航空材料---铝合金

一、铝的生产制法

1886年，美国的化学家Hall以及法国的化学家H’eroult宣称，将氧化铝(Al2O3)放置于冰晶石(Na3AlF6)溶液里，于大约950 ℃的温度进行电解。氧化铝(Al2O3)的制作方法是，把铝矾土矿浸泡在氢氧化钠(NaOH)中。

二、铝的特性

a)优点

铝及铝合金是目前应用最广泛之飞机制造材料。

重量轻，差不多是同体积铜或钢的1/3重量。

防腐蚀能力强。

可反射辐射能—可见光、辐射热、电磁波。

导电及导热能力强，且又是非铁磁性。

容易接合(焊接、铆接或胶合)

外观及表面易处理

机械性质良好，经加工处理后强度高、延展性高

存量多

b)缺点

当温度升高超过200℃，强度大幅减弱

当温度下降时倾向脆性材料

三、铝合金类别

通常以四位数字标明：第一位数字： 合金成分

1000系列：材料含99%以上之纯铝

2000系列，其主要成分是铜，这种成分易于通过热加工处理的方式来提升强度，然而在这一过程中，其腐蚀性却有所提高了。

3000系列，其中锰这种物质是主要的构成成分，它能够起到增加硬度的作用。

4000系列，以硅也就是Silicon作为主要的成分，是焊条的理想材料。

在5000系列当中，以镁，也就是Magnesium作为主要成分，其作用是提高强度以及抗腐蚀能力。

6000系列，其主要成分是镁与硅，硅以硅化镁的形式存在，通过热处理能够提高强度，并且易于加工。

7000系列，以锌作为主要成分，借由热处理提升强度，其在所有铝合金里强度是最高的。

第二位表示原产品以后修正其成分之次数

第三及四位表示产品开发次序

非热处理型铝合金

1000系列

3000系列

4000系列

5000系列

热处理型铝合金

2000系列

6000系列

7000系列

对施以适当热处理的热处理铝合金而言，其内部结构会发生一种相变化，进而产生细致解析析出物，凭借此种解析析出物去强化材料，这种现象被称作析出硬化或者时效硬化。

不是经过热处理的合金，就不存在析出硬化这种现象，不过，它还是会有析出物的，所以呢，其产生强化效果的作用，一般是借助一些常见的办法，像通过固溶体强化，以及加强化再加细晶强化这样的方式。

四、符号含义

a)基本状态：

在成型进程里对于加工硬化以及热处理条件有着特殊要求的产品，适用代号名称为Ｆ的自由加工状态，处于该状态下产品的力学性能不作特定规定，没错就是这样。那些适用于经完全退火从而获得最低强度的加工产品的、称作Ｏ的退火状态，是这样一种情况。还有代号为Ｈ的加工硬化状态，它适用于借助加工硬化得以提高强度的产品，该类产品在其加工硬化之后，能够经过（当然也可以不经过）会让强度有所下降的附加热处理，情况就是如此这般。Ｗ固熔热处理出现的这种状态，是一种不稳定的状态，它只适用于那种经历固溶热处理以后，在室温的情况下自然开展时效的合金，此状态的代号仅仅是用来表明产品正处在自然时效的阶段。Ｔ热处理状态，它跟F、O、H状态不一样，适用于经过热处理之后，不管是经过加工硬化达到稳定，还是不经过加工硬化达到稳定的产品。T代号的后面必定要跟一位或者多位阿拉伯数字。

b)热处理状态：

状态代号

说明与应用

T0

将其进行固溶热处理之后，使其经历自然时效，接着再经由冷加工，从而形成这样一种状态，这种状态适用于那些通过冷加工来提高强度的产品。

T1

先是经过高温成型过程冷却，接着自然时效到基本稳定的状态，这种情况适用于在由高温成型过程冷却之后，就不再进行冷加工（不过可以进行矫直、矫平，只是不使力学性能极限受到影响）的产品呢。

T2

是在高温成型过程冷却之后，历经冷加工，进而自然时效达到基本稳定的那样一种状态。它适用于在高温成型过程冷却以后，去开展冷加工，或者进行矫直、矫平以此提高强度的一些产品。

T3

先通过固溶热处理，之后开展冷加工，接着，历经自然时效达到基本稳定的状态。它适用于这样的产品，该产品在固溶热处理后，要进行冷加工，或者开展矫直，或者实施矫平，以此来提高强度。

T4

针对经过固溶热处理之后，随即实施自然时效，直至抵达基本稳定的那种状态，它适用于在完成固溶热处理以后，不再开展冷加工（可以进行可行的矫直、矫平举措，不过不会对力学性能极限产生影响）的各类产品。

T5

经过从高温成型过程冷却，接着开展人工作为老化的状态，适合于从高温成型过程冷却之后，不通过冷加工（能够进行矫正与铺平情况，不可对力学产品性能极限造成影响），去进行予人为改进成效成果物品用途功能效果。

T6

由经过固溶热处理之后，再开展人工时效的那种状态，它适用于在经历固溶热处理以后，并不会再实施冷加工（虽然能够进行矫直、矫平，不过是并不影响到力学性能极限的情况）的产品。

T7

其状态是，先经过固溶热处理，而后进行人工时效，这种状态适用于这样的产品，该产品先是经过固溶热处理，为了获取某些重要特性，在进行人工时效的时候，其强度在时效曲线上越过了最高峰点。

T8

固溶热处理之后，经过冷加工，而后进行人工时效的这种状态，适用于经过冷加工，又或者通过矫直、矫平来提升产品强度的那些产品。

T9

产品呈现固溶热处理 之后人为地开展时效 接着进行冷加工这样的形式状态，应用于通过冷加工 从而提升产品强度的产品。

T10

在高温成型过程冷却之后，开展冷加工操作，接着进行人工时效，处于这样一种状态。它适用于那些经过冷加工，或者经过矫直、矫平处理从而提高产品强度的产品。

要注意，存在一些6XXX的合金，对于这些合金来说，如果是在炉内进行固溶热处理，或者是从高温成型过程中急冷，以此来保留可溶性组分在固溶体里头，那么这两种方式都能够达成相同的固溶热处理效果。并且，这些合金的T3状态，以及T4状态，还有T6状态，包括T7状态，以及T8状态，还有T9状态，都可以采用上述两种处理方法当中的任意一种。

c)消除应力状态：（X代表了热处理状态）

状态代号

说明与应用

TX51

这些产品适用于固溶热处理，或依据规定量进行拉伸，是自高温成型过程冷却后得到的，包括厚板、轧制或冷精整棒材以及模锻件、锻环或轧制环，拉伸后不再进行矫直。其中，厚板的永久变形量处于1.5%至3%之间；轧制或冷精整棒材的永久变形量为1%至3%；模锻件、锻环或轧制环的永久变形量是1%至5%。

TXX51

TXXX51

TX510

一些规定量拉伸的挤制棒、型、材以及拉制管材，适用于固溶热处理且在自高温成型过程冷却之后，这些产品拉伸后不再进行矫直。挤制棒、型和管材，其永久变形量处于1%至3%的范围；拉制管材，其永久变形量处于1.5%至3%的范围。

TXX510

TXXX510

TX511

它适用于，在固溶热处理之后，或者是自高温成型过程冷却以后，按照规定的量来进行拉伸的挤制棒、型跟管材，还有拉制管材，这里面所说的这些产品，在拉伸过后，能够微略地进行矫直，以此来符合标准公差。其中，挤制棒、型和管材的永久变形量是在1%~3%这个范围；拉制管材的永久变形量则是为1.5%~3%。

TXX511

TXXX511

TX52

适用于，经过固溶热处理的产品，或者是自高温成型过程冷却之后的产品，这些产品要通过压缩来消除应力，从而产生1%至5%的永久变形量。

TXX52

TXXX52

TX54

适用于在终锻模内通过冷整形来消除应力的模锻件。

TXX54

TXXX54

五、铝合金在航空的应用

合　金

典　型　用　途

2014

适用于那些对高强度以及硬度有着要求的场合，这里面包括高温环境下的情况。比如应用于飞机的重型部件、锻件、厚板还有挤压材料，以及车轮和结构元件。也会应用在多级火箭的第一级燃料槽以及航天器零件方面。另外，还会用于卡车构架以及悬挂系统零件。

2017

它是首个获取工业应用的2XXX系合金，当下应用范畴较窄，主要涵盖铆钉，通用机械零件，结构与运输工具结构件，螺旋桨与配件。

2024

飞机的结构，铆钉这类物品，导弹的构件，卡车轮毂，螺旋桨的元件，以及其他各种各样的种种的结构件。

2048

航空航天器结构件与兵器结构零件

2124

航空航天器结构件

2218

用来飞机飞行的发动机的部件，还有给柴油发动机提供动力的活塞，飞机发动机上的汽缸头，喷气发动机里的叶轮以及压缩机环。

2219

为航天火箭焊接氧化剂槽，亦对超音速飞机蒙皮以及结构零件进行焊接，其工作的温度处于零下二百七十摄氏度至三百摄氏度之间，具备良好的焊接性，断裂韧性较高，在T8状态下拥有很高的抗应力腐蚀开裂能力。

2618

模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件

2A02

轴向压气机叶片，属于涡轮喷气发动机，其工作温度处于200摄氏度至300摄氏度之间，有这样的叶片。

2A06

拥有工作温度在150至250摄氏度范围的飞机结构，还有具备工作温度处于125至250摄氏度区间的航空器结构铆钉。

2A10

强度比那种被称作2A01的合金要高些 ，被用于制造航空器结构铆钉 ，此航空器结构铆钉所处工作温度是小于等于100摄氏度的。

2A11

用于飞机的结构件，强度处于中等水平，比如螺旋桨的叶片，还有交通运输工具以及建筑结构相关的部件。另外，航空器上那种强度中等的螺栓和铆钉。

2A12

那个航空器上面的蒙皮，还有隔框，以及翼肋，再加上翼梁，甚至于铆钉此类，属于建筑跟交通运输工具的结构件。

2A14

形状复杂的自由锻件与模锻件

2A16

焊接容器，气密座舱，是在室温以及高温状况下去工作的，还有航天航空器零件，其工作范畴里的温度是处于250摄氏度至300摄氏度之间的。

2A17

工作温度225~250摄氏底的航空器零件

2A50

形状复杂的中等强度零件

2A60

航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等

2A70

飞机蒙皮，航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等

2A80

航空发动机里的压气机叶片，还有叶轮，以及活塞，另外还有涨圈，以及其他那些遭遇工作温度高状况的零件。

2A90

航空发动机活塞

3A21

飞机油箱、油路导管、铆钉线材等；建筑材料与食品等工业装备等

5052

这种合金具备良好的成形加工性能，拥有抗蚀性，具备可烛性，有着疲劳强度，其静态强度处于中等水平，被用于制造飞机油箱，用于制造油管，还用于制造交通车辆、船舶的钣金件，用于制造仪表、街灯支架，用于制造铆钉、五金制品等。

5056

镁合金，和电缆护套铆钉、拉链、钉子等相关；包铝的线材，被广泛用于加工农业捕虫器罩，用于需要有高抗蚀性的其他场合。

5083

处于需要具备高抗蚀性的情况，还有要好的可焊性并且须是中等强度表现的范畴，像舰艇、汽车以及飞机板相关的焊接方面；涵盖需要严格防火要求的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等场景。

5086

用于那些场合，这些场合需要具备很高的抗蚀性，还要有良好的可焊性，以及中等强度，比如舰艇呀，还有汽车、飞机、低温设备、电视塔、钻井装置、运输设备、导弹零部件以及甲板等。

5A02

飞机油箱与导管，焊丝，铆钉，船舶结构件

5A03

中等强度的焊接结构件，冷冲压而成的零件，焊接装配的容器，用于焊接的焊丝，能够用来替代5A02合金材料。

5A05

焊接结构件，飞机蒙皮骨架

5A06

焊接结构，冷模锻零件，焊拉容器受力零件，飞机蒙皮骨部件

6005

用于结构件的挤压型材与管材，结构件要求强度高于6063合金，像梯子、电视天线这样的，等等！

6009

汽车车身板

6010

薄板：汽车车身

6061

用于制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等的各种工业结构体，其要求具备一定强度，要有可焊性，还得抗蚀性高，如使用了管、棒、形材、板材等材料。

6A02

飞机发动机零件，形状复杂的锻件与模锻件

7049

为锻造那种，其静态强度跟7079 - T6合金一样，还得具备高抗应力腐蚀开裂能力的零件，像是飞机和导弹上的零件，比如起落架液压缸以及挤压件。这类零件的疲劳性能大体上和7075 - T6合金相等，并且韧性还要稍高些。

7050

飞机结构件会用到中厚板，还有挤压件，以及自由锻件和模锻件。制造这类零件的时候，对于合金有着这样的要求，要在抗剥落腐蚀方面有较高的水准，在应力腐蚀开裂能力上也要高，断裂韧性同样得高，抗疲劳性能还是要高。

7075

用于制造飞机结构，以及期货，他要求强度高的，抗腐蚀性能强的，高应力结构件，用于模具制造。

7175

供锻造航空器所用的高强度结构性，T736材料具备优良的综合性能，其强度高，抗剥落腐蚀性能强 ，抗应力腐蚀开裂性能佳 ，断裂韧性良好 ，疲劳强度也高。

7178

供制造航空航天器的要求抗压屈服强度高的零部件

7475

关于机身，其使用的材质包含包铝的板材以及未包铝的板材，还有机翼骨架、桁条这些部分。另外，存在许多既有高程度强度，同时又具备高水准断裂韧性的零部件。

7A04

飞机的蒙皮，螺钉，还有受力的构件像大梁桁条，隔框，翼肋，起落架等。