铝合金粉末锻造技术及应用探讨

表5-5-21给出两种粉末锻造用铝合金的化学成分（相当于1202系铝合金）。这两种铝合金粉末的压制性能较好，在300～400MPa下，预成形坯相对密度可达95%以上。铝合金粉末预成形坯烧结工艺要求较严格，根据合金成分要严格的控制烧结温度和烧结气氛。烧结是在高纯的氮气保护气氛下完成，要求炉中气氛的露点低于-40℃。

铝合金粉末锻造温度，一般在400～500℃范围内，要求锻造比较大。较大的变形量有利于提高合金的力学性能。表5-5-22给出不同变形程度条件下，粉末锻造铝合金的力学性能。粉末锻造铝合金连杆的力学性能见表5-5-23。

表5-5-21 两种粉末锻造用铝合金化学成分 （质量分数，%）

表5-5-22 不同变形程度下铝合金粉末锻件的力学性能

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表5-5-23 粉末锻造铝合金连杆的力学性能

近些年来快速冷凝粉末和机械合金化粉末生产的弥散强化铝基超合金得到迅速发展，不仅可大幅度提高铝合金强度，而且抗应力腐蚀性能、耐高温性能均得到提高。这种粉末材料一般采用包套热挤压工艺制造。一般在钢模中冷压或冷等静压制造预成形坯，其相对密度约为80%左右。然后在包套内预热，预热温度为480℃左右1h，目的是在流动氩气下脱除氢气，氢是由铝和H₂O反应生成的。之后，进行真空热压，压力一般为200～400MPa，这样包套的预制坯加热到300～370℃进行挤压，挤压比一般要求大于10，可获得致密、组织与力学性能均匀的棒材。

例如：类似7000系列的粉末铝合金，MA67（8.0%Zn，2.5%Mg，1.0%Cu，1.5%Co）机械合金化粉末铝合金，与普通7075合金比较，在应力腐蚀环境中4.1年，承受的工作载荷为276MPa，达到不发生应力腐蚀破坏的最大弯曲屈服强度，普通7075合金为455MPa，而MA67粉末合金为523MPa。又如：含9.7%Zn，3.24%Mg，1.98%Cu，0.2%Cr的铝合金粉末，经热挤压及热处理后，抗拉强度高达810MPa，屈服强度为796MPa，伸长率为4%。可见粉末弥散强化铝基超合金，是未来超高强度、耐高温、耐腐蚀铝合金的重要生产途径。具有广泛的应用前景。

采用粉末锻造的方法生产颗粒增强铝基复合材料零件，是铝合金粉末锻造的另一个发展方向。目前，美国能源部运输技术局资助了一项研究计划：利用粉末锻造生产SiC颗粒增强铝基复合材料零件来降低发动机质量，而不损害其结构完整性。油泵齿轮和发动机连杆，是该研究项目选定的典型零件，含SiC增强颗粒的体积分数为20%。颗粒增强铝粉末锻造连杆的主要目标是，降低发动机往复运动的所耗能量，并保持高疲劳强度与弹性模量。目前研制的颗粒增强铝粉末锻造连杆，其质量比铁基材料连杆减轻了56%，经T6处理后的抗拉强度达到432MPa，喷丸后的疲劳强度为180MPa，其轻量化优势十分明显。