耐热铝合金的研究发展及应用 1．前言 为了能在150～350℃温度范围内用低密度、低价格的铝合金代替钛合金,在过去的二十年内，快速凝固耐热铝合金受到广泛重视。该领域的研究发展很快，相继开发了以 Al-Fe、Al-Cr 为基的一系列耐热铝合金，并且得到实际应用。 2．耐热铝合金的发展 传统的高强铝合金主要是亚共晶成分的合金，含有在端际固溶体中固溶度原子分数大于 2%的合金元素，通过时效过程中金属间化合物的析出使合金达到强化。但在150℃以上的环境温度下，这些析出相以很快的速度粗化，材料性能急剧下降，限制了使用范围。七十年代后期，为了满足先进战斗机对材料的需求，美国空军把注意力集中于开发在350℃温度以下能取代钛合金的铝合金，并资助了一些研究项目，耐热铝合金的研究开始受到重视。 要提高铝合金的耐热性能，必须在合金中形成大量弥散分布且具有热稳定 性的析出相。要达到这个 要求，加 入 的合金元素应该在液 态 时固溶度高，固态 时几乎 不 固溶并有较 低的扩 散系数，满足这个 要求的是大部 分过渡 族 金属元素和 镧 系元素(表1)。采 用快速凝固技 术 可 以提高这些元素在铝中的极 限固溶度，在合金中形成足够 数量的弥散粒 子，耐热铝合金就 是在铝合金中加 入 一定 量这些元素的基础 上发展起 来 的。 表 1 合金元素在铝合金中的固溶度和 扩 散速度 2.1 Al-Fe-Ce 合金 美国铝公司(Alcoa)根据合金元素的作用和资源、价格等方面的因素，选择铝和 Cr、Mn、Fe、Ni、Co 及 Ce 六种元素组成的六个二元系和十五个三元系进行了系统研究，每种合金中溶质元素加入总量为 5%原子分数。研究发现，几乎所有的合金都表现出较好的热稳定性，而且三元系的性能优于二元系。经过数次对合金成分和合金元素含量的优化后发现，Al-Fe-Co 和 Al-FeCe 合金的性能超过了预定要求达到的指标。经过大量的前期研究工作，认为耐热铝合金以含 Fe 的合金系性能较好，所以最终选择了 Al-Fe-X(Co、Ni、Ce)合金系进行进一步深入研究，最后合金成分确定为 Al-8Fe-4Ce，并发展成为实用化的耐热铝合金。 2.2 Al-Fe-V-Si 合金 由于 Fe 和 V 在铝中的溶解度低，扩散系数小，所以美国联合信号公司(Allied Signal)选择 Al-Fe-V 合金进行研究。在研究过程中，发现其中某个炉次合金的耐热性明显好于其它炉次，进一步的分析发现，该合金中的硅含量比其它合金明显高。对合金的熔炼过程分析，在使用...
