航空航天鋁合金材的熱處理工藝

航空航天鋁合金材的熱處理工藝中色科技蘇州分公司李鵬輝2011.41前言2鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用3熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用4結(jié)束語(yǔ)

主要內(nèi)容一、前言

航空航天鋁合金主要指：

軍用飛機(jī)民用飛機(jī)航天器

運(yùn)載火箭

導(dǎo)彈武器一、前言

典型的航空航天用鋁合金產(chǎn)品預(yù)拉伸板7075蒙皮板模鍛件鍛件、大型整體壁板、大梁型材等。飛機(jī)用材中，鋁材用量占80%以上一、前言

鋁合金是航天裝備的主要結(jié)構(gòu)材料，一代鋁合金一代高新技術(shù)裝備，歷經(jīng)5代發(fā)展，推動(dòng)了航空航天技術(shù)的發(fā)展（1）第一代－時(shí)效硬化高靜強(qiáng)度；應(yīng)用：運(yùn)5、轟5……（2）第二代－過(guò)時(shí)效熱處理高強(qiáng)耐蝕；應(yīng)用：運(yùn)6、轟6、殲11、運(yùn)8….（3）第三代－高純?yōu)榛A(chǔ)，高強(qiáng)高韌耐蝕；應(yīng)用：殲10、梟龍、ARJ21….（4）第四代－以精確控制多尺度第二相為基礎(chǔ)－超強(qiáng)高韌耐蝕抗疲勞鋁合金；應(yīng)用：ARJ21、大運(yùn)機(jī)…（5）正在研發(fā)第五代－具有高淬透性的高綜合性能鋁合金。應(yīng)用：大型運(yùn)載工具等一、前言隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展和其他材料技術(shù)的發(fā)展，鋁材在性能、規(guī)格方面面臨歷史上最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。鋁合金的發(fā)展以結(jié)構(gòu)的減重、高可靠和長(zhǎng)壽命為目標(biāo)，主攻高強(qiáng)高韌耐蝕抗疲勞高綜合性能、極端環(huán)境的服役性能以及性能均勻、殘余應(yīng)力小的大規(guī)格高性能材料。這就需要通過(guò)熱處理工藝精確調(diào)控材料圍觀組織提高鋁合金綜合性能，滿足航空航天工業(yè)發(fā)展對(duì)材料的苛刻要求，其作用至觀重要、不可或缺。二、鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1鋁合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用（1）飛機(jī)上不同部位應(yīng)用的鋁合金表120世紀(jì)歐美國(guó)家鋁合金在飛機(jī)不同部位的應(yīng)用情況飛機(jī)上不同部位應(yīng)用的鋁合金主要有2X24，7X75，7X5X等，其合金牌號(hào)及熱處理狀態(tài)隨年代的變化，如表1所示。

二、鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1鋁合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用（2）Boeing777客機(jī)所用先進(jìn)鋁合金目前Boeing777客機(jī)所用的主要先進(jìn)鋁合金主要有7055-T77，7150-T77，2X24-T3等，如圖1所示。圖1Boeing777采用的先進(jìn)鋁合金二、鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1鋁合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用（3）客機(jī)A380所用先進(jìn)鋁合金目前空客A380所用的主要先進(jìn)鋁合金主要有70x5、2024等，見(jiàn)圖2及表2所示。圖2空中客機(jī)A380所用主要材料

飛機(jī)結(jié)構(gòu)飛機(jī)型號(hào)上翼面蒙皮桁條下翼面蒙皮桁條機(jī)身蒙皮桁條A380705574497085（后梁）7040（前梁）2024HDT20266013_T785076表2鋁合金在空中客機(jī)A380上的應(yīng)用

二、鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1鋁合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用（4）ARJ21飛機(jī)各部位采用的鋁合金圖3ARJ21支線客機(jī)主要鋁合金分布示意圖

我國(guó)的ARJ21飛機(jī)各部位采用的鋁合金主要包括7050-T74，7150-T77，7055-T77，2XXX-T3等，如圖3所示。

二、鋁合合金在航航空航天天領(lǐng)域的的應(yīng)用2.1鋁合金在在航空領(lǐng)領(lǐng)域的應(yīng)應(yīng)用（5）飛機(jī)上上常用鋁鋁合金的的特點(diǎn)、、用途及及狀態(tài)合金牌號(hào)主要特點(diǎn)主要用途主要狀態(tài)1420密度小、抗蝕性好機(jī)身蒙皮和縱梁、座艙、油箱、艙口蓋、地板、翼肋、管道附件2024強(qiáng)度高，有一定耐蝕性，綜合性能較好飛機(jī)蒙皮、骨架、肋梁、螺旋槳元件等飛機(jī)結(jié)構(gòu)件T351、T4、T8512219具有較高的室溫強(qiáng)度和高溫持久強(qiáng)度，熱塑性好，無(wú)擠壓效應(yīng)，可焊接，抗腐蝕性差飛機(jī)蒙皮與結(jié)構(gòu)件T31、T37、T87、T851、T35112324高強(qiáng)、高韌飛機(jī)結(jié)構(gòu)件T392524高強(qiáng)、高韌、抗疲勞強(qiáng)度高機(jī)身蒙皮T33003良好的抗腐蝕性能和延展性、密度小發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)濾網(wǎng)H225052中等強(qiáng)度、良好的耐蝕性和焊接性、易于加工成形風(fēng)扇葉片、儲(chǔ)油箱H32、H34、H112表3飛機(jī)用主主要鋁合合金的特特點(diǎn)、用用途及狀狀態(tài)合金牌號(hào)主要特點(diǎn)主要用途主要狀態(tài)7050高強(qiáng)、良好的斷裂韌性和抗腐蝕性能、淬火敏感性低飛機(jī)機(jī)身框架、機(jī)翼蒙皮、艙壁、桁條、加強(qiáng)筋、肋、托架、起落架支承部件、座椅導(dǎo)軌T7651、T7451、T73511、T76511、T74527150高強(qiáng)、優(yōu)良的抗腐蝕性能、優(yōu)良的斷裂韌性和抗疲勞性能飛機(jī)的上翼結(jié)構(gòu)、機(jī)體板梁凸緣、上面外板主翼縱梁、機(jī)身加強(qiáng)件、龍骨梁、座椅導(dǎo)軌T651、T7751、T6511、T77511、T777175高強(qiáng)、良好的抗腐蝕性、優(yōu)良的斷裂韌性飛機(jī)外翼梁、主起落架、前起落架動(dòng)作筒、垂尾接頭T74、T7452、T765117475高強(qiáng)、高韌、好的抗疲勞性能和抗腐蝕性能，具有良好的綜合性能飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼蒙皮、中央翼結(jié)構(gòu)件、翼梁、艙壁、隔板、直升機(jī)艙板、起落架艙門T61、T761、T651、T7651、T73517085高強(qiáng)度鍛造鋁合金，綜合性能高，適合于大截面產(chǎn)品桁條T7651B93пц鑄造和壓力加工狀態(tài)各向異性小、良好的成形性、具有最低的臨界冷速率形狀復(fù)雜的大鍛件、飛機(jī)主起落架閘門的連桿操縱裝置、機(jī)體構(gòu)件、直升機(jī)懸翼夾頭、起落撬、彈射座椅導(dǎo)軌T1(T6)、T3(T73)續(xù)表3飛機(jī)用主主要鋁合合金的特特點(diǎn)、用用途及狀狀態(tài)二、鋁合合金在航航空航天天領(lǐng)域的的應(yīng)用2.2鋁合金在在航天領(lǐng)領(lǐng)域的應(yīng)應(yīng)用圖4運(yùn)載火箭箭主要鋁鋁材分布布示意圖圖鋁合金在在航天領(lǐng)領(lǐng)域運(yùn)載載火箭上上的應(yīng)用用，主要要有7075、20x4、2219等，如圖圖4所示。三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用航空航天天領(lǐng)域主主要應(yīng)用用高強(qiáng)高高韌2xxx系和7xxx系鋁合金金。為了了滿足飛飛機(jī)、運(yùn)運(yùn)載火箭箭等對(duì)鋁鋁合金材材料高強(qiáng)強(qiáng)、高韌韌、耐腐腐蝕、抗抗疲勞的的要求，，除了提提高熔煉煉鑄造技技術(shù)，從從源頭上上保證鑄鑄錠質(zhì)量量，以及及精密的的加工技技術(shù)外，，還需要要對(duì)鋁合合金進(jìn)行行必要、、精確的的熱處理理。高強(qiáng)高韌鋁合金熱處理工藝均勻化處理固溶處理時(shí)效處理形變熱處理下面僅以以高強(qiáng)高高韌7xxx系鋁合金金為例，，以點(diǎn)代代面，對(duì)對(duì)航空航航天鋁合合金的熱熱處理工工藝進(jìn)行行簡(jiǎn)要描描述。三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.1均勻化處處理均勻化處理單級(jí)均勻化二級(jí)均勻化連續(xù)均勻化強(qiáng)化均勻化三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.1均勻化處處理圖57x50AA鑄造態(tài)組組織（SEM）圖67x50AA單級(jí)均化化組織（（SEM）465℃℃x24h三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.1均勻化處處理圖87x50AA雙級(jí)均勻勻化組織織（SEM）465℃℃x24h+475℃℃x4h圖77x50AA雙級(jí)均化化組織（（SEM）465℃℃x24h+475℃℃x2h三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.1均勻化處處理表4均勻化處處理對(duì)合合金性能能的影響響三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.2固溶處理理固溶處理強(qiáng)化固溶高溫預(yù)析出常規(guī)固溶處理復(fù)合固溶處理三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.2固溶處理理圖107x50AA常規(guī)固溶溶組織（（OM）470℃℃圖117x50AA強(qiáng)化固溶溶組織（（OM）450℃℃x1.5h+480℃x45min圖9常規(guī)固溶溶和強(qiáng)化化固溶原原理示意意圖三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.2固溶處理理時(shí)間TsTs′TcTd溫度圖12高溫預(yù)析析出原理理示意圖圖圖137x50AA強(qiáng)化固溶溶組織（（OM）450℃℃x1.5h+480℃x45min+440℃℃x30min三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.2固溶處理理圖14高溫預(yù)析析出處理理影響晶晶界析出出相的模模型三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.3時(shí)效處理理時(shí)效處理峰值時(shí)效雙級(jí)時(shí)效回歸再時(shí)效高強(qiáng)鋁合合金的研研制基本本上沿著著高強(qiáng)度度→高強(qiáng)強(qiáng)度、高高韌性→→高強(qiáng)度度、高韌韌性、耐耐腐蝕→→高強(qiáng)度度、高韌韌性、耐耐腐蝕、、抗疲勞勞、高綜綜合性能能的路線線發(fā)展。。隨之熱熱處理狀狀態(tài)開(kāi)發(fā)發(fā)則是沿沿著T6→T73→→T76→T736(T74)→T77方向進(jìn)展展，也即即沿著峰峰值時(shí)效效→過(guò)時(shí)時(shí)效→回回歸再時(shí)時(shí)效處理理的順序序發(fā)展。。三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.3時(shí)效處理理3.3.1時(shí)效溫度度和時(shí)間間對(duì)時(shí)效效強(qiáng)化效效果的影影響強(qiáng)度時(shí)效溫度強(qiáng)化過(guò)時(shí)效圖15溫度對(duì)時(shí)時(shí)效強(qiáng)化化效果的的影響（（示意圖圖）t7t1t2t3t4t5t6時(shí)效時(shí)間強(qiáng)度圖16在不同溫溫度下時(shí)時(shí)效時(shí)合合金的強(qiáng)強(qiáng)度與時(shí)效時(shí)間的的關(guān)系（t7＞t6＞t5＞t4＞t3＞t2＞t1）三、熱處理工工藝在航空航航天鋁合金上上的應(yīng)用3.3時(shí)效處理3.3.2峰值時(shí)效圖17高強(qiáng)鋁合金T6態(tài)微觀組織示示意圖(a)Al3Zr(b)三、熱處理工工藝在航空航航天鋁合金上上的應(yīng)用3.3時(shí)效處理3.3.3雙級(jí)時(shí)效圖18高強(qiáng)鋁合金雙雙級(jí)時(shí)效態(tài)微微觀組織示意意圖三、熱處理工工藝在航空航航天鋁合金上上的應(yīng)用3.3時(shí)效處理3.3.4回歸在時(shí)效處處理（RRA）固溶處理預(yù)時(shí)效回歸處理再時(shí)效時(shí)間/h溫度/℃圖19RRA處理工藝示意意圖三、熱處理工工藝在航空航航天鋁合金上上的應(yīng)用3.3時(shí)效處理3.3.4回歸在時(shí)效處處理（RRA）回歸時(shí)間強(qiáng)度、硬度RRAR圖20在回歸和回歸歸再時(shí)效過(guò)程程中強(qiáng)度和硬硬度變化示意意圖三、熱處理工工藝在航空航航天鋁合金上上的應(yīng)用3.3時(shí)效處理3.3.4回歸在時(shí)效處處理（RRA）圖217075鋁合金在RRA處理過(guò)程中的的顯微組織變變化示意圖(a)峰值時(shí)效（120℃/24h）；(b)回歸處理（200～270℃）；(c)二次峰值時(shí)效效（120℃/24h）(h)(i)熱處理狀態(tài)抗拉強(qiáng)度（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）延伸率(％)晶間腐蝕等級(jí)T6(120℃/20h)57253718.94RRA-(190℃/60min)59357110.53T73-（120℃/20h+165

℃/12h）5214859.33三、熱處理工工藝在航空航航天鋁合金上上的應(yīng)用3.3時(shí)效處理表57x5xAA不同時(shí)效處理理后性能比較較表三、熱處理工工藝在航空航航天鋁合金上上的應(yīng)用3.3時(shí)效處理3.3.4回歸在時(shí)效處處理（RRA）1989年美國(guó)的Alcoa公司以T77熱處理狀態(tài)為為名注冊(cè)了第第一個(gè)可工業(yè)業(yè)應(yīng)用的RRA處理工藝規(guī)范范，并將這種種工藝用于7150鋁合金的熱處處理，并首次次將經(jīng)過(guò)T77處理的7150鋁合金厚板和和擠壓件用于于C－17軍用運(yùn)輸機(jī)。。第四代高性能能鋁合金最關(guān)關(guān)鍵的T77熱處理技術(shù)我我國(guó)尚未工業(yè)業(yè)應(yīng)用。三、熱處理工工藝在航空航航天鋁合金上上的應(yīng)用3.3時(shí)效處理3.3.5形變熱處理理形變熱處理理是通過(guò)塑塑性變形和和熱處理相相結(jié)合的工工藝，用于于改善過(guò)渡渡沉淀相的的分布及合合金的精細(xì)細(xì)結(jié)構(gòu)，以以獲得較高高的強(qiáng)韌性性及抗蝕性性。最早的工藝藝是由Wert等人在1981提出．該工工藝主要適適用宇航結(jié)結(jié)構(gòu)的合金金。實(shí)踐表表明，形變變熱處理改改善7050、7475合金力學(xué)性性能具有明明顯的效果果。四、結(jié)束語(yǔ)語(yǔ)綜上，本人人認(rèn)為，為為了滿足航航空航天工工業(yè)的發(fā)展展，必須繼繼續(xù)大力發(fā)發(fā)展鋁合金金熱處理工工藝技術(shù)，，保證其競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前，鋁合合金熱處理理工藝技術(shù)術(shù)國(guó)外已經(jīng)經(jīng)發(fā)展到370余種，我國(guó)僅有有100余種。第四代高性性能鋁合金金最關(guān)鍵的T77熱處理技術(shù)術(shù)我國(guó)尚未未工業(yè)應(yīng)用用。世界鋁合金金熱處理工工藝技術(shù)在在發(fā)展的同同時(shí)，我國(guó)國(guó)應(yīng)該以生生產(chǎn)“大飛機(jī)”為契機(jī)，，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的的熱處理工工藝技術(shù)，提高鋁材材的綜合性性能，滿足足國(guó)內(nèi)航空空航天工業(yè)業(yè)對(duì)鋁合金金性能的要要求。謝謝！說(shuō)明：課件件中數(shù)據(jù)、、圖、表均均來(lái)自公開(kāi)開(kāi)發(fā)表的的論文、或或網(wǎng)絡(luò)。9、靜夜四四無(wú)鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中中黃葉葉樹(shù)，，燈下下白頭頭人。。。20:38:1920:38:1920:3812/29/20228:38:19PM11、以我獨(dú)沈久久，愧君相見(jiàn)見(jiàn)頻。。12月-2220:38:1920:38Dec-2229-Dec-2212、故人江海海別，幾度度隔山川。。。20:38:1920:38:1920:38Thursday,December29,202213、乍乍見(jiàn)見(jiàn)翻翻疑疑夢(mèng)夢(mèng)，，相相悲悲各各問(wèn)問(wèn)年年。。。。12月月-2212月月-2220:38:1920:38:19December29,202214、他鄉(xiāng)生生白發(fā)，，舊國(guó)見(jiàn)見(jiàn)青山。。。29十十二月20228:38:19下午午20:38:1912月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月228:38下下午12月-2220:38December29,202216、行動(dòng)動(dòng)出成成果，，工作作出財(cái)財(cái)富。。。2022/12/2920:38:1920:38:1929December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時(shí)時(shí)，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點(diǎn)點(diǎn)的射線線向前。。。8:38:19下午午8:38下午午20:38:1912月-229、沒(méi)有失敗，，只有暫時(shí)停停止成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結(jié)結(jié)果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒(méi)沒(méi)有有。。。。20:38:1920:38:1920:3812/29/20228:38:19PM11、成功功就是是日復(fù)復(fù)一日日那一一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小小努力力的積積累。。。12月月-2220:38:1920:38Dec-2229-Dec-2212、世間成事事，不求其其絕對(duì)圓滿滿，留一份份不足，可可得無(wú)限完完美。。20:38:1920:38:1920:38Thursday,December29,202213、不知香積寺寺，數(shù)里入云云峰。。12月-2212月-2220:38:2020:38:20December29,202214、意意志志堅(jiān)堅(jiān)強(qiáng)強(qiáng)的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥塊塊一一樣樣任任意意揉揉捏捏。。29十十二二月月20228:38:20下下午午20:38:2012月月-2215、楚塞三湘湘接，荊門門九派通。。。。十二月228:38下下午12月-2220:38December29,202216、少年十五五二十時(shí)，，步行奪得得胡馬騎。。。2022/12/2920:38:2020:38:2029December202217、空山新新雨后，，天氣晚晚來(lái)秋。。。8:38:20下午午8:38下午午20:38:2012月-229、楊楊柳柳散散和和風(fēng)風(fēng)，，青青山山澹澹吾吾慮慮。。。。12月月-2212月月-22Thursday,December