[精选]航空航天铝合金材的热处理工艺13643.pptx

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2011.41 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 1）第一代 第一代 时效硬化 时效硬化高静强度 高静强度；应；应用：用：运 运5 5、轰、轰5 5（2 2）第二代 第二代 过时效热处理 过时效热处理高强耐蚀 高强耐蚀；应用：应用：运 运6 6、轰、轰6 6、歼、歼11 11、运、运8.8.（3 3）第三代 第三代 高纯为基础 高纯为基础，高强高韧 高强高韧耐蚀 耐蚀；应用：；应用：歼 歼10 10、枭龙、枭龙、ARJ21 ARJ21.（4 4）第四代 第四代以精确控制多尺度第二 以精确控制多尺度第二相为基础 相为基础超强高韧耐蚀抗疲劳铝合金 超强高韧耐蚀抗疲劳铝合金；应用：应用：ARJ21 ARJ21、大运机 大运机（5 5）正在研发第五代 正在研发第五代 具 具有 有高淬透性 高淬透性的高综合性能铝合金 的高综合性能铝合金。应用：。应用：大型运载 大型运载工具等 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 705574497085（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、T8512219 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、T35112324 高强、高韧 飞机结构件 T392524 高强、高韧、抗疲劳强度高 机身蒙皮 T33003 良好的抗腐蚀性能和延展性、密度小 发动机过滤网 H225052 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、T74527150 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、T777175 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、T765117475 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、T73517085 高强度锻造铝合金，综合性能高，适合于大截面产品桁条 T7651B93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TsTsTcTd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）t7t1t2t3t4t5t6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（t7t6t5t4t3t2t1）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)Al3Zr(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RRAR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（200270）；(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 4RRA-(190/60min)593 571 10.5 3T73-（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C17军用运输机。第 第四 四代 代高 高性 性能 能铝 铝合 合金 金最 最关 关键 键的 的T77 T77热 热处 处理 理技 技术 术我 我国 国尚 尚未工业应用。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 形变 变热 热处 处理 理是 是通 通过 过塑 塑性 性变 变形 形和 和热 热处 处理 理相 相结 结合 合的 的工 工艺 艺，用 用于 于改 改善 善过 过渡 渡沉 沉淀 淀相 相的 的分 分布 布及 及合 合金 金的 的精 精细 细结 结构 构，以 以获 获得 得较 较高 高的 的强 强韧 韧性 性及 及抗 抗蚀 蚀性。性。最 最早 早的 的工 工艺 艺是 是由 由Wert Wert等 等人 人在 在1981 1981提 提出 出 该 该工 工艺 艺主 主要 要适 适用 用宇 宇航 航结 结构 构的 的合 合金 金。实 实践 践表 表明 明，形 形变 变热 热处 处理 理改 改善 善7050 7050、7475 7475合 合金 金力 力学 学性 性能 能具 具有明显的效果。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 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。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 目前，铝合金热处理工艺技术国外已经发展到370 370余种 余种，我国仅有，我国仅有100 100余种。余种。第四代高性能铝合金 第四代高性能铝合金最关键 最关键的 的T77 T77热处理技术我国尚未工业应用。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 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“大飞机 大飞机”为契机，为契机，开发先进的热处理工艺技术 开发先进的热处理工艺技术，提高铝材的综合性能，满足国内，提高铝材的综合性能，满足国内航空航天工业对铝合金性能的要求。航空航天工业对铝合金性能的要求。谢谢！说明：课件中数据、图、表均来自公开发表 的论文、或网络。9、静夜四无邻，荒居旧业贫。5 月-235 月-23Tuesday,May 23,2023 10、雨中黄叶树，灯下白头人。17:54:2317:54:2317:545/23/2023 5:54:23 PM 11、以我独沈久，愧君相见频。5 月-2317:54:2317:54May-2323-May-23 12、故人江海别，几度隔山川。17:54:2317:54:2317:54Tuesday,May 23,2023 13、乍见翻疑梦，相悲各问年。5 月-235 月-2317:54:2317:54:23May 23,2023 14、他乡生白发，旧国见青山。23 五月 20235:54:23 下午17:54:235 月-23 15、比不了得就不比，得不到的就不要。五月 235:54 下午5 月-2317:54May 23,2023 16、行动出成果，工作出财富。2023/5/23 17:54:2317:54:2323 May 2023 17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。5:54:23 下午5:54 下午17:54:235 月-23 9、没有失败，只有暂时停止成功！。5 月-235 月-23Tuesday,May 23,2023 10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。17:54:2317:54:2317:545/23/2023 5:54:23 PM 11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。5 月-2317:54:2317:54May-2323-May-23 12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。17:54:2317:54:2317:54Tuesday,May 23,2023 13、不知香积寺，数里入云峰。5 月-235 月-2317:54:2317:54:23May 23,2023 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。23 五月 20235:54:23 下午17:54:235 月-23 15、楚塞三湘接，荆门九派通。五月 235:54 下午5 月-2317:54May 23,2023 16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/5/23 17:54:2317:54:2323 May 2023 17、空山新雨后，天气晚来秋。5:54:23 下午5:54 下午17:54:235 月-23 9、杨柳散和风，青山澹吾虑。5 月-235 月-23Tuesday,May 23,2023 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。17:54:2317:54:2317:545/23/2023 5:54:23 PM 11、越是没有本领的就越加自命不凡。5 月-2317:54:2317:54May-2323-May-23 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。17:54:2317:54:2317:54Tuesday,May 23,2023 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。5 月-235 月-2317:54:2317:54:23May 23,2023 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。23 五月 20235:54:23 下午17:54:235 月-23 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。五月 235:54 下午5 月-2317:54May 23,2023 16、业余生活要有意义，不要越轨。2023/5/23 17:54:2317:54:2323 May 2023 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。5:54:23 下午5:54 下午17:54:235 月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce 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