航空航天铝合金材的热处理工艺PPT课件.ppt

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 主要内容 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 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 8 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 表2铝合金在空中客机A380上的应用 9 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 10 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 表3飞机用主要铝合金的特点 用途及状态 11 续表3飞机用主要铝合金的特点 用途及状态 12 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 13 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 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 14 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 15 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57x50AA铸造态组织 SEM 图67x50AA单级均化组织 SEM 465 x24h 16 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87x50AA双级均匀化组织 SEM 465 x24h 475 x4h 图77x50AA双级均化组织 SEM 465 x24h 475 x2h 17 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 18 三 热处理工艺在航空航天铝合金上的应用3 2固溶处理 19 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107x50AA常规固溶组织 OM 470 图117x50AA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 20 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12高温预析出原理示意图 图137x50AA强化固溶组织 OM 450 x1 5h 480 x45min 440 x30min 21 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 22 三 热处理工艺在航空航天铝合金上的应用3 3时效处理 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T6 T73 T76 T736 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 23 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 图15温度对时效强化效果的影响 示意图 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 24 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 25 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 26 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19RRA处理工艺示意图 27 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20在回归和回归再时效过程中强度和硬度变化示意图 28 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217075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 29 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57x5xAA不同时效处理后性能比较表 30 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 31 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 32 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