1、5系中强度铝及铝合金加工材料研究进展分析
1.1 5xxx铝合金
在研究此类铝合金材料的过程中，国内外科研人员在其具体结构和材料成分配比方面不断探索，在发挥此类高强度5xxx系铝合金的高强特性的基础上，通过进一步研究其成分变化、析出相对强韧性的规律和材料淬透性系统作用规律与机理，改变了此类合金中镁金属的含量，进而直接改善了此类5系中等强度铝合金材料的材料硬度与淬火敏感性，具体的研究成果如图1所示。
图1 淬火速率对5系中强度铝合金性能的影响
研究人员发现，Cr、Mn、Ti、Zr、Sc等微量元素对5xxx系铝合金金属性质的影响较为明显，通过调整此类金属微量元素的含量和种类，可以直接改善此类合金的晶粒结构、韧性以及抗应力应变的能力，进而改善此类铝合金的淬火敏感性。例如，以Cr、Mn为主要微量元素的铝合金的抗应力以及抗腐蚀性能相较于以Zr为微量元素的铝合金较差，并且后者往往具有更低的淬火敏感性，因此，研究表明，以Zr为微量元素的高强度铝合金可应用在制造大规格承力构件的过程中。从整体上分析，5系铝合金材料的成分均匀性、物理性质稳定性与此类材料的制备工艺参数关系较大，但除此之外，铝合金材料性能及其成分之间的关系规律对铝合金材料的实际性能表现影响更为明显。合金成分-工艺-组织-性能关联性规律对5系铝合金材料的宏观组织、微观组织的形成机理影响较大，此机理在船用铝板、罐车用铝板、铁路货车用铝板、模具用板材、高压开关用板材、新能源大客车蒙皮板、汽车零部件用铝板带材、集装箱用铝合金带材、冷藏车用铝合金带材、建筑装饰用铝板带材、拉环用带材、易拉罐盖用带材等铝合金材料的制备过程中表现最为明显。
1.2 铝锂合金
铝锂合金应用前景也较为广阔。一般而言，只要铝合金中含有了锂元素，即可认为此类合金为铝锂合金，此类合金耐损伤性好、可焊性强、耐腐蚀性强，并且具有较好的高温稳定性和低温稳定性。从材料牌号体系方面考察，现阶段，在AA牌号体系中，工程铝锂合金具有两个数字系列，类如5050、5005、5052、5056等，即5xxx系列。在5xxx铝锂合金中，含量最大的合金化元素为Cu，在8xxx铝锂合金中，含量最大的合金化元素为Li。从研究发展的角度分析，现阶段，低Li含量的Al-Cu-Li合金（2050、2060）表现了最新一代综合性能较为突出的铝合金材料的发展趋势，其可在密度更低的同时，强度更高。其中，5050-T851厚板铝合金的性能相较于5050-T751合金，密度更低，强度更高，韧性更好，并且具有更好的抗疲劳裂纹扩展能力，同时，其耐热性也得到了较为明显的提升。
2、5系铝及铝合金加工材料开发趋向分析
2.1 5系铝合金溶体净化处理开发趋向分析
现阶段，研究人员依据铝合金溶体在铝合金制备反应炉中的发生的各类反应现象，开发出了混有多种铝合金气体的喷射净化装置，类如SNIF、MINT、ALPUR等，此类装置具备较为明显的创造创新特性，已申请了相应的专利保护。在铝合金材料的开发过程中，开发人员尝试用带有小微小孔的泡沫陶瓷板过滤铝合金的溶体，并取得了较好的效果，但在现阶段的铝合金制备过程中，铝合金生产企业对铝合金中杂质的要求越来越高。基于此，开发人员又在开发多级联动的陶瓷过滤装置的过程中不断摸索。现阶段，此类装置已可应用在多种高洁度要求的铝合金材料的生产和加工过程中。
在开发过程中，开发人员发现，当铝合金溶体流经带孔的陶瓷颗粒体时，其过滤效果提升明显，并且过滤速率明显提升，在相同大小的过滤体积和空间中，溶体与过滤体的接触面积增大，截面孔道的长度变长，最终表现为过滤效益提高的效果。从开发趋向的角度分析，现阶段，突出的问题是在过滤的过程中，开发人员无法很准确地明确陶瓷材料内部的实际状态，其中的夹杂物会对陶瓷过滤颗粒的饱和度产生影响，但此状态在“崩塌”之前并没有比较明显的预兆，陶瓷管在吸附了夹杂物之后，在达到饱和状态时，单位时间内产生的实际流量往往低于理论值，此种流量减少的状态虽然可被相关感应仪器检测到，但在时间上具有滞后性，实际应用效果往往并不理想，这成为了铝合金溶体净化处理的主要开发趋向。
2.2 5系铝合金铸锭的多级均匀化热处理开发趋向分析
一般而言，5系铝合金的合金化程度较高，其铸锭中各种化学成分之间会发生“枝晶偏析”作用，而且此作用现象非常明显，因此，5系铝合金铸锭往往需经历均匀化处理过程，进而消除铝合金中各类金属元素的“枝晶偏析”现象，并在一定程度上消除低熔点非平衡共晶相，从而进一步降低铝合金成分与组织结构之间的不均匀性，这也是铝合金铸锭热处理开发趋向的主要体现之一。现阶段，开发人员可在实验室中对特定材料进行模拟试验，例如，研究人员可在实验室中利用多级均匀化制度调控Al3Zr析出状态形成的机理和规律，在经过大致三个阶段的升温、降温处理后，开发人员可依据合金均匀化后金属粒子的实际分布情况，绘制相应的微结构模型。其模型的具体形式如图2所示。
图2 均匀化制度调控Al3Zr粒子析出示意图
在此类温度变化模式下，中强度铝合金中的金属微粒状态会经历较多的变化过程，并且此种变化过程往往伴随金属物理性质的显性变化，在不断的析出与溶解的过程中，合金的硬度变化最为明显。由于铝合金铸锭的规格尺寸不同，即使是同种成分的高强度铝合金，由于具体铸锭规格不同，在实际的实验过程中，其非平衡共晶相熔点也呈现较为明显的差异性。
在开发过程中，研究人员一般使用DTA或者DSC法测定非平衡共晶相的熔点。但较为突出的问题是，即使通过降低或提高温度上升的速度，调整大规格铸锭中Al3Zr粒子的析出行为，但由于铸锭的规格太大，具体的升温和降温速度往往很难均匀地发生于铸锭整体，从而在温度变化上出现较为明显的不均匀性，以此，在单级均匀化优化制度的实施过程中，其调控Al3Zr粒子析出的效果有限，基于此，从开发趋向分析，铝合金铸锭的多级均匀化热处理已成为现阶段5系中强度铝及铝合金加工材料开发趋向的重要内容。
3、结束语
总之，首先，本文分析了现阶段铝及铝合金加工材料的研究现状，重点分析了5系铝合金、铝锂合金的研究现状，并分析了其中的一些问题，展示了一些科研成果；其次，本文分析了5系铝及铝合金加工材料的开发趋向，主要着眼于5系中强度铝合金溶体净化处理开发趋向分析和铝合金铸锭的多级均匀化热处理开发趋向分析，希望可为广大从业人员提供有效参考，进而提升铝及铝合金加工材料的制备和应用效能。
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