航空材料铝合金

2019-03-18 08:57:22 来源: 河南信息港

铝合金是工业中应用广泛的一类有色金属结构材料,在航空领域中已大量应用。

一、铝的生产制法

1886年美国化学家Hall及法国化学家Heroult宣布以氧化铝(Al2O3)置于冰晶石(Na3AlF6)溶液中,于大约950 ℃进行电解。氧化铝(Al2O3)制法:利用铝矾土矿浸于氢氧化钠(NaOH)。

航空材料铝合金

二、铝的特性

a)优点

铝及铝合金是目前应用广泛之飞机制造材料。重量轻,差不多是同体积铜或钢的1/3重量。防腐蚀能力强。可反射辐射能可见光、辐射热、电磁波。导电及导热能力强,且又是非铁磁性。容易接合(焊接、铆接或胶合)外观及表面易处理机械性质良好,经加工处理后强度高、延展性高存量多

(b)缺点

当温度升高超过200℃,强度大幅减弱

当温度下降时倾向脆性材料

三、铝合金类别

通常以四位数字标明:位数字: 合金成分

1000系列:材料含99%以上之纯铝

2000系列:铜(Copper)为主要之成分---易热处理以提高强度, 但提高了腐蚀性

3000系列:锰(Manganese)为主要之成分----增加硬度

4000系列:硅(Silicon)为主要之成分-----为焊条之理想材料

5000系列:镁(Magnesium)为主要之成分-----提高强度及抗腐蚀

6000系列:镁与硅为主要之成分-----以硅化镁存在,可热处理提高强度及易加工

7000系列:锌(Zinc)为主要之成分-----经热处理提高强度,为所有铝合金中强度

第二位表示原产品以后修正其成分之次数;第三及四位表示产品开发次序

非热处理型铝合金

1000系列

3000系列

4000系列

5000系列

热处理型铝合金

2000系列

6000系列

7000系列

热处理铝合金如施以适当热处理其内部结构发生一种相变化,产生细致析出物,藉此种析出物,强化材料。这种现象叫析出硬化或时效硬化。

非热处理合金则无析出硬化现象(但也会有析出物),故其强化作用通常借助一般的方法,如固溶体强化,加强化细晶强化。

四、符号含义

(a)基本状态:

代号名称说明与应用F自由加工状态适用于在成型过程中,对于加工硬化和热处理条件特殊要求的产品,该状态产品的力学性能不作规定。O退火状态适用于经完全退火获得强度的加工产品。H加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度的产品,产品在加工硬化后可经过(也可不经过)使强度有所降低的附加热处理。W固熔热处理状态处理状态 一种不稳定状态,仅适用于经固溶热处理后,室温下自然时效的合金,该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段。T热处理状态(不同于

F、O、H状态)适用于热处理后,经过(或不经过)加工硬化达到稳定的产品。T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字。

(b)热处理状态:

状态代号说明与应用T0固溶热处理后,经自然时效再通过冷加工的状态。适用于经冷加工提高强度的产品。T1由高温成型过程冷却,然后自然时效至基本稳定的状态。适用于由高温成型过程冷却后,不再进行冷加工(可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限)的产品。T2由高温成型过程冷却,经冷加工后自然时效至基本稳定的状态。适用于由高温成型过程却后,进行冷加工、或矫直、矫平以提高强度的产品。T3固溶热处理后进行冷加工,再,经自然时效至基本稳定的状态。适用于在固溶热处理后,进行冷加工、或矫直、矫平以提高强度的产品。T4固溶热处理后自然时效至基本稳定的状态。适用于固溶热处理后,不在进行冷加工(可行矫直、矫平,但不影响力学性能极限)的产品。T5由高温成型过程冷却,然后进行人工时效的状态。适用于由高温成型过程冷却后,不经过冷加工(可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限),予以人工时效的产品。T6由固溶热处理后进行人工时效的状态。适用于由固溶热处理后,不再进行冷加工(可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限)的产品。T7由固溶热处理后进行人工时效的状态。适用于由固溶热处理后,为获取某些重要特性,在人工时效时,强度在时效曲线上越过了峰点的产品。T8固溶热处理后经冷加工,然后进行人工时效的状态。适用于经冷加工、或矫直、矫平以提高产品强度的产。T9固溶热处理后人工时效,然后进行冷加工的状态。适用于经冷加工提高产品强度的产品。T10由高温成型过程冷却后,进行冷加工,然后进行人工时效的状态。适用于经冷加工、或矫直、矫平以提高产品强度的产品。注:某些6XXX的合金,无论是炉内固溶热处理,还是从高温成型过程急冷以保留可溶性组分在固溶体中,均能达到相同的固溶热处理效果,这些合金的T3、T4、T6、T7、T8和T9状态可采用上述两种处理方法的任一种。

(c)消除应力状态:(X代表了热处理状态)

状态

代号说明与应用TX51适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,按规定量进行拉伸的厚板、轧制或冷精整的棒材以及模锻件、锻环或轧制环,这些产品拉伸后不再进行矫直。厚板的变形量为1.5%~3%;轧制或冷精整棒材的变形量为1%~3%;模锻件锻环或轧制环的变形量为1%~5%。TXX51TXXX51TX510适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,按规定量进行拉伸的挤制棒、型和管材,以及拉制管材,这些产品拉伸后不再进行矫直。 挤制棒、型和管材的变形量为1%~3%;拉制管材的变形量为1.5%~3%。TXX510TXXX510TX511适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,按规定量进行拉伸的挤制棒、型和管材,以及拉制管材,这些产品拉伸后可微略行矫直以符合标准公差。 挤制棒、型和管材的变形量为1%~3%;拉制管材的变形量为1.5%~3%。TXX511TXXX511TX52适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后,通过压缩来消除应力,以产生1%~5%,变形量的产品。TXX52TXXX52TX54适用于在终锻模内通过冷整形来消除应力的模锻件。TXX54TXXX54

五、铝合金在航空的应用

合金典 型 用 途2014应用于要求高强度与硬度(包括高温)的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料,车轮与结构元件,多级火箭级燃料槽与航天器零件,卡车构架与悬挂系统零件2017是个获得工业应用的2XXX系合金,目前的应用范围较窄,主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件,螺旋桨与配件2024飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件2048航空航天器结构件与兵器结构零件2124航空航天器结构件2218飞机发动机和柴油发动机活塞,飞机发动机汽缸头,喷气发动机叶轮和压缩机环2219航天火箭焊接氧化剂槽,超音速飞机蒙皮与结构零件,工作温度为-270~300摄氏度。焊接性好,断裂韧性高,T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力2618模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件2A02工作温度200~300摄氏度的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片2A06工作温度150~250摄氏度的飞机结构及工作温度125~250摄氏度的航空器结构铆钉2A10强度比2A01合金的高,用于制造工作温度小于等于100摄氏度的航空器结构铆钉2A11飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。航空器的中等强度的螺栓与铆钉2A12航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等,建筑与交通运输工具结构件2A14形状复杂的自由锻件与模锻件2A16工作温度250~300摄氏度的航天航空器零件,在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱2A17工作温度225~250摄氏底的航空器零件2A50形状复杂的中等强度零件2A60航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等2A70飞机蒙皮,航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等2A80航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件2A90航空发动机活塞3A21飞机油箱、油路导管、铆钉线材等;建筑材料与食品等工业装备等5052此合金有良好的成形加工性能、抗蚀性、可烛性、疲劳强度与中等的静态强度,用于制造飞机油箱、油管,以及交通车辆、船舶的钣金件,仪表、街灯支架与铆钉、五金制品等5056镁合金与电缆护套铆钉、拉链、钉子等;包铝的线材广泛用于加工农业捕虫器罩,以及需要有高抗蚀性的其他场合5083用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合,诸如舰艇、汽车和飞机板焊接件;需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等5086用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合,例如舰艇、汽车、飞机、低温设备、电视塔、钻井装置、运输设备、导弹零部件与甲板等5A02飞机油箱与导管,焊丝,铆钉,船舶结构件5A03中等强度焊接结构,冷冲压零件,焊接容器,焊丝,可用来代替5A02合金5A05焊接结构件,飞机蒙皮骨架5A06焊接结构,冷模锻零件,焊拉容器受力零件,飞机蒙皮骨部件6005挤压型材与管材,用于要求强高大于6063合金的结构件,如梯子、电视天线等6009汽车车身板6010薄板:汽车车身6061要求有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构性,如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材6A02飞机发动机零件,形状复杂的锻件与模锻件7049用于锻造静态强度与7079-T6合金的相同而又要求有高的抗应力腐蚀开裂勇力的零件,如飞机与导弹零件起落架液压缸和挤压件。零件的疲劳性能大致与7075-T6合金的相等,而韧性稍高7050飞机结构件用中厚板、挤压件、自由锻件与模锻件。制造这类零件对合金的要求是:抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都高7075用于制造飞机结构及期货 他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件、模具制造7175用于锻造航空器用的高强度结构性。T736材料有良好的综合性能,即强度、抗剥落腐蚀与抗应力腐蚀开裂性能、断裂韧性、疲劳强度都高7178供制造航空航天器的要求抗压屈服强度高的零部件7475机身用的包铝的与未包铝的板材,机翼骨架、桁条等。其他既要有高的强度又要有高的断裂韧性的零部件7A04飞机蒙皮、螺钉、以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等

(:中冶有色技术)

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