航空铝合金及其材料加工研究

航空铝合金及其材料加工研究

发表时间：2019-06-19T15:10:48.387Z 来源：《科技新时代》2019年4期作者：覃珊

[导读] 由铜、镁、锌、锰、硅等元素构成的航空铝合金，以其所具有的高抗腐蚀性。

广西南南铝加工有限公司广西南宁 530031

摘要：航空铝合金是航空制造过程中应用较为广泛的材料，其性能、加工工艺技术对飞行器运行的稳定、安全与可靠存在重要影响。基于此，本文以航空铝合金为研究对象，航空铝合金材料性能要求与材料加工工艺应用进行了简要分析，以供参考。关键词：航空铝合金；材料加工；加工工艺

引言：由铜、镁、锌、锰、硅等元素构成的航空铝合金，以其所具有的高抗腐蚀性、高塑性、高抗疲劳性等优势在航空飞行器制造领域得到广泛应用，并在不断创新发展下，成为飞行器重要构件，如蒙皮、桁条等核心金属材料。因此，在当前航空事业高速发展，高度重视飞行安全、稳定与可靠的背景下，有必要加强航空铝合金及其材料加工的研究，基于加工技术的科学应用，进一步提升材料应用性能，为航空事业优化发展奠定良好材料基础。

1航空铝合金及其性能要求

飞机是航空运输的重要交通工具，承载着人流、物流疏通的重要使命。由于飞机的工作场所是高空，运输对象以人为主，因此飞机飞行过程中，对运输质量、运输安全、运输效果等存在较高要求。需要飞机制造过程中，所应用的材料具备轻质量、高韧性、高强度、高抗腐蚀性、高抗疲劳性等特征[1]。而航空铝合金作为一种由多金属元素构成的有色金属材料,在一定程度上有效满足飞机分型过程中对结构材料性能基本要求，成为飞机结构制造中应用较广的材料。通常情况下，在飞机结构制造过程中，铝合金材料主要应用于机身、支撑结构、机翼等部分，在自身性能支撑以及与其他构件协作下，承担不同荷载，以满足飞机安全、稳定运行需求。

结合飞机飞行特征与要求，分析飞机结构构件的安全寿命，可知航空铝合金及其材料加工的性能要求具体体现在以下几方面：其一，静强度性能要求。即设计载荷条件一定，要求航空铝合金全寿命周期内，经过载荷作用后，仍处于安全、稳定状态，不存在材料或材料构件损坏、变形、裂纹等问题。与此同时，针对航空铝合金施工过程中可能存在的缺陷，能够根据缺陷特征及其发展规律，采用一定的损伤补偿措施进行缺陷的有效控制，使材料在全周期寿命内，整体结构仍能够有效承受飞机运行载荷，材料缺陷（包括裂纹、损伤等）在规定时间内不扩散，或扩散范围有限，不会对整体结构应用的可靠性、耐久性、稳定性、安全性产生不利影响。其二，服役性能要求。即飞机飞行过程中，不同部分所受到外载荷作用也不同，因此不同位置中的铝合金材料，服役性能要求存在一定差异性。例如，机身蒙皮、机翼、桁条等部分的铝合金材料对抗疲劳性、韧性、强度的要求更高；液压系统、动力系统等结构中铝合金材料对耐腐蚀性、强度等的要求更高。其三，蒙皮温度性能要求。即分机飞行过程中，蒙皮长时间处于高温状态，会使铝合金材料受高温影响性能发生改变，致使结构出现缺陷，为飞机飞行带来安全隐患。因此，在航空铝合金材料加工过程中，需对温度影响具有全面的掌控，降低飞机飞行过程中温度对铝合金性能的不利影响。

2航空铝合金材料加工工艺

2.1航空铝合金材料成分调控

成分调控是航空铝合金材料加工中的基本环节，在保证材料性能满足设计要求上发挥着至关重要的作用。通常情况下，航空铝合金主要由锌、铜、锰、硅等主要元素与锆、铬、锰等微量元素，铁、钠、钾、钙等杂质，共同构成。各元素含量不同形成的铝合金性能也不同[2]。因此，在在材料加工过程中需根据飞机设计与结构制造要求进行各元素含量的科学调配，实现铝合金材料性能的有效把控，提升铝合金材料应用的科学性、合理性与适用性。例如，7085铝合金材料加工中，1.0%的Mg质量分数下铝合金淬火敏感性，要高于1.4%的Mg质量分数。又如，在7XXX铝合金材料加工中，适当改变微量元素（将Cr、Mn微量元素转化为Zr）能够提升铝合金韧性、抗腐蚀性能。

2.2航空铝合金材料工艺处理

工艺技术处理是航空铝合金材料加工的关键环节，是航空铝合金材料制备与转换为结构构建的重要路径。通常情况下，在航空铝合金材料加工过程中，锭坯铸造、热塑性变形、冷塑型变形、材料固溶、构件淬火、材料压缩等是应用较为广泛的工艺技术。为提升航空铝合金材料加工质量与效率，应加强工艺技术管控力度，通过技术控制，进行产品性能、形态、尺寸等的有效调控，实现高质量、高品质、无缺陷材料的制备、产品的制造。例如，在大型锭坯铸造过程中，根据大型锭坯无气孔、不疏松、无裂纹、高品质等要求，可根据大型锭坯铸造存在的

熔体易偏析、热应力裂缝易产生、形态控制难度大等问题，采用熔体电磁搅拌技术、高精度液压铸造技术等进行材料加工。以熔体电磁搅拌技术为例，熔体电磁搅拌技术的有效应用，能够通过电磁力作用促进熔池中溶液的流动，从而提升熔体成分的均匀性。与此同时，能够降低铁杂质的产生，降低其对溶体表面氧化膜的不利影响。此外，熔体电磁搅拌技术的应用能够缩短熔炼时间，在保证大型锭坯铸造质量达标的同时，提升大型锭坯铸造效率，并在机械振动技术、过滤技术等结合应用下，控制能耗，满足特殊大型锭坯铸造要求。此外，在航空铝合金材料加工过程中，固溶、淬火、时效热处理等工序的有效控制，在提升铝合金材料综合性能上存在积极影响。例如，固溶能够将航空铝合金主要元素充分、均匀融入到基体中，并在淬火工艺作用下得到高饱和固溶体，实现铝合金的强度、韧性、抗疲劳性等性能指标的提升。

结论：随着铝合金材料在航空领域中，应用重要性的不断提升，铝合金及其材料加工成为人们关注的重点内容。为满足航空飞行器应用需求，应从综合角度加强航空铝合金材料的分析，注重材料加工技术的创新，能够在材料研制、材料加工工艺研发的有机结合下，提升材料应用价值，改善材料应用上性能与技术的制约，助力航空事业优化发展。

参考文献：

[1]董义兵,刘涛,刘利江.航空铝合金及其材料加工[J].中国高新科技,2018(11):52-54.

[2]周双巢,张天意,赵瑞宁,等.航空铝合金加工工艺的研究现状及发展方向[J].科技创新与应用,2018(05):38-39.