000战斗机、EH101直升机以及A330／340大型客机中也进行了大量装机试验。1．3 第三代新型铝锂合金

经过20世纪80年代的大发展，铝锂合金取得了令人瞩目的研究和应用成果。但是，人们发现第二代铝锂合金本身仍存在以下问题：1)合金的各向异性问题较普通铝合金严重；2)合金的塑韧性水平较低；3)热暴露后会严重损失韧性；4)大部分合金不可焊，降低了减重效果，铆接时往往表现出较强的缺口效应；5)强度水平较低，难以与7000系超高强铝合金竞争等。因此，进入90年代以后，人们针对铝锂合金的上述问题开展了大量研究（6-10）。铝锂 合金的发展也因此进入了第三发展阶段。

进入20世纪90年代后，世界各国在实施低成本发射装置、超轻油箱计划以及重复使用的航天器核心计划中，加强了铝锂合金研究，促进了铝锂合金的进一步发展。美国研制出了Al-Cu-Ag-Mg系具有良好可焊性的超高强Weldalite2049合金。随后在此基础上又开发成功了2094、2095、2096、2097、2195、2197及Weldalite2210等一系列改进型第3代合金。1994年美国研制出Navalite合金和C155合金。C155合金的抗疲劳裂纹性能是7055一T651铝合金的2倍，断裂韧性是70552T651铝合金的1．35倍，和20242T351铝合金相比，强度提高11％，断裂韧性提高13％，抗疲劳裂纹扩展阻力提高1倍。美国沃特飞机公司分别将C155合金、常规铝合金和碳／环氧复合材料制成飞机平尾，在性能相同的情况下，C155合金比常规铝合金轻300kg。C155合金制成的平尾质量接近碳／环氧复合材料制成的平尾，但每千克质量的价格比碳／环氧复合材料便宜480美元。

2新型铝锂合金的性能特点及其应用研究

2．1 新型铝锂合金的性能特点

新型铝锂合金主要产品形式有中厚板、薄板、挤压型材等，国外已认证或在飞机上使用的产品牌号主要有美铝的2099、2199、2397和加铝的2196、2098、2198等，部分铝锂合金具备AMS材料规范，主要应用于地板梁、机身蒙皮、长桁、框、粱、腹板等部位，它们的主要性能特点如下：

(1)适当的密度降低(一般比常规铝合金低5％～ 8％，Li<1．8％)，而不是片面的追求低密度；(2)更好的强度一韧性平衡；(3)耐损伤、抗疲劳性能优良；(4)各向异性小；(5)耐腐蚀优良；

(6)热稳定性好，有较好的耐热性；

(7)良好的加工成型性(适用于激光束焊接、搅拌摩擦焊接、时效成形；(8)更高的性价比。

根据现有资料的汇总分析，比较常规铝合金、复合材料及铝锂合金的应用情况，分析比较铝锂合金的优势，见表1。

如表1所示，在减重效果上，铝锂合金在受压及受弯曲扭转应力的部位具有优势；在结构设计技术上，现有的铝合金的设计技术在经过一定的验证后即可应用于铝锂合金，设计方法及准则更改少，与常规铝合金方案较易转换；在制造工艺性方面，铝锂合金可以大量继承传统的铝合金的工艺、装备，有较大成本优势；在维修方面，铝锂合金与常规铝合金在设计、制造、维修上的差异较小，在航线维护、维修方面的风险较小。2．2 铝锂合金性能提高的主要途径（11-12）2．2．1 微合金化

在铝锂合金中通常加入的合金元素有Cu、Mg、zr、Cd、Sc、Ce等，以影响合金的析出行为和析出相的化学成分、类型、数量、形状、尺寸和分布，改善晶界特性，可全面提高合金的各项性能。在铝锂合金中添加Cu能引入沉积强化相T(A1 CuLi)，会极大地增加合金的刚度。但cu的含量过高，会导致韧量(质量比)为1．0％ ～4．5％。Mg能促进T(Al：Cu—Li)相的析出，抑制8相的析出。所以添加Mg能够产生固溶强化，并强化无析出带，使其有害作用减 少。当在铝锂合金中同时加入cu和Mg时，还可形成S(A1：CuMg)弥散相。S相优先在位错等缺陷附降低合金共面滑移的倾向，并激发其产生交滑移，促进合金均匀变形，改善韧性。但Mg含量过高，则T相优先在晶界析出，使脆性剧增。目前商业铝锂合金中一般掺Mg量(质量比)为0．2％ ～2．3％。在合金中添加zr，能形成B’(Al，zr)相的弥散质点，一般在晶界或亚晶界析出，对晶界有钉轧作用，能抑制合金再结晶并能细化晶粒，改善合金的刚度。并且 p相还可以成为6’(A1 Li)相的成核位置，8相在其周围生长，形成牛眼状结构，提高合金的强度。同时zr还使合金的时效速率加快。但zr含量过高，将使晶界出现含zr的粗大析出物，破坏晶界性能，并使合金体积质量增大。目前商业铝锂合金限zr的含量在0．08％ ～0．10％ 左右。2．2．2 形变热处理

对固溶处理后的铝锂合金在时效前进行适当冷变形，可在合金中形成密布的位错或位错缠结，成为S、T1相非均匀形核的位置，从而增大位错不能切割的沉淀相的体积分数，减小合金的共面滑移及晶界应力集中。然后进行时效，可使时效过程中析出的第二相微粒更为弥散均匀分布，并减小无析出带宽度，从而改善合金的综合力学性能。2．2．3 纯净化

用真空纯化法，可以使合金内的碱金属和氢含量显著降低，从而使合金韧性显著提高。澳大利亚Comaleo铝有限公司利用真空纯化法，使碱金属含量由原来的(3～6)×10 降到1×10 以下，氢含量也显著降低，合金韧性得到显著提高。用此法制得的2090合金的断裂韧性比碱金属含量大于5×10的铝锂合金高得多，且在65℃下暴露1000h后韧性几乎不降低。2．2．4 再结晶、在不同方向上拉伸或冷轧、减小变形量、改变弥散相类型等方法 这些方法可以改善合金的各向异性。Alcoa、Alcan等公司利用再结晶方法制造出了各向异性小的2090、8090薄板材。O．S．Es2said等将2095板材在峰值时效前偏离轧制方向60。进行6％变形量的拉伸，发现可大大降低峰值时效产品的各向异性。美国研制的XT110、XT120、XT130、XT140四种专利合金，专门从轧制上研究减小材料各向异性的办法。2．3 铝锂合金在国外飞机上的应用

空客A380—800飞机主舱横梁采用了2196铝锂合金锻压件。A350 XWB机身为混合结构，由铝锂合金／铝合金机身框、纵梁、肋板、地板梁、起落架舱等组成“导电网络”，一方面为飞机上的电子设备提供必要的回路；另一方面，能有效防止复合材料不利于电气设备的雷击保护问题。C一17在研制中也采用大量2090铝锂合金，代替2024铝合金来实现降低结构重量的目标。图2为庞巴迪C系列材料使用情况，从图中可以看到，先进铝锂合金材料部件已经占到飞机材料使用总量的23％。

3结论

新型铝锂合金是重要的轻质结构材料，具有广阔的应用前景。但在发展过程中仍存在很多问题，如制造成本高，低韧性断裂等。因此今后还需加强以下几个方面的工作：

(1)复合微合金化是铝合金强韧化研究的一个重要方向，特别是sc与Ti、Mn、Zr等复合微合金化需深入系统地进行研究与开发。

(2)在形变热处理与分级热处理工艺和成分控制上进行更深入的研究，保证合金有最佳强韧性和抗腐蚀性的综合性能。(3)大力开展强韧性、腐蚀及疲劳断裂机理研究，获取提高强度、韧性、抗腐蚀性等的途径。铝锂合金具有减重效果明显、成本低、技术成熟度高等多项优点，在国外飞机结构设计中应用广泛。但是，我国的铝锂合金还处在,lgtt量研制阶段，在材料各项性能和应用领域方面与国外相比还有很大差距。到目前为止，仅在部分军机的普通框缘钣金结构上有过少量的应用，还没有进入工程化批量生产阶段。所以，要将铝锂合金应用在我国的大型客机 上，在设计方法、制造工艺、适航取证等方面还有很多工作要做。

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第四篇：合金电缆在电力系统需求侧的应用及前景

合金电缆在电力系统需求侧的应用及前景

黎志

（四川易从实业有限公司 成都 610000）

摘 要 通过对稀土高铁合金电缆的性能介绍及与铜电缆的性能对比，首次提出合金电缆的减排量分析。在电力系统需求侧推广合金电缆是建立资源节约型社会的选择，顺应了国际大趋势；随着节能减排政策的深入实施，如何选择合理的电缆应引起广大电力工作者的关注，从而在工程实践中采用更节能的电缆选择方案，减少能源损耗，充分响应国家节能政策，增加社会责任感。关键词 合金电缆 节能减排 碳排放

1、引言

铜，作为一种稀缺资源，随着人类的不断开采，日渐稀少。据美国地质勘探局（USGS）提供的数据，2003年全球可开采的铜储量达4.7亿吨，储量基础9.4亿吨。根据CRU提供的数据，2004年全球精炼铜消费量达1674.8万吨，按此计算，现有的可开采铜资源在30年内就将被耗尽。

在中国，人们长久以来都青睐于使用铜做为低压电力电缆的导体材料。出于成本、环境、生态等诸多因素考虑，大部分欧洲和美洲国家早在40多年前就已经开始使用铝合金作为导体材料。合金电缆的出现，在很大程度上缓解了原材料供求紧张的矛盾，降低了使用成本。

稀土高铁合金电缆以新型的铝合金材料为导体、以阻燃硅烷交联聚乙烯为绝缘、独特的自锁型铠装结构，具有“低烟无卤、阻燃耐火、安全稳定、经济节约、安装方便、节能环保”等优势，突破了国内多年没有攻破的“以铝代铜”技术难题。产品已获得国家住房和城乡建设部科技发展促进中心颁发的科技成果推广证书，具有较高的推广应用价值。

2、合金电缆介绍

稀土高铁合金电缆，采用AA-8030铝合金为导体，目前主要有AC90(-40)、ACWU90(-40)及TC90(-40)三种型号，分别适用于不同的安装环境。AC90(-40)和ACWU90(-40)两种产品均带联锁铠装，铠装材料使用的是AA-5000系列铝合金。相对于传统的钢带铠装，稀土高铁合金电缆的铠装更加轻便、环保，且易于弯曲，耐腐蚀性及抗侧压能力更是优于传统电缆。

同时稀土高铁合金电缆在绿色环保上也作出了杰出的努力。在生产运输过程中，通过对生产工艺及生产设备的改进，库存及运输流程的周密安排，极大程度地降低了能源消耗。相比铜缆，合金电缆的生产工序耗水量减少了80%，天然气使用量节省了20%，废品废料率为最低等级，对人体有害物质的使用减少超过60%。同时，由于铝合金电缆比铜缆的重量轻，在运输过程中，燃油的消耗降低了30%-40%。

由于稀土高铁合金电缆具有出色的弯曲性能及较轻的重量，在安装过程中更加便捷，节约人工及辅料，大幅降低了施工成本。

经过国家相关专业机构检测，稀土高铁合金电缆在耐低温、阻燃、抗紫外线等方面，测试数据均大幅度领先于国内同类产品。在工程应用中，稀土高铁合金电缆的优势是十分明显的： ①稀土高铁合金电缆是世界上最优秀的铝合金电缆之一。在发达国家已经安全运行近40年，是先进的、成熟的产品。世界上许多著名的企业和工程项目都是合金电缆的用户，如亚特兰大奥运会场、纽约机场、BP石油、通用集团、沃尔玛等。

②在实现同样的电气性能的前提下，稀土高铁合金电缆(含专用连接端子)直接采购成本(价格)比国内铜电缆有着更高的性价比。

③稀土高铁合金电缆具有卓越的机械物理性能：同等载流量下重量仅为铜缆的一半，弯曲半径只需电缆直径的7倍（相应铜电缆弯曲半径为12~15倍电缆直径），其反弹性能比铜缆少40％。使用合金电缆，可直接降低施工单位的安装成本；如果是大跨度的钢结构建筑项目（比如体育场馆、大型厂房等），由于合金电缆可以大大减轻对建筑钢结构的负重，自然可以为客户节约大量建筑结构的承重钢材。

④目前国内低烟无卤阻燃A级电缆比普通电缆价格高20％以上，如果使用稀土高铁合金电缆AC90(-40)系列产品，可以在达到低烟无卤阻燃A级的同时，并且大大降低成本。同时AC90(-40)可以沿墙面或屋顶明敷，直接节省占电缆工程总费用20%以上的桥架、管道的材料费和施工费。

稀土高铁合金电缆的推广应用是建立资源节约型社会的选择，国内铜矿资源基本接近枯竭，而且开采成本过高，目前80％铜耗量依赖进口，加之现在国际上铜价高启，在适当的安装环境下使用资源丰富、性价比高的铝合金电缆，顺应了国内建设资源节约型社会的大趋势，符合中国“建设节约型社会”的基本国策，符合建筑工程的“四新”原则；随着节能减排政策的深入实施，如何在工程设计的电缆选择中得以实现应引起广大设计师的关注，从而在工程实践中采用更合理，更节能的电缆选择方案，减少能源损耗，充分响应国家节能政策，增加社会责任感，同时减少业主的初始投资和施工费用。可以认为铝合金电缆的推广应用实际是与社会共赢，与用户共赢的“多赢”解决方法。

3、稀土高铁合金电缆减排量分析 3.1原材料生产能耗

铝和铝合金为160GJ/T（折合约4000万大卡/T，约合标煤8吨，CO2排放量约29吨）及5%的再循环能源需求。

铜为100GJ/T（折合约2500万大卡/T，约合标煤5吨，CO2排放量约18吨）及10%的再循环能源需求。3.2型号对比

以4芯185mm2合金电缆替代120 mm2铜电缆做分析： 4芯185 mm2合金电缆导体重量约1.961kg/m；

同等载流量的4芯120 mm2铜电缆导体重量约4.27kg/m。得出结论：

4芯185 mm2合金电缆每米生产能耗和排放：标煤16.47kg，CO2排放量约59.7kg；

同等载流量的4芯120 mm2铜电缆每米生产能耗和排放：标煤23.49kg，CO2排放量约84.55kg。

因此，每使用一米合金电缆，相当于在导体原材料能耗上面减少CO2排放量约24.85kg。

（注：此算法还未考虑材料加工中能源转化的利用效率，铜的加工能源消耗比铝要高，以及运输过程中的能源消耗等。）

4、稀土高铁合金电缆在电力系统需求侧的应用

作为中国市场上第一个铝合金低压电力电缆产品，稀土高铁合金电缆主要用于电力系统需求侧，为住宅、办公楼、电力工程、工业厂房及公共设施等提供了独特的、成本效益极佳的解决方案。

国内外项目使用稀土高铁合金电缆的情况：

稀土高铁合金电缆在美国使用的典型项目如亚特兰大奥运会主体育馆、沃尔玛购物商场、甲骨文数据处理中心、拉斯维加斯威尼斯人酒店、通用会展中心、肯尼迪国际机场等。其他地区如加拿大多伦多国际机场、威斯饤酒店、NovaScotia银行，墨西哥的立福马大厦、天空商场等。

稀土高铁合金电缆在中国已经拥有包括政府、工业、商业、民用、军工等超过1000处应用项目，如四川宏达集团·世纪锦城、中国二重集团、成都花样年·香年广场、中塑·成都国际贸易中心、重庆川仪蔡家工业园、云南冶金集团、2011年深圳大运会配套市政工程、济南铁路局、北车集团济南风电项目等。

5、结束语

中国是铝资源的大国，广泛使用以铝合金为导体的电力电缆正是顺应国家关于绿色环保、节能减排的倡导，真正适应我国国情。稀土高铁合金电缆，作为低压合金电缆的第一品牌，在中国的运用前景会更加广阔。

参考文献

1、铝合金电缆在建筑工程中的应用

杜毅威

中国建筑西南设计研究院有限公司 《建筑电气》 2010年05期 2、0.6_1kV STABILOY®合金电缆与铜电缆的比较

葛福余

刘欣欣

海军工程设计研究局;中加信达(北京)科技有限公司 《电气应用》 2009年08期

3、合金电缆的应用与分析

陈峰庭

浙江省天正设计工程有限公司 《高科技与产业化》 2010年06期

4、STABILOY®合金电缆 拓辟行业新天地——访加铝（天津）铝合金产品有限公司总经理伊万·萨拉闵先生

王春光 《电气应用》编辑部 《电气应用》2009年第23期

第五篇：合金的特点及其在汽车方面的应用（最终版）

合金的特点及其在汽车方面的应用

先进材料钛及钛合金的应用与前沿技术的发展一直是当前材料领域的热点研究课题之一。本文从钛合金的应用与前沿发展为基点出发，列举了钛合金的研究和应用在国内外取得的重大进步，并试图阐述钛合金最近一些前沿技术与中国现代化科技强国目标、西部大开发的关系，分析其优势与局限性，并展望发展趋势。

我国钛资源丰富，储量为世界第一。钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。下面我先介绍一下钛及钛合金的特性。

钛及钛合金具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面：①.强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686—1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。②.硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。③.弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10－1.176×10MPa，约为钢和不锈钢的一半。④.高温和低温性能优良。在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃；在低温下，钛合金的强度反而比在常 温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在－253℃时还能保持良好的韧性。⑤.钛的抗腐蚀性强。钛在550℃以下的空气中，表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中，其耐蚀性优于大多数不锈钢。

钛及钛合金的加工性能：1.切削加工性能。钛合金强度高、硬度大，所以要求加工设备功率大，模具、刀具应有较高的强度和硬度。切削加工时，切屑与前刀面接触面积小，刀尖应力大。与45钢相比，钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4，可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的应力反而更大，刀尖或切削刃容易磨损。刀具与切屑的接触长度短，切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发，这些因素使得钛合金的切削温度很高，造成刀具磨损加快并影响加工质量。由于钛合金弹性模量低，切削加工时工件回弹大，容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形；钛合金高温时化学活性很高，容易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层，同时进一步加剧了刀具的磨损；钛合金切削加工中，工件材料极易与刀具表面粘结，加上很高的切削温度，所以刀具易于产生扩散磨损和粘结磨损。2.磨削加工性能。钛合金化学性质活泼、在高温下易与磨料亲和并粘附，堵塞砂轮，导致砂轮磨损加剧，磨削性能降低，磨削精度不易保证。砂轮磨损同时也增大了砂轮与工件之间的接触面积，致使散热条件恶化，磨削区温度急剧升高，在磨削表面层形成较大的热应力，造成工件的局部烧伤，产生磨削裂纹。钛合金强度高、韧性大，使磨削时磨屑不易分离、磨削力增 大、磨削功耗相应增加。钛合金热导率低、比热小、磨削时热传导慢，致使热量积聚在磨削弧区，造成磨削区温度急剧升高。3.挤压加工性能。对钛及钛合金进行挤压加工时，要求挤压温度高，挤压速度快，以防温降过快，同时应尽量缩短高温坯锭与模具的接触时间。因此挤压模具应选用新型耐热模具材料，坯锭由加热炉到挤压筒的输送速度也要快。鉴于在加热和挤压过程中金属易被气体污染，故还应采用适当的保护措施。挤压时应选择合适的润滑剂，以防粘结模具，如采用包套挤压和玻璃润滑挤压。因钛及钛合金的变形热效应较大，导热性较差，故在挤压变形时还要特别注意防止过热现象。钛合金的挤压过程比铝合金、铜合金、甚至钢的挤压过程更为复杂，这是由钛合金特殊物理化学性能所决定的。钛合金在常规热反挤成形时，模具温度低，与模具接触的坯料表面温度迅速下降，而坯料内部因变形热而温度升高。由于钛合金热导率低，表层温度下降后，内层坯料热量不能及时传输到表层补充，会出现表面硬化层，而使得变形难以继续进行。同时，表层与内层会产生很大的温度梯度，即使能成形，也容易造成变形和组织不均匀。5.铸造工艺性能。由于钛和钛合金的化学活性高，易与空气中的N、O、N发生剧烈化学反应，且易与铸造中常用的耐火材料发生化学反应。钛和钛合金的铸造，特别是熔模精铸要比铝和钢的熔模精铸难度大得多，需借助特殊手段才能实现。铸钛发展初期，由于铸造工艺的发展落后于压力加工工艺，因此，先选用已有一定变形的中强钛合金，如TiΟ6AlΟ4V，TiΟ5AlΟ2.5Sn等作为铸造合金材料。这些合金至今还在广泛应用。但随着铸钛工艺的发展和应用领 域对铸造钛合金各方面性能要求的提高，以及铸件结构复杂程度的加大，过去那种认为“所有的变形钛合金都适合用作铸造合金”的论点应加以修正。随着合金使用温度和工作强度的提高，合金中所添加元素的数量和加入量也相应增加，但同时必须考虑到合金的铸造性能、流动性凝固区间结晶组织、力学性能等等，即合金的化学成分必须根据铸造工艺的要求进行调整。

以上是我学习和了解到有关钛合金的特点和加工性能，下面介绍一下钛合金在汽车方面的应用。实现汽车轻量化的途径主要有两种:一是优化汽车框架结构;另一个是在汽车制造上采用轻质材料。目前汽车上使用的轻合金主要有铝、镁、钛合金等金属。

钛合金是一种新型结构及功能材料，它具有优异的综合性能，密度小，比强度高铜铝铅CNMN.COM.CN锌锡镍，中国有色网，小金属,废旧金属。铜铝铅CNMN.COM.CN锌锡镍，中国有色网，小金属,废旧金属。钛合金的比强度高于铝合金和钢，韧性也与钢铁相当。钛及钛合金抗蚀性能好，优于不锈钢，特别是在海洋大气环境中抵抗氯离子的侵蚀和微氧化气氛下耐蚀性好，钛合金的工作温度较宽，低温钛合金在-253℃还能保持良好的塑性，而耐热钛合金的工作温度可达550℃左右，其耐热性明显高于铝合金和镁合金。同时具有良好的加工性、焊接性能。

钛及钛合金优异的性能自钛工业化生产以来就倍受各尖端行业关注，伴随着钛行业的起步，在20世纪50年代中期，钛材进入了汽车工业。步入90年代，随着世界性能源短缺及人们环保意识的加强，尤其是汽车工业，美国、日本和欧洲等国先后颁布了系列生态法规，对燃油利用率，CO2排放量、汽车减重、汽车的安全性、可靠性等提出了更高的要求。许多发达国家和著名的汽车制造商都积极开发并增加在汽车用钛方面的研究投入。为汽车用钛提供了强大动力。进入新世纪，我国钛工业也逐步步入汽车领域。

钛在汽车上的用途主要分两大类，第一类是用来减少内燃机往复运动件的质量(对作往复运动的内燃机零件来讲，即使减少几克质量都是重要的);第二类是用来减少汽车总质量。根据设计和材料特性，钛在新一代汽车上主要分布在发动机元件和底盘部件上。在发动机系统，钛可制作阀门、阀簧、阀簧承座和连杆等部件;在底盘部件主要为弹簧、排气系统、半轴和紧固件等。

降低钛合金成本的途径：尽管钛及钛合金早在上个世纪50年代就进入了汽车制造领域，但发展比较缓慢，其原因主要是价格因素，为了满足汽车行业用钛，钛工业者在熔炼、加工，制造等方面进行了大量的工作。以满足汽车业的需求。

钛金属熔点高，化学性质十分活泼，与O、H、N、C等元素有极强的化学亲和力，致使纯钛提取困难。工业上普遍使用的Kroll镁还原法生产海绵钛。Kroll镁还原法生产海绵钛工艺复杂，能耗高，周期长，并且不能连续生产，同时需用大量的金属镁作还原剂，生产成本较高。

钛合金价格高的另一个原因是合金化元素价格较高。随着钛冶炼技术的进步，将钛在生产、加工过程中所产生的边角余料、废屑等残 料经系列处理后作为炉料添加，实现循环生产，是降低原材料成本有效方法。实践表明，每利用1%的残钛，可使钛锭生产成本降低0.8%。如果采用电子束冷床炉、等离子束冷床炉进行熔炼，不仅可以改善钛锭的冶金质量，同时可以大量使用回收炉料，有效降低铸锭成本。

我国丰富的钛的资源，为发展钛工业提供了优越条件，也必将为钛在各个领域里的广泛应用开辟美好的前景。经过几十年的发展，目前已形成从钛矿、海绵钛、钛冶炼和钛材生产、钛设备制造的整体工业体系。我国的钛工业同样是为航空而兴起的，我国在上世纪８０年代确定了大力推广钛材民用的方针，国家又适时地采取了扶持的政策，钛工业才走上了稳定发展的道路。但是，目前我国钛工业的规模和钛材的产量与世界发达国家还有很大的差距，在民用工业上钛的用量也还较小，其原因是钛金属材料的优越性还没有被广泛认识，再加上钛材料昂贵的价格使很多企业不能承受，直接影响了钛材料的推广使用。要使我国的钛工业得到高速发展，必须大力宣传和推广使用钛金属材料，使钛金属材料的优越性得到充分的应用。

综上所述，钛合金因其优良的性能在航空航天和其他领域有着广泛的应用前景，但也受其加工效率和生产成本的制约。钛的冶炼技术一旦有所突破，其价格也将明显降低。随着钛合金的开发研制、钛材品种的增多及价格的降低，钛在民用工业中的应用将成倍增加，特别是在造船、汽车制造、化工、电子、海洋开发、海水淡化、地热发电、排污防腐等民用领域将获得广泛的应用。与此同时，市场的需求也将加速钛工业与钛材加工技术的发展。