单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,航空航天铝合金材的热处理工艺,中色科技苏州分公司,李鹏辉,2011.4,1,前言,2,铝合金在航空航天领域的应用,3,热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,4,结束语,主要内容,一、前言,航空航天铝合金主要指：,军用飞机,民用飞机,航天器,运载火箭,导弹武器,一、前言,典型的航空航天用铝合金产品,预拉伸板,7075,蒙皮板,模,锻,件,锻件、大型整体壁板、大梁型材等飞机用材中，铝材用量占,80%,以上,一、前言,铝合金是航天装备的主要结构材料，一代铝合金一代高新技术装备，历经,5,代,发展，推动了航空航天技术的发展,（,1,）,第一代,时效硬化,高静强度,；应用：,运,5,、轰,5,（,2,）,第二代,过时效热处理,高强耐蚀,；应用：,运,6,、轰,6,、歼,11,、运,8.,（,3,）,第三代,高纯为基础,，,高强高韧耐蚀,；应用：,歼,10,、枭龙、,ARJ21,.,（,4,）,第四代,以精确控制多尺度第二相为基础,超强高韧耐蚀抗疲劳铝合金,；应用：,ARJ21,、,大运机,（,5,）,正在研发第五代,具,有,高淬透性的高综合性能铝合金,。
应用：,大型运载工具等,一、前言,随着航空航天工业的发展和其他材料技术的发展，铝材在性能、规格方面面临历史上最严峻的挑战铝合金的发展以结构的减重、高可靠和长寿命为目标，,主攻高强高韧耐蚀抗疲劳高综合性能、极端环境的服役性能以及性能均匀、残余应力小的大规格高性能材料,这就需要通过,热处理工艺精确调控材料围观组织,提高铝合金综合性能,，满足航空航天工业发展对材料的,苛刻要求，其作用至观重要、不可或缺,二、铝合金在航空航天领域的应用,2.1,铝合金在航空领域的应用,（,1,）飞机上不同部位应用的铝合金,表,1 20,世纪欧美国家铝合金在飞机不同部位的应用情况,飞机上不同部位应用的铝合金主要有,2X24,，,7X75,，,7X5X,等，其合金牌号及热处理状态随年代的变化，如表,1,所示二、铝合金在航空航天领域的应用,2.1,铝合金在航空领域的应用,（,2,）,Boeing777,客机所用先进铝合金,目前,Boeing777,客机所用的主要先进铝合金主要有,7055-T77,，,7150-T77,，,2X24-T3,等，如图,1,所示图,1 Boeing777,采用的先进铝合金,二、铝合金在航空航天领域的应用,2.1,铝合金在航空领域的应用,（,3,）客机,A380,所用先进铝合金,目前空客,A380,所用的主要先进铝合金主要有,70 x5,、,2024,等，见图,2,及表,2,所示。
图,2,空中客机,A380,所用主要材料,飞机结构,飞机型号,上翼面蒙皮,桁条,下翼面蒙皮,桁条,机身蒙皮,桁条,A380,7055,7449,7085,（后梁）,7040,（前梁）,2024HDT,2026,6013_T78,5076,表,2,铝合金在空中客机,A380,上的应用,二、铝合金在航空航天领域的应用,2.1,铝合金在航空领域的应用,（,4,）,ARJ21,飞机各部位采用的铝合金,图,3 ARJ21,支线客机主要铝合金分布示意图,我国的,ARJ21,飞机各部位采用的铝合金主要包括,7050-T74,，,7150-T77,，,7055-T77,，,2XXX-T3,等，如图,3,所示二、铝合金在航空航天领域的应用,2.1,铝合金在航空领域的应用,（,5,）飞机上常用铝合金的特点、用途及状态,合金,牌号,主要特点,主要用途,主要状态,1420,密度小、抗蚀性好,机身蒙皮和纵梁、座舱、油箱、舱口盖、地板、翼肋、管道附件,2024,强度高，有一定耐蚀性，综合性能较好,飞机蒙皮、骨架、肋梁、螺旋桨元件等飞机结构件,T351,、,T4,、,T851,2219,具有较高的室温强度和高温持久强度，热塑性好，无挤压效应，可焊接，抗腐蚀性差,飞机蒙皮与结构件,T31,、,T37,、,T87,、,T851,、,T3511,2324,高强、高韧,飞机结构件,T39,2524,高强、高韧、抗疲劳强度高,机身蒙皮,T3,3003,良好的抗腐蚀性能和延展性、密度小,发动机过滤网,H22,5052,中等强度、良好的耐蚀性和焊接性、易于加工成形,风扇叶片、储油箱,H32,、,H34,、,H112,表,3,飞机用主要铝合金的特点、用途及状态,合金,牌号,主要特点,主要用途,主要状态,7050,高强、良好的断裂韧性和抗腐蚀性能、淬火敏感性低,飞机机身框架、机翼蒙皮、舱壁、桁条、加强筋、肋、托架、起落架支承部件、座椅导轨,T7651,、,T7451,、,T73511,、,T76511,、,T7452,7150,高强、优良的抗腐蚀性能、优良的断裂韧性和抗疲劳性能,飞机的上翼结构、机体板梁凸缘、上面外板主翼纵梁、机身加强件、龙骨梁、座椅导轨,T651,、,T7751,、,T6511,、,T77511,、,T77,7175,高强、良好的抗腐蚀性、优良的断裂韧性,飞机外翼梁、主起落架、前起落架动作筒、垂尾接头,T74,、,T7452,、,T76511,7475,高强、高韧、好的抗疲劳性能和抗腐蚀性能，具有良好的综合性能,飞机机身、机翼蒙皮、中央翼结构件、翼梁、舱壁、隔板、直升机舱板、起落架舱门,T61,、,T761,、,T651,、,T7651,、,T7351,7085,高强度锻造铝合金，综合性能高，适合于大截面产品,桁条,T7651,B93,铸造和压力加工状态各向异性小、良好的成形性、具有最低的临界冷速率,形状复杂的大锻件、飞机主起落架闸门的连杆操纵装置、机体构件、直升机悬翼夹头、起落撬、弹射座椅导轨,T1(T6),、,T3(T73),续表,3,飞机用主要铝合金的特点、用途及状态,二、铝合金在航空航天领域的应用,2.2,铝合金在航天领域的应用,图,4,运载火箭主要铝材分布示意图,铝合金在航天领域运载火箭上的应用，主要有,7075,、,20 x4,、,2219,等，如图,4,所示。
三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,航空航天领域主要应用高强高韧,2xxx,系和,7xxx,系铝合金为了满足飞机、运载火箭等对铝合金材料高强、高韧、耐腐蚀、抗疲劳的要求，除了提高熔炼铸造技术，从源头上保证铸锭质量，以及精密的加工技术外，还需要对铝合金进行必要、精确的热处理高强高韧铝合金热处理工艺,均匀化处理,固溶处理,时效处理,形变热处理,下面仅以高强高韧,7xxx,系铝合金为例，以点代面，对航空航天铝合金的热处理工艺进行简要描述三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.1,均匀化处理,均匀化处理,单级均匀化,二级均匀化,连续均匀化,强化均匀化,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.1,均匀化处理,图,5 7x50AA,铸造态组织（,SEM,）,图,6 7x50AA,单级均化组织（,SEM,）,465x24h,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.1,均匀化处理,图,8 7x50AA,双级均匀化组织（,SEM,）,465x24h+475 x4h,图,7 7x50AA,双级均化组织（,SEM,）,465x24h+475 x2h,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.1,均匀化处理,表,4,均匀化处理对合金性能的影响,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.2,固溶处理,固溶处理,强化固溶,高温预析出,常规固溶处理,复合固溶处理,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.2,固溶处理,图,10 7x50AA,常规固溶组织（,OM,）,470,图,11 7x50AA,强化固溶组织（,OM,）,450 x1.5h+480 x45min,图,9,常规固溶和强化固溶原理示意图,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.2,固溶处理,时间,Ts,Ts,Tc,Td,温度,图,12,高温预析出原理示意图,图,13 7x50AA,强化固溶组织（,OM,）,450 x1.5h+480 x45min+440 x30min,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.2,固溶处理,图,14,高温预析出处理影响晶界析出相的模型,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.3,时效处理,时效处理,峰值时效,双级时效,回归再时效,高强铝合金的研制基本上沿着高强度高强度、高韧性高强度、高韧性、耐腐蚀高强度、高韧性、耐腐蚀、抗疲劳、高综合性能的路线发展。
随之热处理状态开发则是沿着,T6T73T76T736(T74)T77,方向进展，也即沿着峰值时效过时效回归再时效处理的顺序发展三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.3,时效处理,3.3.1,时效温度和时间对时效强化效果的影响,强度,时效温度,强化,过时效,图,15,温度对时效强化效果的影响（示意图）,t,7,t,1,t,2,t,3,t,4,t,5,t,6,时效时间,强度,图,16,在不同温度下时效时合金的强度,与时效时间的关系,（,t7,t6,t5,t4,t3,t2,t1,）,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.3,时效处理,3.3.2,峰值时效,图,17,高强铝合金,T6,态微观组织示意图,(a),Al,3,Zr,(b),三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.3,时效处理,3.3.3,双级时效,图,18,高强铝合金双级时效态微观组织示意图,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.3,时效处理,3.3.4,回归在时效处理（,RRA,）,固溶处理,预时效,回归处理,再时效,时间,/h,温度,/,图,19 RRA,处理工艺示意图,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.3,时效处理,3.3.4,回归在时效处理（,RRA,）,回归时间,强度、硬度,RRA,R,图,20,在回归和回归再时效过程中强度和硬度变化示意图,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.3,时效处理,3.3.4,回归在时效处理（,RRA,）,图,21 7075,铝合金在,RRA,处理过程中的显微组织变化示意图,(a),峰值时效（,120/24h,）；,(b),回归处理（,200,270,）；,(c),二次峰值时效（,120/24h,）,(h),(i),热处理状态,抗拉强度（,MPa,）,屈服强度（,MPa,）,延伸率,(,),晶间腐蚀等级,T6(120/20h),572,537,18.9,4,RRA-(190/60min),593,571,10.5,3,T73-,（,120/20h+165,/12h,）,521,485,9.3,3,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.3,时效处理,表,5 7x5xAA,不同时效处理后性能比较表,三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.3,时效处理,3.3.4,回归在时效处理（,RRA,）,1989,年美国的,Alcoa,公司以,T77,热处理状态为名注册了第一个可工业应用的,RRA,处理工艺规范，并将这种工艺用于,7150,铝合金的热处理，并首次将经过,T77,处理的,7150,铝合金厚板和挤压件用于,C,17,军用运输机。
第四代高性能铝合金最关键的,T77,热处理技术我国尚未工业应用三、热处理工艺在航空航天铝合金上的应用,3.3,时效处理,3.3.5,形变热处理,形变热处理是通过塑性变形和热处理相结合的工艺，用于改善过渡沉淀相的分布及合金的精细结构，以获得较高的强韧性及抗蚀性最早的工艺是由,Wert,等人在,1981,提出该工艺主要适用宇航结构的合金实践表明，形变热处理改善,7050,、,7475,合金力学性能具有明显的效果四、结束语,综上，本人认为，为了满足航空航天工业的发展，必须继续大力发展铝合金热处理工艺技术，保证其竞争力目前，铝合金热处理工艺技术国外已经发展到,370,余种,，我国仅有,100,余种第四代高性能铝合金,最关键,的,T77,热处理技术我国尚未工业应用世界铝合金热处理工艺技术在发展的同时，我国应该以生产。