航空航天鋁合金材的熱處理工藝課件

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

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、、鋁鋁合合金金在在航航空空航航天天領(lǐng)領(lǐng)域域的的應(yīng)應(yīng)用用2.1鋁合合金金在在航航空空領(lǐng)領(lǐng)域域的的應(yīng)應(yīng)用用（5）飛飛機(jī)機(jī)上上常常用用鋁鋁合合金金的的特特點(diǎn)點(diǎn)、、用用途途及及狀狀態(tài)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)機(jī)用用主主要要鋁鋁合合金金的的特特點(diǎn)點(diǎn)、、用用途途及及狀狀態(tài)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)表表3飛機(jī)機(jī)用用主主要要鋁鋁合合金金的的特特點(diǎn)點(diǎn)、、用用途途及及狀狀態(tài)態(tài)二、、鋁鋁合合金金在在航航空空航航天天領(lǐng)領(lǐng)域域的的應(yīng)應(yīng)用用2.2鋁合合金金在在航航天天領(lǐng)領(lǐng)域域的的應(yīng)應(yīng)用用圖4運(yùn)載載火火箭箭主主要要鋁鋁材材分分布布示示意意圖圖鋁合合金金在在航航天天領(lǐng)領(lǐng)域域運(yùn)運(yùn)載載火火箭箭上上的的應(yīng)應(yīng)用用，，主主要要有有7075、20x4、2219等，，如如圖圖4所示示。。三、、熱熱處處理理工工藝藝在在航航空空航航天天鋁鋁合合金金上上的的應(yīng)應(yīng)用用航空空航航天天領(lǐng)領(lǐng)域域主主要要應(yīng)應(yīng)用用高高強(qiáng)強(qiáng)高高韌韌2xxx系和和7xxx系鋁鋁合合金金。。為為了了滿滿足足飛飛機(jī)機(jī)、、運(yùn)運(yùn)載載火火箭箭等等對(duì)對(duì)鋁鋁合合金金材材料料高高強(qiáng)強(qiáng)、、高高韌韌、、耐耐腐腐蝕蝕、、抗抗疲疲勞勞的的要要求求，，除除了了提提高高熔熔煉煉鑄鑄造造技技術(shù)術(shù)，，從從源源頭頭上上保保證證鑄鑄錠錠質(zhì)質(zhì)量量，，以以及及精精密密的的加加工工技技術(shù)術(shù)外外，，還還需需要要對(duì)對(duì)鋁鋁合合金金進(jìn)進(jìn)行行必必要要、、精精確確的的熱熱處處理理。。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面僅僅以以高高強(qiáng)強(qiáng)高高韌韌7xxx系鋁鋁合合金金為為例例，，以以點(diǎn)點(diǎn)代代面面，，對(duì)對(duì)航航空空航航天天鋁鋁合合金金的的熱熱處處理理工工藝藝進(jìn)進(jìn)行行簡簡要要描描述述。。三、、熱熱處處理理工工藝藝在在航航空空航航天天鋁鋁合合金金上上的的應(yīng)應(yīng)用用3.1均勻勻化化處處理理均勻化處理單級(jí)均勻化二級(jí)均勻化連續(xù)均勻化強(qiáng)化均勻化三、、熱熱處處理理工工藝藝在在航航空空航航天天鋁鋁合合金金上上的的應(yīng)應(yīng)用用3.1均勻勻化化處處理理圖57x50AA鑄造造態(tài)態(tài)組組織織（（SEM）圖67x50AA單級(jí)級(jí)均均化化組組織織（（SEM）465℃℃x24h三、、熱熱處處理理工工藝藝在在航航空空航航天天鋁鋁合合金金上上的的應(yīng)應(yīng)用用3.1均勻勻化化處處理理圖87x50AA雙級(jí)級(jí)均均勻勻化化組組織織（（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)時(shí)間的關(guān)關(guān)系（t7＞t6＞t5＞t4＞t3＞t2＞t1）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3.3.2峰值時(shí)效效圖17高強(qiáng)鋁合合金T6態(tài)微觀組組織示意意圖(a)Al3Zr(b)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3.3.3雙級(jí)時(shí)效效圖18高強(qiáng)鋁合合金雙級(jí)級(jí)時(shí)效態(tài)態(tài)微觀組組織示意意圖三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.3時(shí)效處理理3.3.4回歸在時(shí)時(shí)效處理理（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處理工藝藝示意圖圖三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.3時(shí)效處理理3.3.4回歸在時(shí)時(shí)效處理理（RRA）回歸時(shí)間強(qiáng)度、硬度RRAR圖20在回歸和和回歸再再時(shí)效過過程中強(qiáng)強(qiáng)度和硬硬度變化化示意圖圖三、熱處處理工藝藝在航空空航天鋁鋁合金上上的應(yīng)用用3.3時(shí)效處理理3.3.4回歸在時(shí)時(shí)效處理理（RRA）圖217075鋁合金在在RRA處理過程程中的顯顯微組織織變化示示意圖(a)峰值時(shí)效效（120℃℃/24h）；(b)回歸處理理（200～270℃℃）；(c)二次峰值值時(shí)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)效處理理表57x5xAA不同時(shí)效效處理后后性能比比較表三、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3.3.4回歸在時(shí)時(shí)效處理理（RRA）1989年美國的的Alcoa公司以T77熱處理狀狀態(tài)為名名注冊(cè)了了第一個(gè)個(gè)可工業(yè)業(yè)應(yīng)用的的RRA處理工藝藝規(guī)范，，并將這這種工藝藝用于7150鋁合金的的熱處理理，并首首次將經(jīng)經(jīng)過T77處理的7150鋁合金厚厚板和擠擠壓件用用于C－17軍用運(yùn)輸輸機(jī)。第四代高高性能鋁鋁合金最最關(guān)鍵的的T77熱處理技技術(shù)我國國尚未工工業(yè)應(yīng)用用。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3.3.5形變熱處處理形變熱處處理是通通過塑性性變形和和熱處理理相結(jié)合合的工藝藝，用于于改善過過渡沉淀淀相的分分布及合合金的精精細(xì)結(jié)構(gòu)構(gòu)，以獲獲得較高高的強(qiáng)韌韌性及抗抗蝕性。。最早的工工藝是由由Wert等人在1981提出．該該工藝主主要適用用宇航結(jié)結(jié)構(gòu)的合合金。實(shí)實(shí)踐表明明，形變變熱處理理改善7050、7475合金力學(xué)學(xué)性能具具有明顯顯的效果果。四、結(jié)束束語綜上，本本人認(rèn)為為，為了了滿足航航空航天天工業(yè)的的發(fā)展，，必須繼繼續(xù)大力力發(fā)展鋁鋁合金熱熱處理工工藝技術(shù)術(shù)，保證證其競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)力。目前，鋁鋁合金熱熱處理工工藝技術(shù)術(shù)國外已已經(jīng)發(fā)展展到370余種，我國僅僅有100余種。第四代高高性能鋁鋁合金最關(guān)鍵的T77熱處理技技術(shù)我國國尚未工工業(yè)應(yīng)用用。世界鋁合合金熱處處理工藝藝技術(shù)在在發(fā)展的的同時(shí)，，我國應(yīng)應(yīng)該以生生產(chǎn)“大飛機(jī)”為契機(jī)機(jī)，開發(fā)先進(jìn)進(jìn)的熱處處理工藝藝技術(shù)，提高鋁鋁材的綜綜合性能能，滿足足國內(nèi)航航空航天天工業(yè)對(duì)對(duì)鋁合金金性能的的要求。。謝謝！說明：課課件中數(shù)數(shù)據(jù)、圖圖、表均均來自公公開發(fā)表表的論論文、或或網(wǎng)絡(luò)。。9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黃葉葉樹，燈下下白頭人。。。20:38:2020:38:2020:3812/29/20228:38:20PM11、以我獨(dú)沈久久，愧君相見見頻。。12月-2220:38:2020:38Dec-2229-Dec-2212、故故人人江江海海別別，，幾幾度度隔隔山山川川。。。。20:38:2020:38:2020:38Thursday,December29,202213、乍見見翻疑疑夢(mèng)，，相悲悲各問問年。。。12月月-2212月月-2220:38:2020:38:20December29,202214、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國國見青山。。。29十二二月20228:38:20下下午20:38:2012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)出成果果，工作出財(cái)財(cái)富。。2022/12/2920:38:2020:38:2029December202217、做做前前，，能能夠夠環(huán)環(huán)視視四四周周；；做做時(shí)時(shí)，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿著著以以腳腳為為起起點(diǎn)點(diǎn)的的射射線線向向前前。。。。8:38:20下下午午8:38下下午午20:38:2012月月-229、沒有失失敗，只只有暫時(shí)時(shí)停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有結(jié)果果，但但是不不努力力卻什什么改改變也也沒有有。。。20:38:2020:38:2020:3812/29/20228:38:20PM11、成成功功就就是是日日復(fù)復(fù)一一日日那那一一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小小小努努力力的的積積累累。。。。12月月-2220:38:2020:38Dec-2229-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對(duì)對(duì)圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。20:38:2020:38:2020:38Thursday,December29,202213、不知知香積積寺，，數(shù)里里入云云峰。。。12月月-2212月月-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、少年十五二二十時(shí)，步行行奪得胡馬騎騎。。2022/12/2920:38:2020:38:2029December202217、空山山新雨雨后，，天氣氣晚來來秋。。