高性能
鋁合金中，最具代表性的是為適應航空航天器高機動性、高載荷、高抗壓和高耐疲勞及高速與高
可靠性的要求而研制的高強高韌
鋁合金，主要包括2×××系和7×××系的IM 傳統(tǒng)
熔鑄鋁合金，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的PM
粉末冶金鋁合金、SF噴射成型鋁合金、
鋁基復合材料、超
塑性鋁合金等。主要的新合金有: 2×××系的2124、2224、2324、2048、2419、Д16Ч、1161、1163 等; 7×××系的7149、7249、7175、7475、7075、7150、7055、7155、7010、7068、7090、7091、7064、CW67、B93пч、B95оч、B96ц-1、B96ц-3、01975、01970 等鋁合金。典型的航空航天工業(yè)用鋁合金
擠壓材主要有:無粗晶的
棒材、高質(zhì)量無縫
管材、復雜
斷面實心
型材和異形無縫空心型材，變斷面型材和管材; 大型整體壁板、大梁型材; 現(xiàn)代交通運輸用的大、中、小特殊高性能復雜斷面的空心與實心型材等。要求在不斷提高
強度指標的同時，具有良好的
韌性、抗
應力腐蝕性、抗疲勞性和
斷裂韌性等綜合性能。對高性能鋁合金的主要研究方法和成果有:
(1) 改善傳統(tǒng)Al-Cu-Mg 系和Al-Zn-Mg-Cu 系合金的研發(fā)及擠壓
新材料的開發(fā)調(diào)整合金中的主要合金元素含量及各組元的比值，添加微量過渡元素及稀土元素，減少合金中的Fe、Si 等雜質(zhì)和氫、氧等氣體含量。提高合金的純凈度，從而改變合金中各種化合物的性能和成分，采用特殊的加工工藝和
熱處理工藝生產(chǎn)的T351、T7451、T851、T651、T7651、T7351、T7451、T77、T775、T791 等不同狀態(tài)的高性能鋁合金型材、管材和棒材。
(2) 采用新合金元素的新合金及擠壓材
Al-Li 合金
Al-Li 合金的特性是具有低的
密度、高的
彈性模量和高的強度。現(xiàn)在開發(fā)成熟的Al-Li 合金主要是Al-Li-Sc-Zr 系和Al-Li-Mg-Zr 系合金。能夠替代7 ××× 系超高強合金的均為Al-Li-Sc-Cu-Zr 系合金。最典型的鋁合金有2090 和8091 合金等。研制的目標是達到7075-T6 鋁合金的強度和7075-T73 鋁合金的抗蝕性能。1996 年美國在直升機中應用的Al-Li 合金已達到機體重量的20% 左右; 2010 年以后，在大型客機上預計有20% 以上的結(jié)構(gòu)采用Al-Li 合金制作
②Al-Sc 合金
Sc 屬于稀土類
金屬元素，密度小，
熔點高，因為它能顯著提高鋁合金的再結(jié)晶溫度和
力學性能，因而引起高度重視。近年來，
俄羅斯和德國在Al-Sc 合金的研究方面取得了很大進展，并研究出Al-Zn-Mg-Sc-Zr 系和Al-Mg-Sc 系合金。前者的特點是強度高，塑性、疲勞性能和
焊接性能好，是一種新的高強、高韌性可焊鋁合金。它的應用領(lǐng)域也主要是航空和航天，此外也可以應用在高速艦艇和高速列車上。
③Al-Be 合金
Be 也屬于高熔點的稀有金屬，Al-(7.0～30) Be-(3～8) Mg合金都處于Al-Be-Mg 三元相圖的兩相區(qū)，其組織由初晶Be和
固溶Mg 的α( Al) 相組成，使合金有很好的綜合性能。如Al-7.0Be-3Mg合金的
抗拉強度達到650 N/mm2，
伸長率大于10%，可以應用在航空工業(yè)。但由于制造工藝復雜且Be有毒，使其應用受到限制。
( 3) 用新制備技術(shù)研發(fā)新型超高強鋁合金材料
①目前采用PM法制造的超高強鋁合金雖然成本較高，產(chǎn)品尺寸小，但可以生產(chǎn)IM法無法生產(chǎn)的高綜合性能合金。國外已開發(fā)的PM 超高強鋁合金有7090、7091和CW67鋁合金等，它們的強度均達到了700 N/mm2 以上，其強度和抗SCC 性能均比IM合金的好，特別是CW67 合金的斷裂韌性最好。現(xiàn)在美國可生產(chǎn)重達650kg的坯錠，加工出來的擠壓件和
模鍛件已應用到飛機、導彈以及航天器具上。
②SD噴射沉積法( 噴射成型法)是一種新型的快速凝固技術(shù)，其特點介于DC
鑄造和PM
粉末冶金之間。SD法與PM 法相比，生產(chǎn)工藝簡單，成本低，金屬含
氧化物少( 僅是PM法的1/3～1/7) ，制錠重量大( 可達1000 kg以上)，可批量生產(chǎn)。與IM法相比,最大的優(yōu)點是可以制備IM法無法生產(chǎn)的高合金化鋁合金，而且還可以生產(chǎn)顆粒
復合材料。即使是生產(chǎn)普通合金，也具有
鑄錠晶粒極其細微、加工材綜合性能好等特點。所以采用此方法開發(fā)制造具有高性能的超高強鋁合金，有著非常好的發(fā)展前景。
③鋁基復合材料的研究方興未艾，它是金屬基復合材料中研究得最多和最主要的復合材料。目前開發(fā)的鋁基復合材料主要有B /Al、BC /Al、SiC /Al、Al2O3 /Al 等。添加的
增強劑可分為顆粒、晶須、短
纖維和長纖維，其中SiC /Al 復合材料是最有發(fā)展前途的，因為它不需要用擴散層包覆纖維，成本低。鋁基復合材料的特點是密度小、比強度和比
剛度高、比
彈性模量大、
導電導熱性好、抗腐蝕、耐高溫、抗蠕變和耐疲勞等。美國用其制造的10 m 多長的型材和管材已經(jīng)用在了各種航天器上，并且已經(jīng)成為鋁合金、甚至Al-Li 合金的重要競爭對手。此外，鋁-鋼、鋁-鈦等層壓式鋁基超高強復合材料在近年來也得到了發(fā)展。
( 4) 研究開發(fā)和應用各種先進的和特殊的
變形加工與熱處理新工藝，如超塑擠壓、半固態(tài)擠壓、等溫擠壓、復合擠壓、反向擠壓、無潤滑穿孔擠壓、扁擠壓、變斷面擠壓、靜液擠壓等先進
擠壓技術(shù)和新型的形變熱處理工藝等，來提高合金材料的綜合性能和特殊性能。如在研發(fā)大斷面擠壓型材和棒材時，對2024、2124、2324、2424、7175、7475 及7055、7155 等鋁合金逐步加強合金中的雜質(zhì)控制，從最初牌號中Fe 和Si 的質(zhì)量分數(shù)0． 5%下降到最新牌號的0． 1%以下，大大減少了近代斷裂力學理論認為的可成為
裂紋源的內(nèi)部缺陷數(shù)量和尺寸，改進了析出相的分布及形態(tài)，同時采用先進的工藝生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大鑄錠，用大變形進行擠壓加工，
淬火后進行預
拉伸，充分消除內(nèi)部殘余應力，然后進行單級或多級人工時效，研發(fā)出在航空航天、兵器、艦船等領(lǐng)域得到廣泛應用的適合于不同用途的T351、T7451、T851、T651、T7651、T7351、T7451、T77、T7751、T79 等不同狀態(tài)的大型擠壓型材和棒材。
