航空航天铝合金材的热处理工艺课件

《航空航天铝合金材的热处理工艺课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《航空航天铝合金材的热处理工艺课件（34页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、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

2、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

3、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

4、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,A380,7055,744

5、9,7085,（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

6、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

7、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

8、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(

9、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,

10、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,）,46

11、5x24h+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

12、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

13、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

14、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（

15、,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

16、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