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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