飛機維修工程呂曉靜46課件

第二章航空材料飛機維修工程學院呂曉靜點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點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，使它的比強度(強度／比重)大，比剛度(彈性模量／比重)與結(jié)構(gòu)鋼不相上下。飛機結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應用原因2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金性能：

比重小，僅為鋼鐵比重的1／3。

導電性、導熱性很高，熱膨脹性較大，在20

C時的線膨脹系數(shù)約為鐵的兩倍。

良好的反輻射熱性能，受到輻射熱時，溫度升高慢，常用作渦輪噴氣發(fā)動機的隔熱鋁箔。在大氣中具有良好的耐蝕性（均勻而致密的Al2O3薄膜）。純鋁的強度很低，但塑性很高?？梢赃M行冷壓加工。純鋁牌號為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；代替銅做導電材料。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本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)時流動性較好，適于鑄造成形。分類2.3.1鋁和鋁合金2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本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化。能熱處理強化：在加熱和冷卻過程中，發(fā)生組織變化，會析出強化相，可以通過熱處理的手段進行強化。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本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。目的是恢復塑性，便于繼續(xù)加工。

對于不能用熱處理強化的鋁合金，冷變形加工后，要在保持加工硬化效果的基礎上消除內(nèi)應力，可以進行“去應力退火”。“去應力退火”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)應力，適當增加塑性。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本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)的鋁合金仍可以進行冷變形加工目的：得到過飽和的固溶體，提高強度和硬度。也稱為固溶處理。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金熱處理

(3)時效處理

鋁合金剛淬火后，強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，放置一段時間，強度和硬度會顯著提高，而塑性則明顯降低。淬火后鋁合金的強度、硬度隨時間增長而顯著提高的現(xiàn)象，稱為時效。

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

(3)時效處理鋁合金的時效分為自然時效和人工時效兩種。

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

(3)時效處理鋁合金的時效分為自然時效和人工時效兩種。

人工時效:將淬火后的鋁合金再加熱到一定的溫度進行時效。

人工時效進程較快，時效溫度越高，時效過程進行的越快，強度值越低。鋁合金的熱處理強化：固溶強化+時效強化，時效強化的效果最為顯著。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金熱處理

(3)時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能力極小，時效進行的極慢，鋁合金的強度隨時間增加幾乎不發(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)開始了自然時效，那么將其放回冷藏室之前，必須進行回歸處理?；貧w處理：將已時效硬化的零件重新加熱到200~270oC，短時間保溫，然后在水中急冷。每次回歸處理后，其強度都有所下降，一般回歸處理次數(shù)以3～4次為限

2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本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有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本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有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點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化的鋁合金，為了提高強度，應采用加工硬化。

常用的鋁錳防銹鋁合金是21號防銹鋁，牌號為3A21。它的抗蝕性很高，接近純鋁；強度不高，塑性好，焊接性能好，切削加工性能差。在飛機上主要用來制造油箱、油管、鉚釘?shù)?。常用的鋁鎂防銹鋁合金是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。由于鎂的固溶強化效果比較明顯，所以它的強度比3A21高，而且比重小、抗疲勞性能好，因而在飛機上用來制造油箱、油管、鉚釘和中等強度的冷壓、焊接結(jié)構(gòu)件。

2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點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：硬鋁合金比強度高的合金，而且韌性和抗疲勞性能較好，特別是自然時效狀態(tài)比人工時效狀態(tài)抗疲勞性能更好，斷裂韌性更高。它又具有良好的塑性，可以進行壓力加工。另外，淬火后有一個時效孕育期，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天自然時效，可得到較高的抗拉強度和韌性；淬火后，人工時效可得到較高的屈服強度和耐蝕性能。淬火后，在室溫下有1.5h孕育期，可在這段時間內(nèi)進行變形加工。2017硬鋁：含有中等數(shù)量的銅鎂合金元素，硬度、強度比2024低，但塑性高，易于進行冷壓成型。熱處理方法是淬火后在室溫下自然時效。孕育期約為2h。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點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，對應力腐蝕、晶間腐蝕都比較敏感。因此，使用時應進行防腐保護。②熔焊性能差。熔焊時有形成結(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，在要求的溫度下保溫熱透后，從爐中到淬火介質(zhì)的轉(zhuǎn)移時間不能過長(一般不超過15s)，以求得到細化的晶粒，否則會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有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點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。它屬于高強度變形鋁合金。與2024硬鋁合金相比，7075超硬鋁的強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材料的零件表面應有保護層。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點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。它屬于高強度變形鋁合金。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點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，可以通過熱處理進行強化。

鍛造合金在飛機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)動機一些零件、直升機槳葉、搖臂、框架、接頭等。主要特點：加熱時有良好的塑性，便于進行鍛造成型。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效）。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.3.1鋁和鋁合金

按照化學成分不同，鑄造鋁合金可分為Al—Si系、Al—Cu系、Al—Mg系、Al—Zn系四大類。其中前三種應用比較廣泛。鑄造鋁合金代號是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。比如ZLl02代表順序號為2的Al—Si系鑄造鋁合金。

鑄造鋁合金的特點是鑄造性能好，可進行各種成型鑄造。它的優(yōu)點是比重小，比強度較高，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雜、受力較小的零件，如油泵等附件殼體和儀表零件、發(fā)動機機匣和附件殼體等。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，同時材料的屈服強度提高了40%，其性能提升可以說是跨時代的。目前，C919飛機的機身蒙皮、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，其機體結(jié)構(gòu)重量占比達到7.4%，獲得綜合減重7%的型號收益。鋁鋰合金2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.3.2鈦和鈦合金

純鈦的強度不高，塑性好。但雜質(zhì)氧、氮、氫、碳、硅、鐵等會使鈦的強度大大提高，而塑性有所降低。其中氫的影響最嚴重，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行排除。鈦的工藝性能差，難以進行切削加工，在熱加工中，又容易吸收氧、氫、氮等雜質(zhì)，使強度增加，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，在550℃以下，鈦表面形成致密氧化膜，能阻止內(nèi)部金屬進一步氧化。它的抗海水及其蒸氣腐蝕的能力很強，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烈的損壞作用。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本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，具有較好的綜合機械性能，在400℃下組織穩(wěn)定，有較高的熱強度。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基礎上加入錫、銅、鐵等元素就形成鈦合金TC10，強度、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，而強度幾乎接近合金鋼，抗蝕性又不低于不銹鋼。在400℃以下，機械性能變化很小，耐熱性大大超過鋁合金。2.3有色金屬點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本2.3有色金屬2.