航空鋁合金及其材料加工分析

肖堯++魯帥

摘 要：航空制造中的鋁合金材料，是比較重要的加工材料，由于航空制造對安全性及質(zhì)量性能的要求比較高，在加工鋁合金材料時，要注重結構材料的性能，提高鋁合金材料的應用質(zhì)量，規(guī)避潛在的風險，體現(xiàn)出鋁合金材料加工的綜合性和均勻性。航空鋁合金材料朝向高強度的方向發(fā)展，所以本文主要探討一下航空用鋁合金及其材料加工。

關鍵詞：航空鋁合金；材料；加工

中圖分類號：V252 文獻標識碼：A

鋁合金及其材料加工在航空制造中，直接關系到航空器的性能與運營壽命。航空鋁合金和材料的處理，能夠提高零件的能力，保障零部件表面具備高性能的殘余壓應力，積極提升疲勞壽命，以免干擾鋁合金及其材料的實踐應用，滿足航空制造的基本需求，體現(xiàn)出鋁合金及其材料加工的重要性，完善材料加工的過程。

一、航空鋁合金及其材料的加工性能

航空建設中，飛機在飛行過程中，對鋁合金及其材料的要求比較高，需要發(fā)揮鋁合金材料的高韌性、高強度、抗疲勞的特征，而且還要具有抗腐蝕的特點。考慮到飛機零件的全周期壽命，規(guī)范好鋁合金及其材料的加工性能。

首先是鋁合金及其材料加工時的靜強度性能，保障鋁合金在給定設計載荷的狀態(tài)下，保持安全穩(wěn)定的狀態(tài)，禁止發(fā)生破壞，防止航空零部件出現(xiàn)永久變形的問題。靜強度性能對鋁合金材料的要求是：不出現(xiàn)疲勞裂紋，保障零部件在全周期壽命中的安全性。靜強度性能設計中，鋁合金材料可能會隱藏初始的缺陷，潛在疲勞裂紋的風險。根據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)的疲勞裂紋，規(guī)劃出零部件整體結構的外載荷，便于鋁合金材料在維修中能及時發(fā)現(xiàn)和處理損傷與破壞。

然后航空鋁合金及其材料加工性能控制方面，考慮到飛機運行中的蒙皮溫度影響因素，長期處于高溫的狀態(tài)中，鋁合金材料的性能會逐步下降。一般情況下，協(xié)和式飛機的速度在2.2Ma時，飛機頭部的溫度，最高可以達到149℃，鋁合金材料的性能，明顯下降。在某個溫度點，鋁合金材料的性能會表現(xiàn)出急劇下降的狀態(tài)，影響了材料的拉伸強度。鋁合金材料加工性能中，必須注重溫度對材料性能的影響，保障鋁合金在一定溫度區(qū)間中的穩(wěn)定性，預防出現(xiàn)溫度過高材料強度降低的情況。

最后是航空鋁合金及其材料服役性能的運用。飛機不同部位的鋁合金材料，服役性能有明顯的差異，例如：疲勞、抗壓強度、斷裂韌性等，均是材料服役性能的范圍。除此以外，部分特殊的結構材料中，還包括剪切強度與耐腐蝕等特征。我國航空運輸中的商業(yè)飛機，正在朝著超音速的方向發(fā)展，延長飛機的運行壽命，增加航空材料市場的競爭力，深入研究商業(yè)飛機的結構，規(guī)劃好鋁合金及其材料的性能，投入到加工生產(chǎn)中。

二、航空鋁合金及其材料的加工應用

航空鋁材料中，加入了銅、鎂、鋅等材料，構成鋁合金產(chǎn)物，用來提高航空鋁合金材料的強韌度，體現(xiàn)高強鋁合金的加工性能。高強鋁合金在航空行業(yè)中的運用，比強度、比模量方面，有明顯的優(yōu)勢。鋁合金及其材料的加工工藝簡單，加工技術較為成熟，促使鋁合金在航空制造中具有很強的競爭力，屬于飛機制造中的重要材料。鋁合金在航空飛機整機制造的材料中，占有量高達70%～80%，隨著航空事業(yè)的發(fā)展，飛機處于改型、創(chuàng)新的環(huán)境中，鋁合金及其材料加工，受到很大的重視，滿足零部件制造的需求。

鋁合金及其材料在航空制造中，同樣受到一定的壓力，尤其是復合材料的出現(xiàn)，此類材料強度、綜合性能方面均具有明顯的優(yōu)勢，增加了鋁合金及其材料加工的壓力。鋁合金及其材料中，提出了變形鋁合金的運用，如：2XXX合金（Al-Cu-（Mg）），制造的產(chǎn)品中，有軋制板材、鍛件等，采用變形鋁合金，能夠提高優(yōu)質(zhì)的損傷容限性能，維護鋁合金材料的強度及抗腐蝕性能。高強鋁合金，也是航空鋁合金材料的發(fā)展趨勢，高強鋁合金中，7050鋁合金的使用量非常大，其在航空飛機中的規(guī)格也非常大。用7050鋁合金生產(chǎn)的飛機的翼盒內(nèi)翼梁，表明航空鋁合金及其材料的加工應用，進入了高強、耐腐蝕、高韌性、高損傷容限的環(huán)境內(nèi)。高強鋁合金的應用，促使屈服度由300MPa變?yōu)?00MPa，提高屈服強度的過程中，還能提高斷裂韌性。

以航空商業(yè)飛機為例，分析鋁合金及其材料的應用，投入應用的鋁合金材料，表現(xiàn)出綜合性能，促使鋁合金具備足夠強的競爭力。列舉鋁合金及其材料的實踐應用，如：

（1）101.6mm～254mm的7140-T7651鋁合金厚板，其在飛機制造中，表現(xiàn)出強韌性的特點，此項鋁合金材料的性能要優(yōu)于7050鋁合金，與2139-T8XX板材厚度相比，損傷容限性能較好，密度低、質(zhì)量輕，能夠作為鋁合金材料的替代物，減輕航空商業(yè)飛機的重量。

（2）2198-T8X鋁合金，高損傷容限、高強度、高熱穩(wěn)定性，均較為明顯，屬于一類優(yōu)質(zhì)的鋁合金加工應用材料。

（3）2027鋁合金材料的強度、損傷容限性能，與2024鋁合金相比，制造的擠壓件和板材，性能分別提升了20.5%～25%、10%。

（4）7085鋁合金改進為7085-T7651，制作航空商業(yè)飛機的厚板，屈服強度與7085鋁合金相比，長向高出了60MPa～80MPa，短橫向是50MPa～60MPa。

航空鋁合金及其材料的應用中，鋁合金厚板可以直接制作成飛機的整體構件，不采取焊接、鉚接的方法，由此降低使用零件的數(shù)量，間接提高構件的剛度與可靠性，輔助降低零部件的質(zhì)量。飛機制造中，高強鋁合金厚板的厚度，基本可以達到300mm，按照航空飛機的生產(chǎn)要求，降低高強鋁合金的殘余應力，消減殘余的應力，達到航空鋁合金材料的加工需求。

三、航空鋁合金及其材料的加工調(diào)控

航空鋁合金及其材料的加工中，針對材料的成分、組織提出調(diào)控的要求，確保鋁合金及其材料加工，符合航空飛機制造的規(guī)范標準。

1.成分調(diào)控

航空鋁合金的成分調(diào)控，需根據(jù)航空制造的要求，增加鋁合金中的主元素含量，改變鋁合金的性能，便于提高合金強度。鋁合金成分調(diào)控中的主元素，含量比重不能影響鋁合金的集體成分。根據(jù)金屬材料的動力學、熱力學，把控好鋁合金的強度、韌性等成分應用，適當?shù)卦黾愉X合金內(nèi)的成分，有利于提升鋁合金的性能，調(diào)控鋁合金材料的成分，改變鋁合金的性能，優(yōu)化鋁合金在航空制造中的運用，使鋁合金材料表面、中心位置，性能上不能出現(xiàn)較大的差距，保證鋁合金材料的整體性能。

2.組織調(diào)控

組織調(diào)控是航空鋁合金及其材料加工中不可缺少的部分，負責鋁合金材料的制備。航空鋁合金及其材料，經(jīng)過組織調(diào)控后，生產(chǎn)出高質(zhì)量、無裂紋的鑄造，專門用于制造大規(guī)模的零部件，解決鋁合金材料的分配處理問題。鋁合金材料組織調(diào)控過程中，禁止發(fā)生熔體偏析的問題，便于結晶出較寬的高強鋁合金材料，減輕鋁合金材料鑄造的難度，優(yōu)化鋁合金組織調(diào)控的環(huán)境。

結語

航空鋁合金及其材料的加工，按照性能設計、應用以及調(diào)控的方法，提高航空鋁合金的基礎性能，避免影響鋁合金及其材料在航空運行中的實際運用，完善航空鋁合金的加工環(huán)境，最主要的是利用調(diào)控的方法，緩解航空制造中的材料壓力，表明鋁合金及其材料加工的重要性，嚴格按照航空制造的規(guī)范，把控鋁合金及其材料的加工過程。

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