航空铝合金及其材料加工分析

航空铝合金及其材料加工分析

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:航空制造中的铝合金材料,是比较重要的加工材料,由于航空制造对安全性及质量性能的要求比较高,在加工铝合金材料时,要注重结构材料的性能,提高铝合金材料的应用质量,规避潜在的风险,体现出铝合金材料加工的综合性和均匀性。航空铝合金材料朝向高强度的方向发展,所以本文主要探讨一下航空用铝合金及其材料加工。

关键词:航空铝合金;材料;加工

铝合金及其材料加工在航空制造中,直接关系到航空器的性能与运营寿命。航空铝合金和材料的处理,能够提高零件的能力,保障零部件表面具备高性能的残余压应力,积极提升疲劳寿命,以免干扰铝合金及其材料的实践应用,满足航空制造的基本需求,体现出铝合金及其材料加工的重要性,完善材料加工的过程。

一、航空铝合金及其材料的加工性能

航空建设中,飞机在飞行过程中,对铝合金及其材料的要求比较高,需要发挥铝合金材料的高韧性、高强度、抗疲劳的特征,而且还要具有抗腐蚀的特点。考虑到飞机零件的全周期寿命,规范好铝合金及其材料的加工性能。

首先是铝合金及其材料加工时的静强度性能,保障铝合金在给定设计载荷的状态下,保持安全稳定的状态,禁止发生破坏,防止航空零部件出现永久变形的问题。静强度性能对铝合金材料的要求是:不出现疲劳裂纹,保障零部件在全周期寿命中的安全性。静强度性能设计中,铝合金材料可能会隐藏初始的缺陷,潜在疲劳裂纹的风险。根据已经出现的疲劳裂纹,规划出零部件整体结构的外载荷,便于铝合金材料在维修中能及时发现和处理损伤与破坏。

然后航空铝合金及其材料加工性能控制方面,考虑到飞机运行中的蒙皮温度影响因素,长期处于高温的状态中,铝合金材料的性能会逐步下降。一般情况下,协和式飞机的速度在2.2Ma时,飞机头部的温度,最高可以达到149℃,铝合金材料的性能,明显下降。在某个温度点,铝合金材料的性能会表现出急剧下降的状态,影响了材料的拉伸强度。铝合金材料加工性能中,必须注重温度对材料性能的影响,保障铝合金在一定温度区间中的稳定性,预防出现温度过高材料强度降低的情况。

最后是航空铝合金及其材料服役性能的运用。飞机不同部位的铝合金材料,服役性能有明显的差异,例如:疲劳、抗压强度、断裂韧性等,均是材料服役性能的范围。除此以外,部分特殊的结构材料中,还包括剪切强度与耐腐蚀等特征。我国航空运输中的商业飞机,正在朝着超音速的方向发展,延长飞机的运行寿命,增加航空材料市场的竞争力,深入研究商业飞机的结构,规划好铝合金及其材料的性能,投入到加工生产中。

二、航空铝合金及其材料的加工应用

航空铝材料中,加入了铜、镁、锌等材料,构成铝合金产物,用来提高航空铝合金材料的强韧度,体现高强铝合金的加工性能。高强铝合金在航空行业中的运用,比强度、比模量方面,有明显的优势。铝合金及其材料的加工工艺简单,加工技术较为成熟,促使铝合金在航空制造中具有很强的竞争力,属于飞机制造中的重要材料。铝合金在航空飞机整机制造的材料中,占有量高达70%~80%,随着航空事业的发展,飞机处于改型、创新的环境中,铝合金及其材料加工,受到很大的重视,满足零部件制造的需求。

铝合金及其材料在航空制造中,同样受到一定的压力,尤其是复合材料的出现,此类材料强度、综合性能方面均具有明显的优势,增加了铝合金及其材料加工的压力。铝合金及其材料中,提出了变形铝合金的运用,如:2XXX合金(Al-Cu-(Mg)),制造的产品中,有轧制板材、锻件等,采用变形铝合金,能够提高优质的损伤容限性能,维护铝合金材料的强度及抗腐蚀性能。高强铝合金,也是航空铝合金材料的发展趋势,高强铝合金中,7050铝合金的使用量非常大,其在航空飞机中的规格也非常大。用7050铝合金生产的飞机的翼盒内翼梁,表明航空铝合金及其材料的加工应用,进入了高强、耐腐蚀、高韧性、高损伤容限的环境内。高强铝合金的应用,促使屈服度由300MPa变为600MPa,提高屈服强度的过程中,还能提高断裂韧性。

以航空商业飞机为例,分析铝合金及其材料的应用,投入应用的铝合金材料,表现出综合性能,促使铝合金具备足够强的竞争力。列举铝合金及其材料的实践应用,如:

(1)101.6mm~254mm的7140-T7651铝合金厚板,其在飞机制造中,表现出强韧性的特点,此项铝合金材料的性能要优于7050铝合金,与2139-T8XX板材厚度相比,损伤容限性能较好,密度低、质量轻,能够作为铝合金材料的替代物,减轻航空商业飞机的重量。

(2)2198-T8X铝合金,高损伤容限、高强度、高热稳定性,均较为明显,属于一类优质的铝合金加工应用材料。

(3)2027铝合金材料的强度、损伤容限性能,与2024铝合金相比,制造的挤压件和板材,性能分别提升了20.5%~25%、10%。

(4)7085铝合金改进为7085-T7651,制作航空商业飞机的厚板,屈服强度与7085铝合金相比,长向高出了60MPa~80MPa,短横向是50MPa~60MPa。

航空铝合金及其材料的应用中,铝合金厚板可以直接制作成飞机的整体构件,不采取焊接、铆接的方法,由此降低使用零件的数量,间接提高构件的刚度与可靠性,辅助降低零部件的质量。飞机制造中,高强铝合金厚板的厚度,基本可以达到300mm,按照航空飞机的生产要求,降低高强铝合金的残余应力,消减残余的应力,达到航空铝合金材料的加工需求。

三、航空铝合金及其材料的加工调控

航空铝合金及其材料的加工中,针对材料的成分、组织提出调控的要求,确保铝合金及其材料加工,符合航空飞机制造的规范标准。

1.成分调控

航空铝合金的成分调控,需根据航空制造的要求,增加铝合金中的主元素含量,改变铝合金的性能,便于提高合金强度。铝合金成分调控中的主元素,含量比重不能影响铝合金的集体成分。根据金属材料的动力学、热力学,把控好铝合金的强度、韧性等成分应用,适当地增加铝合金内的成分,有利于提升铝合金的性能,调控铝合金材料的成分,改变铝合金的性能,优化铝合金在航空制造中的运用,使铝合金材料表面、中心位置,性能上不能出现较大的差距,保证铝合金材料的整体性能。

2.组织调控

组织调控是航空铝合金及其材料加工中不可缺少的部分,负责铝合金材料的制备。航空铝合金及其材料,经过组织调控后,生产出高质量、无裂纹的铸造,专门用于制造大规模的零部件,解决铝合金材料的分配处理问题。铝合金材料组织调控过程中,禁止发生熔体偏析的问题,便于结晶出较宽的高强铝合金材料,减轻铝合金材料铸造的难度,优化铝合金组织调控的环境。

结语

航空铝合金及其材料的加工,按照性能设计、应用以及调控的方法,提高航空铝合金的基础性能,避免影响铝合金及其材料在航空运行中的实际运用,完善航空铝合金的加工环境,最主要的是利用调控的方法,缓解航空制造中的材料压力,表明铝合金及其材料加工的重要性,严格按照航空制造的规范,把控铝合金及其材料的加工过程。

参考文献

[1]张新明,刘胜胆.航空铝合金及其材料加工[J].中国材料进展,2013(1):39-55.

[2]陈守伟.航空铝合金加工时的变形控制[J].中国新技术新产品,2012(17):90-92.

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