飛機(jī)維修工程呂曉靜46課件

第二章航空材料飛機(jī)維修工程學(xué)院呂曉靜點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本有色金屬分為輕有色金屬和重有色金屬。輕有色金屬：鋁、鎂、鈦及其合金等重有色金屬：銅、錫、鉛等輕有色金屬的強(qiáng)度、剛度雖然還比不上結(jié)構(gòu)鋼，但它的比重小，使它的比強(qiáng)度(強(qiáng)度／比重)大，比剛度(彈性模量／比重)與結(jié)構(gòu)鋼不相上下。飛機(jī)結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用原因2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金性能：

比重小，僅為鋼鐵比重的1／3。

導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性很高，熱膨脹性較大，在20

C時(shí)的線膨脹系數(shù)約為鐵的兩倍。

良好的反輻射熱性能，受到輻射熱時(shí)，溫度升高慢，常用作渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的隔熱鋁箔。在大氣中具有良好的耐蝕性（均勻而致密的Al2O3薄膜）。純鋁的強(qiáng)度很低，但塑性很高。可以進(jìn)行冷壓加工。純鋁牌號(hào)為1×××，1050A、1035、1200。用途：冶煉鋁合金；作鋁合金表面的包覆材料；制作鉚釘、鋁箔；代替銅做導(dǎo)電材料。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金變形鋁合金：具有良好的塑性，適于變形加工。鑄造鋁合金：液態(tài)時(shí)流動(dòng)性較好，適于鑄造成形。分類2.3.1鋁和鋁合金2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金分類2.3.1鋁和鋁合金不能熱處理強(qiáng)化：在加熱和冷卻過程中，固溶體不發(fā)生成分的改變，不能通過熱處理的手段來強(qiáng)化。能熱處理強(qiáng)化：在加熱和冷卻過程中，發(fā)生組織變化，會(huì)析出強(qiáng)化相，可以通過熱處理的手段進(jìn)行強(qiáng)化。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金熱處理

(1)退火

變形鋁合金的退火主要是再結(jié)晶退火（中間退火）。通常是加熱到350～450℃之間，保溫后在空氣中冷卻。目的是恢復(fù)塑性，便于繼續(xù)加工。

對于不能用熱處理強(qiáng)化的鋁合金，冷變形加工后，要在保持加工硬化效果的基礎(chǔ)上消除內(nèi)應(yīng)力，可以進(jìn)行“去應(yīng)力退火”?！叭?yīng)力退火”的加熱溫度在再結(jié)晶退火的溫度之下，通常是180～300℃，保溫后在空氣中冷卻。目的是消除內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)增加塑性。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金熱處理

(2)淬火工藝：加熱到一定臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間，再將鋁合金從高溫迅速(水冷)冷卻到室溫，合金元素來不及析出，于是就形成了過飽和的固溶體。這種固溶體強(qiáng)度比退火狀態(tài)略高一些，而塑性仍然很好。所以淬火狀態(tài)的鋁合金仍可以進(jìn)行冷變形加工目的：得到過飽和的固溶體，提高強(qiáng)度和硬度。也稱為固溶處理。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金熱處理

(3)時(shí)效處理

鋁合金剛淬火后，強(qiáng)度與硬度并不立即升高，至于塑性非但沒有下降，反而有所上升。但這種淬火后的合金，放置一段時(shí)間，強(qiáng)度和硬度會(huì)顯著提高，而塑性則明顯降低。淬火后鋁合金的強(qiáng)度、硬度隨時(shí)間增長而顯著提高的現(xiàn)象，稱為時(shí)效。

時(shí)效可以在常溫下發(fā)生，稱自然時(shí)效，也可以在高于室溫的某一溫度范圍（如100～200℃）內(nèi)發(fā)生，稱人工時(shí)效。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金熱處理

(3)時(shí)效處理鋁合金的時(shí)效分為自然時(shí)效和人工時(shí)效兩種。

自然時(shí)效:把淬火后的鋁合金放在室溫下進(jìn)行時(shí)效(時(shí)效溫度約為20℃)。進(jìn)行較慢，要經(jīng)4～5天后，強(qiáng)度可接近最高值。自然時(shí)效在開頭的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，鋁合金的強(qiáng)度無明顯增加，稱為“孕育期”。生產(chǎn)上常利用孕育期對鋁合金進(jìn)行各種冷變形加工，或?qū)Υ慊鸬淖冃芜M(jìn)行校正。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金熱處理

(3)時(shí)效處理鋁合金的時(shí)效分為自然時(shí)效和人工時(shí)效兩種。

人工時(shí)效:將淬火后的鋁合金再加熱到一定的溫度進(jìn)行時(shí)效。

人工時(shí)效進(jìn)程較快，時(shí)效溫度越高，時(shí)效過程進(jìn)行的越快，強(qiáng)度值越低。鋁合金的熱處理強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化+時(shí)效強(qiáng)化，時(shí)效強(qiáng)化的效果最為顯著。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金熱處理

(3)時(shí)效處理若將淬火后的鋁合金放在較低溫度下，過飽和固溶體中的合金元素原子活動(dòng)能力極小，時(shí)效進(jìn)行的極慢，鋁合金的強(qiáng)度隨時(shí)間增加幾乎不發(fā)生變化。如果從冷藏中取出的零件因故沒有在孕育期內(nèi)完成加工，零件在室溫下已經(jīng)開始了自然時(shí)效，那么將其放回冷藏室之前，必須進(jìn)行回歸處理?；貧w處理：將已時(shí)效硬化的零件重新加熱到200~270oC，短時(shí)間保溫，然后在水中急冷。每次回歸處理后，其強(qiáng)度都有所下降，一般回歸處理次數(shù)以3～4次為限

2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金按照性能和用途不同，可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金四類。2.3.1鋁和鋁合金2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金鋁錳合金(3xxx系列)和鋁鎂合金(5xxx系列)是防銹鋁合金鋁銅合金(2xxx系列)是硬鋁合金鋁鋅合金(7xxx系列)是超硬鋁合金而鋁鎂硅合金(6xxx系列)是鍛鋁合金按照性能和用途不同，可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金四類。2.3.1鋁和鋁合金2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本防銹鋁合金：鋁錳合金(3xxx系列)和鋁鎂合金(5xxx系列)2.3.1鋁和鋁合金鋁錳合金和鋁鎂合金具有很高的抗蝕性，稱為防銹鋁合金。它們都屬于不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金，為了提高強(qiáng)度，應(yīng)采用加工硬化。

常用的鋁錳防銹鋁合金是21號(hào)防銹鋁，牌號(hào)為3A21。它的抗蝕性很高，接近純鋁；強(qiáng)度不高，塑性好，焊接性能好，切削加工性能差。在飛機(jī)上主要用來制造油箱、油管、鉚釘?shù)取３Ｓ玫匿X鎂防銹鋁合金是5A02、5A06和5B05。它具有較高的抗蝕性、良好的塑性和焊接性，這些都與3A21接近。由于鎂的固溶強(qiáng)化效果比較明顯，所以它的強(qiáng)度比3A21高，而且比重小、抗疲勞性能好，因而在飛機(jī)上用來制造油箱、油管、鉚釘和中等強(qiáng)度的冷壓、焊接結(jié)構(gòu)件。

2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本硬鋁合金：鋁銅合金(2xxx系列)2.3.1鋁和鋁合金性能：硬鋁合金比強(qiáng)度高的合金，而且韌性和抗疲勞性能較好，特別是自然時(shí)效狀態(tài)比人工時(shí)效狀態(tài)抗疲勞性能更好，斷裂韌性更高。它又具有良好的塑性，可以進(jìn)行壓力加工。另外，淬火后有一個(gè)時(shí)效孕育期，給變形加工帶來一些便利。2024硬鋁：含有較多的銅鎂合金元素，具有較高的強(qiáng)度和硬度。熱處理方法是淬火后在室溫下經(jīng)4～5天自然時(shí)效，可得到較高的抗拉強(qiáng)度和韌性；淬火后，人工時(shí)效可得到較高的屈服強(qiáng)度和耐蝕性能。淬火后，在室溫下有1.5h孕育期，可在這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行變形加工。2017硬鋁：含有中等數(shù)量的銅鎂合金元素，硬度、強(qiáng)度比2024低，但塑性高，易于進(jìn)行冷壓成型。熱處理方法是淬火后在室溫下自然時(shí)效。孕育期約為2h。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本硬鋁合金：鋁銅合金(2xxx系列)2.3.1鋁和鋁合金①抗蝕性能差，對應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕都比較敏感。因此，使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行防腐保護(hù)。②熔焊性能差。熔焊時(shí)有形成結(jié)晶裂縫的傾向。大都采用鉚接。③淬火溫度范圍很窄。誤差大約在5～10℃范圍內(nèi)?？刂茰囟缺容^困難。④淬火處理時(shí)，在要求的溫度下保溫?zé)嵬负?，從爐中到淬火介質(zhì)的轉(zhuǎn)移時(shí)間不能過長(一般不超過15s)，以求得到細(xì)化的晶粒，否則會(huì)降低材料抗晶間腐蝕的能力。

硬鋁合金在使用中必須注意的一些問題：2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本超硬鋁合金：鋁鋅合金(7xxx系列)2.3.1鋁和鋁合金在硬鋁基礎(chǔ)上加入金屬鋅Zn，形成的鋁鋅鎂銅合金叫超硬鋁合金。它屬于高強(qiáng)度變形鋁合金。與2024硬鋁合金相比，7075超硬鋁的強(qiáng)度極限和屈服極限都比較高，但它的斷裂韌性和抗疲勞性能并沒有隨著強(qiáng)度性能改善而成比例的提高，缺口敏感性也較大。為了防止腐蝕，7075材料的零件表面應(yīng)有保護(hù)層。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本超硬鋁合金：鋁鋅合金(7xxx系列)2.3.1鋁和鋁合金在硬鋁基礎(chǔ)上加入金屬鋅Zn，形成的鋁鋅鎂銅合金叫超硬鋁合金。它屬于高強(qiáng)度變形鋁合金。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本鋁鎂硅合金(6xxx系列)2.3.1鋁和鋁合金鍛造鋁合金是鋁一鎂一硅系列鋁合金，可以通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化。

鍛造合金在飛機(jī)上多用來制造對加工塑性和耐蝕性要求較高的鍛件，如發(fā)動(dòng)機(jī)一些零件、直升機(jī)槳葉、搖臂、框架、接頭等。主要特點(diǎn)：加熱時(shí)有良好的塑性，便于進(jìn)行鍛造成型。它的硬度與硬鋁相近，具有良好的耐腐蝕性（這類鋁合金熱處理方法是淬火后在室溫下自然時(shí)效）。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金

按照化學(xué)成分不同，鑄造鋁合金可分為Al—Si系、Al—Cu系、Al—Mg系、Al—Zn系四大類。其中前三種應(yīng)用比較廣泛。鑄造鋁合金代號(hào)是ZL加三位數(shù)字。第一位數(shù)字1、2、3、4分別代表Al—Si、Al—Cu、Al—Mg和Al—Zn，后兩位數(shù)字是合金的順序號(hào)。比如ZLl02代表順序號(hào)為2的Al—Si系鑄造鋁合金。

鑄造鋁合金的特點(diǎn)是鑄造性能好，可進(jìn)行各種成型鑄造。它的優(yōu)點(diǎn)是比重小，比強(qiáng)度較高，有較高的抗蝕性和耐熱性。不足之處是容易吸收氣體形成氣孔，組織較粗大，一般的說，塑性、韌性不如變形鋁合金。這種合金主要用來制造形狀復(fù)雜、受力較小的零件，如油泵等附件殼體和儀表零件、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣和附件殼體等。2.3有色金屬

第三代鋁鋰合金，消除了第二代鋁鋰合金的各向異性問題，同時(shí)材料的屈服強(qiáng)度提高了40%，其性能提升可以說是跨時(shí)代的。目前，C919飛機(jī)的機(jī)身蒙皮、長桁、地板梁、座椅滑軌、邊界梁、客艙地板支撐立柱等部件都使用了第三代鋁鋰合金，其機(jī)體結(jié)構(gòu)重量占比達(dá)到7.4%，獲得綜合減重7%的型號(hào)收益。鋁鋰合金2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.2鈦和鈦合金

純鈦的強(qiáng)度不高，塑性好。但雜質(zhì)氧、氮、氫、碳、硅、鐵等會(huì)使鈦的強(qiáng)度大大提高，而塑性有所降低。其中氫的影響最嚴(yán)重，含量超過0.015％，便引起顯著的氫脆。去氫：鈦中的氫可以通過在真空中加熱進(jìn)行排除。鈦的工藝性能差，難以進(jìn)行切削加工，在熱加工中，又容易吸收氧、氫、氮等雜質(zhì)，使強(qiáng)度增加，塑性降低，壓力加工困難，并易出現(xiàn)裂紋。所以鈦的生產(chǎn)成本較高。

銀白色金屬，它的比重只有鋼的57％左右?？刮g能力很強(qiáng)，在550℃以下，鈦表面形成致密氧化膜，能阻止內(nèi)部金屬進(jìn)一步氧化。它的抗海水及其蒸氣腐蝕的能力很強(qiáng)，甚至超過不銹鋼。對硝酸、稀硫酸、堿溶液都能抗蝕。但易受氫氟酸、濃硫酸的腐蝕，尤其是氫氟酸對鈦有強(qiáng)烈的損壞作用。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3.2鈦和鈦合金航空工業(yè)中使用較多的鈦合金是TC4合金，屬于鈦鋁釩系合金，具有較好的綜合機(jī)械性能，在400℃下組織穩(wěn)定，有較高的熱強(qiáng)度。合金的熱塑性良好，適用于鍛造和鍛壓成型，可用多種方法焊接，TC4主要用來制造400℃下工作的部件。在TC4基礎(chǔ)上加入錫、銅、鐵等元素就形成鈦合金TC10，強(qiáng)度、耐熱性都有提高，可以用來制造450℃一下工作的零件。鈦合金的比重較小，而強(qiáng)度幾乎接近合金鋼，抗蝕性又不低于不銹鋼。在400℃以下，機(jī)械性能變化很小，耐熱性大大超過鋁合金。2.3有色金屬點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2.3有色金屬2.