常用航空用铝合金热处理规范解读.ppt

1 航空用铝合金常用热处理规范简析 2013年12月25日 北京南山航空材料研究院 2 铝加工产品常用的状态 F态 自由加工状态 适用于产品在成型过程中 对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品 该状态产品的力学性能不作规定 O态 退火状态 适用于经完全退火获得最低强度的加工产品 O1 加工后的材料在大约与固溶处理相同的温度下保温相等的时间 然后缓慢冷却到室温所处的一种状态 O2 材料在形变处理后所处的状态 这种处理是为了提高材料的成形性能 以便进行超塑性加工 SPF O3 均匀化处理后的状态 3 H态 加工硬化状态 适用于通过加工硬化提高强度的产品 产品在加工硬化后可经过 也可不经过 使强度有所降低的附加热处理 对于船用合金 如5083 5383 5456 5059等合金 常用的热处理状态有H321及H116状态 W态 固溶处理状态 一种不稳定状态 仅适用于经固溶处理后 室温下自然时效的合金 该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段 T态 适用于热处理后 经过 或不经过 加工硬化达到稳定的产品 T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字 在T字后面的第一位数字表示热处理基本类型 从1 10 其后各位数字表示在热处理细节方面有所变化 4 机身蒙皮 2024T351 2524T351 6061T651薄板长桁 2024T8511 7150T7511 7055T74511型材隔框 2124T851 7075T651 7050T7451厚板机身梁 7150T77511 7055T77511型材地板地板梁 2196T8511 2099T83 T8E67型材地板 2198 2098T82 T8P薄板机翼上蒙皮 7075T6 7475T761薄板下蒙皮 2524T3薄板上壁板 7075T651 7150T7751 7055T7751厚板下壁板 2324T39 厚板上桁条 7150T77511 7055T74511 T76511型材下桁条 2026T3511型材翼梁翼肋 7085T7651厚板 7085T7452锻件 2397T87厚板尾翼垂直尾翼 7075T7352锻件 航空制造常用铝合金的种类及状态 5 Davenport Alcoa 产品 6 Issoire Alcan 产品 7 8 T热处理的细分状态 T1 铝材从高温热加工冷却下来 经自然时效所处的充分稳定的状态 适用于热挤压后不进行冷加工的材料 或矫直等冷加工对其标定的力学性能无影响的产品 T2 铝材从高温热加工冷却后进行冷加工 然后再进行自然时效的状态 如为了提高强度 对热挤压产品进行冷加工 然后通过自然时效可达到充分稳定的状态 也适用于矫直加工会影响其标定力学性能的产品 T3 固溶处理后进行冷加工 然后通过自然时效达到稳定的一种状态 适用于固溶处理后通过冷加工提高其自然时效状态的性能的产品 或矫直能影响其标定力学性能的产品 T4 固溶热处理与自然时效达到稳定的状态 T5 从热加工温度冷却后再进行人工时效的状态 9 T6 固溶处理 然后人工时效处理 T7 固溶处理 然后进行过人工时效处理 T8 固溶处理后进行冷加工 然后进行人工时效 T9 固溶处理后进行人工时效 然后进行冷加工 适用于经冷加工以提高其强度的产品 T10 自高温成形过程冷却后进行冷加工 然后进行人工时效 适用于经冷加工或拉伸 矫直等可提高其强度的产品 10 11 T3热处理态 T3态主要用于飞机蒙皮板 壁板 桁条等 如2024 T351机身蒙皮板 2524 T351板材 2324 T39等 常用到的规范有 T31 T351 T3510 T3511 T352 T354 T36 T361等 12 T31 固溶处理 然后进行冷加工约1 左右的变形量 然后进行自然时效 1 左右的冷变形量主要用作矫直或平整 T351 固溶处理 然后通过可控的拉伸量消除应力 薄板的永久变形量0 5 3 0 厚板的变形量为1 5 3 棒材的冷精轧量即冷精整变形量为1 3 自由锻件或环锻件及轧制环的永久变形量为1 5 然后进行自然时效 拉伸后不再进行矫直 T3510 固溶处理 然后通过可控的拉伸量对挤压材进行消除应力 挤压管 棒 型材的永久变形量为1 3 拉伸管的永久变形量为0 5 3 然后进行自然时效 拉伸后不再进行矫直 T3511 同T3510状态 拉伸后可略微矫直以达到标准规定的尺寸偏差精度 T352 固溶处理 然后采用压缩永久变形量1 5 消除应力 然后进行自然时效 T354 适用于模锻件 工艺为 产品经过固溶热处理及淬火后 在精整模内冷整形以消除应力 然后进行自然时效 内应力的消除通常采用拉伸及压缩的混合方式进行 13 2026 T3511挤压型材的热处理工艺 用途 2026 T3511挤压型材 用于桁条 铸锭规格 350mm 经均匀化退火后铸锭车皮至 313mm 均匀化退火 在493oC保温18小时 空冷 挤压工艺 采用4500t反向挤压机 挤压锭采用感应式加热 加热温度420 保温400s 挤压速度 1 1m min 带材规格 20 160 15000mm 固溶处理 固溶温度在493 500 固溶保温时间1小时 采用立式固溶处理炉进行 淬火水温小于30 预拉伸工艺 固溶处理后放置时间不少于2h时 进行2 2 5 预拉伸 自然时效 大于96小时 14 在可热处理强化的铝合金 尤其是在2024铝合金 中 为了获得较高的强度 在合金产品的固溶处理及时效之间对合金产品施加冷变形 该冷变形明显大于只是简单地使合金进行矫直或释放应力所需要的变形量 这种工艺是在对产品进行简单地矫直或平整工艺的变种 例如2024合金的T3态及T81态 对产品施加额外的冷加工后 热处理规范变为T361及T861 2024 T361 应用于板材 基本热处理是T3 表明产品经过固溶处理及淬火后 对产品施加冷变形 冷变形量远大于对产品进行矫直或平整所需要的变形量 T3 该工艺称为T361 T36 基本热处理是T3 表明经过固溶处理及淬火后 对产品施加冷变形 冷加工变形量约6 然后进行自然时效 15 2024 T361薄板的热处理制度 板材用途 飞机蒙皮板等 合金板材 2024板材 厚度2mm 固溶处理 495 500oC 保温20 30min 淬火介质 水温小于30oC 拉伸前停放时间 小于8小时 冷变形量 6 左右 自然时效工艺 大于96h 16 T37 固溶处理后 为增加产品强度而进行断面减缩率约7 的冷加工 然后进行自然时效处理 T39 固溶处理后对产品施加适量的冷加工变形以满足既定的力学性能要求 冷加工可在自然时效前进行 也可在其后进行 17 TX1对于一些热处理状态为T4 T6及T7的变形铝合金 在常规的热处理状态后面加 1 表明淬火工艺的改变 如果只有一个 1 则表明固溶处理后在沸水中淬火 如T61 如果 1 后面还有一个数字 则表明淬火介质按照特定的要求发生变化 如T611 18 指变形铝合金产品的最终热处理不是由合金产品的生产者实施 而是由产品的使用者或经销商 如飞机制造商或为其代理的热处理商 进行 TX2规范一般和一些规范如T4 T6 T73或T76联合出现 指明产品的其它需要进行的热处理工艺 如T42 T62 T732 或T762等 在生产中 产品生产者一般提供O态或F态的产品 产品的使用者或经销商再根据使用性能要求进行规定的热处理 7075 T62 用作模锻产品 基本热处理是T6 工艺为 固溶处理 淬火 人工时效 T62规范中后面的 2 指明热处理不是由锻件的生产者进行 而是由锻件的使用者 或零件承包商 进行 TX2 19 T6 峰值时效 用于飞机的蒙皮 隔框 壁板等 T61 固溶处理后在特殊的淬火介质中进行淬火 然后进行人工时效 以提高成形性能 2024 T61 基本热处理是T6 表明产品经过固溶处理 淬火及人工时效 产品在固溶处理后在沸水中淬火以减少残余内应力的产生 2024 T611 应用于锻件 基本热处理是T6 表明产品经过固溶处理 淬火及人工时效 产品在固溶处理后在特定的淬火介质中淬火以减少残余内应力的产生 T61 调整淬火介质使产品的性能指标介于T6与T61之间 T611 2024 T6151 应用于中厚板 基本热处理是T6 表明产品经过固溶处理 淬火及人工时效 产品在固溶处理后在沸水淬火介质中淬火以减少残余内应力的产生 T61 板材随后经过变形量为0 5到3 的拉伸变形 薄板的永久变形量0 5 3 0 厚板的1 5 3 然后进行人工时效 以提高成形性能 拉伸后不得作进一步的矫直 T6151 20 T62 固溶热处理及淬火后进行人工时效 适宜于自退火状态或F状态固溶处理的材料 或用户将任何状态的材料进行热处理 7075 T62 应用于模锻件 基本热处理是T6 表明产品经过固溶处理 淬火及人工时效 T62 后面的 2 表明固溶处理及时效处理不是由产品的生产商实施 而是由用户或用户的承包商实施 21 T651 固溶处理及淬火后 对产品进行一定量的拉伸以消除应力 薄板的永久变形量0 5 3 0 厚板的永久变形量是1 5 3 轧制或精整棒材的永久变形量是1 3 模锻件 锻环或轧制环的永久变形量是1 5 然后进行人工时效 拉伸后不再对产品作进一步的矫直 T6510 固溶处理及淬火后 对产品施加一定量的拉伸变形以消除应力 挤压管 棒 型材的永久变形量为1 3 拉拔管的永久变形量为0 5 3 后人工时效 拉伸后不再对产品作进一步的矫直 T6511 同T6510状态 但在拉伸后可略微矫直以使产品达到公差要求 22 T652 固溶热处理及淬火后 通过对产品施加一定量的压缩变形产生1 5 永久变形以消除内应力 然后进行人工时效 7075 T652 应用于自由锻件 手锻件 基本热处理是T6 表明产品经过固溶处理 淬火及人工时效 产品在固溶处理后去除内应力 T65 通过产生1 5 永久压缩变形以消除应力 然后人工时效 T652 T654 适用于在精整模内通过冷整形来消除应力的模锻件 内应力的消除通常采用拉伸及压缩的混合方式进行 7075 T654 应用于模锻件 基本热处理是T6 表明产品经过固溶处理 淬火及人工时效 产品在固溶处理后去除内应力 T65 消除应力通过拉伸及在精整模内冷整形的混合方式进行 T654 23 T66 固溶处理 然后进行人工时效 通过对工艺过程进行特殊控制以使此状态材料的力学性能比T6状态的高一些而达到最高强度 7175 T66 基本热处理是T6 表明产品经过固溶处理 淬火及人工时效 通过对工艺过程进行特殊控制以使此状态材料的力学性能比T6状态的高 其性能由供需双方商定 24 提高耐蚀性的热处理规范 T7 T7热处理规范是应用很广的工艺 包括中厚板 锻件 挤压材等 产品用于飞机结构的各个部位 为了提高一些高强铝合金尤其是7 系铝合金的耐蚀性能 在固溶处理及淬火后不是对合金产品进行峰值时效以达到材料的峰值强度 T6态 而是对产品进行过时效或稳定化处理 这类热处理称为T7类处理 7 后面的数字指明热处理的范围及耐蚀性能要达到的程度 7 合金耐腐蚀性能的提高往往以强度降低为代价 强度 T6 T76 T74 T73腐蚀性能 T6 T76 T74 T73 26 提高这类合金耐蚀性能的基本热处理有两类 提高应力腐蚀开裂抗力 SCC 的热处理为T73 意指对产品进行过时效处理使产品的应力腐蚀开裂抗力达到相对高的水平 远比T6类处理的应力腐蚀开裂抗力水平高 但材料的拉伸屈服强度和T6相比损失15 左右 提高剥落腐蚀抗力 EXCO 的热处理为T76 指对产品进行过时效处理使材料的剥落腐蚀抗力比T6类处理时的剥落腐蚀抗力水平高 但强度和T6相比损失5 到10 应该指出的是 T76的强度水平高于T73的强度水平 但T76的抗SCC抗力低于T73 27 T73 固溶处理 然后进行过人工时效处理使材料具有较佳的抗应力腐蚀能力 T732 固溶处理 然后进行过人工时效处理 使材料具有较佳的抗应力腐蚀能力 应用于自退火状态或F状态固溶处理的材料 也应用于用户将任何状态的材料进行热处理 T7351 固溶处理 对产品进行一定量的拉伸以消除应力 薄板的永久变形量0 5 3 0 厚板的1 5 3 轧制或冷精整棒材的1 3 自由锻件 环锻件和轧制环的1 5 然后进行过人工时效处理以达到材料具有最佳的抗应力腐蚀能力 拉伸后不再对产品作进一步的矫直 28 7050 T7351铝合金厚板热处理工艺 板材用途 用于机身隔框等 合金板材 7050合金板材 150mm 厚 1320mm 宽 8000mm 长 固溶处理 460 2h 480 2h 淬火介质 水温小于30oC 拉伸前停放时间 小于8小时 冷变形量 2 0 2 3 时效工艺 120 6h 空冷后 163 21h 29 T73510 应用于挤压产品 基本热处理是T7 表明产品经过固溶处理 淬火及过人工时效 过人工时效是为了在一定程度上使产品获得较高的腐蚀抗力 过时效的程度的大小是为了获得较高的应力腐蚀开裂抗力 T73 产品在淬火后进行0 5 3 的拉伸变形以去除应力 T73510 T73511 同T73510状态 但拉伸后可略微矫直以使产品达到公差要求 T7352 固溶处理 然后通过施加压缩应力使产品产生1 5 永久变形以消除应力 然后过人工时效 使材料具有较佳的应力腐蚀开裂抗力 T7354 固溶处理 然后在精整模内冷整形以消除应力 然后过人工时效到产品具有较佳的应力腐蚀开裂抗力 30 多年前 为7175 7175合金是在7075的基础上开发出的一种合金 该合金对杂质的控制比7075严格得多 锻件产品开发出一种特殊的热处理工艺 该工艺能够使7175合金具有高强度 优良的断裂韧性及较好的腐蚀抗力的良好组合 该工艺就是 T736工艺 如果采用冷压缩变形消除内应力 则成为T73652 这种热处理方法在7175 7050及其它高韧 高腐蚀抗力的合金上得到广泛的应用 引起对T736的重新定义及简化 变成现在的 T74 T74 固溶处理 然后进行过人工时效 使材料的性能位于T73状态与T76状态的材料性能之间 7175 T74 应用于模锻件 基本热处理是T7 指明产品经过固溶处理 淬火及对产品进行过时效处理以获得特殊的性能组合 对产品进行特殊处理以获得产品的强度 韧性及腐蚀性能的良好组合 同时断裂韧性及强度满足产品技术规范要求 T74 31 T7451 固溶处理及淬火后 通过对产品施加一定量的拉伸以消除应力 薄板的永久变形量0 5 3 0 厚板的1 5 3 轧制或冷精整棒材的1 3 手锻件 环锻件和轧制环的1 5 然后进行过人工时效 使材料的性能介于T73状态和T76状态材料的性能之间 T74510 固溶处理及淬火后 通过对产品施加一定量的拉伸以消除应力 挤压管 棒 型材的永久变形量为1 3 拉拔管的永久变形量为0 5 3 然后进行过人工时效使材料的性能介于T73状态和T76状态材料的性能之间 拉伸后不再对产品作进一步的矫直 T74511 同T74510状态 但拉伸后可略微矫直以使产品达到公差要求 32 T7452 固溶处理及淬火后 通过对产品施压产生1 5 永久变形量 然后过人工时效到材料的性能介于T73状态和T76状态材料的性能之间 T7454 固溶处理及淬火后 对产品在精整模内冷整形以消除应力 然后过人工时效到材料的性能介于T73状态和T76状态材料的性能之间 适用于模锻件 7175 T7454 应用于模锻件 基本热处理是T7 指明产品经过固溶处理 淬火及对产品进行过时效处理以获得特殊的性能组合 对产品进行特殊处理以获得产品的强度 韧性及腐蚀性能的良好组合 同时断裂韧性及强度满足产品技术规范要求 T74 内应力的消除通过拉伸及压缩的混合方式进行 T7454 33 T76 固溶处理及淬火 然后对产品进行过人工时效使材料达到具有良好的抗剥落腐蚀的能力 T761 固溶热处理 然后过人工时效材料到具有良好的抗剥落腐蚀的能力 适于7475合金板 带材 T762 固溶热处理 然后过人工时效使材料得到具有良好的抗剥落腐蚀的能力 适宜于自退火状态或F状态热处理的实验材料 也指用户将任何状态的材料再进行热处理后的状态 34 T7651 应用于中厚板 基本热处理是T7 表明产品经过固溶处理 淬火及过人工时效 过人工时效是为了在一定程度上使产品获得较高的腐蚀抗力 过时效的程度大小是为了使产品获得较高的剥落腐蚀抗力 T76 板材在淬火后进行0 5 3 的拉伸变形以去除应力 T7651 T76510 固溶处理 对产品施加一定量的拉伸以消除应力 挤压管 棒 型材的永久变形量1 3 拉拔管的永久变形量0 5 3 然后进行过人工时效使材料具有良好的抗剥落腐蚀能力 拉伸后不得再进行矫直 T76511 同T76510状态 但拉伸后可略微矫直以使产品达到公差要求 T7652 固溶处理 通过施加压缩应力使产品产生1 5 永久变形以消除应力 然后进行过人工时效使材料具有良好的抗剥落腐蚀能力状态 T7654 适用于模锻件 固溶处理 在精整模内进行冷整形以消除应力 然后过人工时效处理以达到材料具有良好的抗剥落腐蚀能力 7 合金的回归再时效 对于7 合金 目前较先进的有基于RRA的T77热处理工艺 使合金达到强度 韧性及耐腐蚀性能的最佳匹配 回归再时效对硬度或屈服强度的影响 根据强度和耐腐蚀性能匹配要求选择回归温度和时间 36 T77 基本热处理是T7 表明产品经过固溶处理 淬火及三级人工时效 三级时效处理是为了获得强度 断裂韧性及腐蚀性能的综合平衡 经过T77处理的产品 强度和T6态相比略微下降 或基本保持T6态的强度水平 但断裂韧性和腐蚀性能比T6态好得多 T77制度的实施 首先在较低温度时效一定的时间 使合金接近峰时效状态 然后进行高温短时间时效 最后再进行一次较低温度的时效处理 使合金具有最佳的强度 韧性和抗蚀性的配合 为了掌握这种可同时获得高强 高韧 良好抗蚀性的热处理技术 需要了解各级时效过程对合金析出强化的机理及控制方法 7150 T77制度较高的断裂韧性是由于粗大的金属间化合物及再结晶体积分数得到有效的控制 而强度及耐应力腐蚀性能的良好组合是由于强化相及含铜相的尺寸及空间分布得到良好的控制 采用T77工艺的合金产品种类很多 如7150 T77 7055 T77 7085 T77等 即应用于中厚板 也应用于型材及锻件产品 三步时效热处理及组织演变示意图 38 AA7150 T7751铝合金厚板热处理工艺 板材用途 机翼的上翼面等 合金板材 7150合金板材 78mm 厚 1600mm 宽 8000mm 长 固溶处理 460 465 1h 478 482 1 5h 淬火介质 水温小于30oC 拉伸前停放时间 小于8小时 冷变形量 1 8 2 2 时效工艺 121 24h 177 2 5 3h 121 24h 7150 T77多级时效工艺 42 T79 固溶处理 然后进行轻微的过人工时效 T79时效处理的目的是能够显著地提高抗剥落腐蚀性能而强度仍然能保持一个较良好的强度水平 该时效制度介于T6与T76时效制度之间 是一种精确控制的 受到限制的时效制度 其控制效果与T77相当 都是对强度的牺牲较小而抗腐蚀性能达到满足要求 在SAEAMS2772E标准中指出7449 T7951板材 7449 T79511挤压材的热处理制度为先低温再高温的121 4 28h 150 15 19h双级时效工艺制度 说明其是双级时效处理制度 T79时效制度仍受到专利保护 目前除了明确知道T79制度的组织控制之一是控制纤维状状组织不易发生剥落腐蚀性能之外 其它调控方法如控制 和 析出相 控制GB PFZ的目的及机理仍不清楚 43 7056 T7951板材热处理制度 中试规格的板材 合金板材 7056板材 规格2000 300 25mm 固溶处理 470oC 保温2小时 淬火介质 水温小于30oC 拉伸前停放时间 小于8小时 冷变形量 2 2 2 5 时效工艺 120 8h 160 8 14h 44 T79510 固溶处理及淬火后 对产品进行一定量的拉伸以消除应力 挤压管 棒 型材的永久变形量1 3 拉拔管的永久变形量0 5 3 然后进行轻微过人工时效 拉伸后不再进行矫直 T79511 同T79510状态 但拉伸后可略微矫直以使产品达到公差要求 采用T79工艺的产品还不多 如7055 7449 7056合金中厚板等 采用T79工艺 45 T8热处理应用也很广泛 如应用于飞机结构的绗条 隔框 地板 翼梁 翼肋等 T8工艺的定义 固溶处理及淬火后对产品施以冷加工 然后进行人工时效 T81 固溶处理 然后对产品施以冷加工 冷加工变形量约为1 然后进行人工时效 T82 用户进行固溶处理 拉伸矫直的最低永久变形量为2 然后进行人工时效 适用于8090合金 T832 固溶处理 冷加工至特定的永久变形率 然后进行人工时效 适用于拉拔6063合金管 T841 固溶处理 冷加工 然后进行欠人工时效 适用于2091及8090合金薄板 带 T84151 固溶处理 拉伸永久变形量为1 5 3 以消除应力 然后进行欠人工时效 适用于2091及8090合金厚板 T8热处理 46 T851 固溶处理及淬火后 通过对产品施加一定量的拉伸以消除应力 薄板的永久变形量0 5 3 0 厚板的1 5 3 轧制或冷精整棒材的1 3 手锻件 环锻件和轧制环的1 5 然后进行人工时效 拉伸后不再进行矫直 T8510 固溶处理及淬火后 通过对产品施加一定量的拉伸以消除应力 挤压管 棒 型材的永久变形量1 3 拉拔管的永久变形量0 5 3 然后人工时效 在T73 T76之间 拉伸后不得再进行矫直 T8511 与T8510状态 但拉伸后可略微矫直以使产品达到公差要求 T852 固溶处理 通过施压使材料产生1 5 的永久变形量 然后人工过时效 T854 固溶处理 适用于在精整模内通过冷整形来