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）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120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1Boeing777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70x5、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A380705574497085（后梁）7040（前梁）2024HDT20266013_T785076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3ARJ21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、、铝铝合合金金在在航航空空航航天天领领域域的的应应用用2.1铝合合金金在在航航空空领领域域的的应应用用（5）飞飞机机上上常常用用铝铝合合金金的的特特点点、、用用途途及及状状态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飞机机用用主主要要铝铝合合金金的的特特点点、、用用途途及及状状态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T7651B93пц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)续表表3飞机机用用主主要要铝铝合合金金的的特特点点、、用用途途及及状状态态二、、铝铝合合金金在在航航空空航航天天领领域域的的应应用用2.2铝合合金金在在航航天天领领域域的的应应用用图4运载载火火箭箭主主要要铝铝材材分分布布示示意意图图铝合合金金在在航航天天领领域域运运载载火火箭箭上上的的应应用用，，主主要要有有7075、20x4、2219等，，如如图图4所示示。。三、、热热处处理理工工艺艺在在航航空空航航天天铝铝合合金金上上的的应应用用航空空航航天天领领域域主主要要应应用用高高强强高高韧韧2xxx系和和7xxx系铝铝合合金金。。为为了了满满足足飞飞机机、、运运载载火火箭箭等等对对铝铝合合金金材材料料高高强强、、高高韧韧、、耐耐腐腐蚀蚀、、抗抗疲疲劳劳的的要要求求，，除除了了提提高高熔熔炼炼铸铸造造技技术术，，从从源源头头上上保保证证铸铸锭锭质质量量，，以以及及精精密密的的加加工工技技术术外外，，还还需需要要对对铝铝合合金金进进行行必必要要、、精精确确的的热热处处理理。。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面仅仅以以高高强强高高韧韧7xxx系铝铝合合金金为为例例，，以以点点代代面面，，对对航航空空航航天天铝铝合合金金的的热热处处理理工工艺艺进进行行简简要要描描述述。。三、、热热处处理理工工艺艺在在航航空空航航天天铝铝合合金金上上的的应应用用3.1均匀匀化化处处理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、、热热处处理理工工艺艺在在航航空空航航天天铝铝合合金金上上的的应应用用3.1均匀匀化化处处理理图57x50AA铸造造态态组组织织（（SEM）图67x50AA单级级均均化化组组织织（（SEM）465℃℃x24h三、、热热处处理理工工艺艺在在航航空空航航天天铝铝合合金金上上的的应应用用3.1均匀匀化化处处理理图87x50AA双级级均均匀匀化化组组织织（（SEM）465℃℃x24h+475℃℃x4h图77x50AA双级均化化组织（（SEM）465℃℃x24h+475℃℃x2h三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.1均匀化处处理表4均匀化处处理对合合金性能能的影响响三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.2固溶处理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、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.2固溶处理理图107x50AA常规固溶溶组织（（OM）470℃℃图117x50AA强化固溶溶组织（（OM）450℃℃x1.5h+480℃x45min图9常规固溶溶和强化化固溶原原理示意意图三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.2固溶处理理时间TsTs′TcTd温度图12高温预析析出原理理示意图图图137x50AA强化固溶溶组织（（OM）450℃℃x1.5h+480℃x45min+440℃℃x30min三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.2固溶处理理图14高温预析析出处理理影响晶晶界析出出相的模模型三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.3时效处理理时效处理峰值时效双级时效回归再时效高强铝合合金的研研制基本本上沿着着高强度度→高强强度、高高韧性→→高强度度、高韧韧性、耐耐腐蚀→→高强度度、高韧韧性、耐耐腐蚀、、抗疲劳劳、高综综合性能能的路线线发展。。随之热热处理状状态开发发则是沿沿着T6→T73→→T76→T736(T74)→T77方向进展展，也即即沿着峰峰值时效效→过时时效→回回归再时时效处理理的顺序序发展。。三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.3时效处理理3.3.1时效温度度和时间间对时效效强化效效果的影影响强度时效温度强化过时效图15温度对时时效强化化效果的的影响（（示意图图）t7t1t2t3t4t5t6时效时间强度图16在不同温温度下时时效时合合金的强强度与时效时时间的关关系（t7＞t6＞t5＞t4＞t3＞t2＞t1）三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.3时效处理理3.3.2峰值时效效图17高强铝合合金T6态微观组组织示意意图(a)Al3Zr(b)三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.3时效处理理3.3.3双级时效效图18高强铝合合金双级级时效态态微观组组织示意意图三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.3时效处理理3.3.4回归在时时效处理理（RRA）固溶处理预时效回归处理再时效时间/h温度/℃图19RRA处理工艺艺示意图图三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.3时效处理理3.3.4回归在时时效处理理（RRA）回归时间强度、硬度RRAR图20在回归和和回归再再时效过过程中强强度和硬硬度变化化示意图图三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.3时效处理理3.3.4回归在时时效处理理（RRA）图217075铝合金在在RRA处理过程程中的显显微组织织变化示示意图(a)峰值时效效（120℃℃/24h）；(b)回归处理理（200～270℃℃）；(c)二次峰值值时效（（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)57253718.94RRA-(190℃/60min)59357110.53T73-（120℃/20h+165

℃/12h）5214859.33三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.3时效处理理表57x5xAA不同时效效处理后后性能比比较表三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.3时效处理理3.3.4回归在时时效处理理（RRA）1989年美国的的Alcoa公司以T77热处理状状态为名名注册了了第一个个可工业业应用的的RRA处理工艺艺规范，，并将这这种工艺艺用于7150铝合金的的热处理理，并首首次将经经过T77处理的7150铝合金厚厚板和挤挤压件用用于C－17军用运输输机。第四代高高性能铝铝合金最最关键的的T77热处理技技术我国国尚未工工业应用用。三、热处处理工艺艺在航空空航天铝铝合金上上的应用用3.3时效处理理3.3.5形变热处处理形变热处处理是通通过塑性性变形和和热处理理相结合合的工艺艺，用于于改善过过渡沉淀淀相的分分布及合合金的精精细结构构，以获获得较高高的强韧韧性及抗抗蚀性。。最早的工工艺是由由Wert等人在1981提出．该该工艺主主要适用用宇航结结构的合合金。实实践表明明，形变变热处理理改善7050、7475合金力学学性能具具有明显显的效果果。四、结束束语综上，本本人认为为，为了了满足航航空航天天工业的的发展，，必须继继续大力力发展铝铝合金热热处理工工艺技术术，保证证其竞争争力。目前，铝铝合金热热处理工工艺技术术国外已已经发展展到370余种，我国仅仅有100余种。第四代高高性能铝铝合金最关键的T77热处理技技术我国国尚未工工业应用用。世界铝合合金热处处理工艺艺技术在在发展的的同时，，我国应应该以生生产“大飞机”为契机机，开发先进进的热处处理工艺艺技术，提高铝铝材的综综合性能能，满足足国内航航空航天天工业对对铝合金金性能的的要求。。谢谢！说明：课课件中数数据、图图、表均均来自公公开发表表的论论文、或或网络。。9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。20:38:2020:38:2020:3812/29/20228:38:20PM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。12月-2220:38:2020:38Dec-2229-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。20:38:2020:38:2020:38Thursday,December29,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2220:38:2020:38:20December29,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。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、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2920:38:2020:38:2029December202217、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。8:38:20下下午午8:38下下午午20:38:2012月月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。20:38:2020:38:2020:3812/29/20228:38:20PM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累累。。。。12月月-2220:38:2020:38Dec-2229-Dec-2212、世间成事，，不求其绝对对圆满，留一一份不足，可可得无限完美美。。20:38:2020:38:2020:38Thursday,December29,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2220:38:2020:38:20December29,202214、意意志志坚坚强强的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥块块一一样样任任意意揉揉捏捏。。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，荆门门九派通。。。。十二月228:38下下午12月-2220:38December29,202216、少年十五二二十时，步行行夺得胡马骑骑。。2022/12/2920:38:2020:38:2029December202217、空山山新雨雨后，，天气气晚来来秋。。