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航空飛機用鋁板材的熱處理分析
作者：中山市國發金屬材料有限公司
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發表時間：2020-09-04 17:03:42
航空飛機用鋁板材的熱處理分析
為了提高飛機的性能和保證安全，對機體及各種部件所使用的材料、工作等要求很高，然而鋁合金是它們當中所用的主要材料，要求具有很高的可靠性。因為熱處理對鋁合金的性能影響很大，所以把設備、熱處理工序、熱處理溫度、時間、材料的試驗方法等進行了標準化，為了確保產品質量制定了標準。典型的標準有M I L-H-6088、6088 , 出版的修訂版6088E。現在飛機用鋁合金產品的熱處理都是以這些標準作為基礎。下面對鋁板材熱處理有關的事項繼續加以說明，將近代熱處理設備的發展動向及新的熱處理技術加以介紹。
MIL-H-6088DE(與板材有關的要點)2-1適用范圍 本標準規定了有關制造兵器用的鋁合金產品熱處理爐設備的要求事項、試驗方法、熱處理工序、熱處理溫度、材料的試驗方法及其它有關事項，應用本標準的情況下，同時對各種合金所要求的性能做了規定。
2-2要求事項 2一2一裝置 (1)加熱介質:使用空氣、流動液體、燃燒煤氣或者保護氣體及鹽浴。但是，這些介質不能對材料有壞的影響。間歇爐和鹽浴槽必須是這樣的設計和結構，即在升溫和保溫時間內空氣和材料的溫度無論在工作區或保溫區的任何部分都不能超過表1及表5中對熱處理和試驗材料所規定的保溫范圍的最大值。
(2)溫度控制裝置:對所有的熱處理設備都要適當地配置數字十分準確的自動控制溫度儀表，對整個工作區的溫度必須精確控制。這類儀表不應安裝在灰塵多和振動激烈的地方以及溫度在0~60℃以外的被陽光用照射的惕所。
(3)淬火裝置:為了水、乙二醇水溶液、液化氣及油淬火，必須安設適當的淬火裝置。
2一2一2固溶熱處理的必要工序
(1)溫度:鋁合金產品，其中包括包鋁板必須按表1規定的某一溫度范圍進行熱處理。如果因特殊情況不能嚴格按表1規定時，最好要作出證實的試驗結果，為了求得承認變更，可向訂貨方提出申請書。
(2)重復熱處理:對已經進行過熱處理的材料的熱處理叫做重復熱處理，因此，在以熱處理狀態買入的材料之第一次熱處理看作是重復熱處理。僅限于此項，退火及析出處理不看作熱處理。2014, 2024, 2219,7075, 7079及7178包鋁板不許超過表2規定的固溶熱處理次數。
(3)熱處理操作:熱處理操作是對全部部件或材料進行處理，不能只作部分處理。另外，必須采用適合于能獲得高度均勻性產品的方法進行熱處理。
2一2一3最佳的工序和操作
(1)向爐內及鹽浴槽內裝料:被熱處理材料的加熱和冷卻容易，為了盡量迅速地得到均勻的溫度，必須使加熱劑和冷卻劑處于自由流動狀態。在爐子給定值升高或降低初期不穩定的溫度狀態下，由于不能滿足溫度的均勻性，所以不能往爐內加料。
（2)固溶熱處理 ①達到固溶熱處理溫度以后，進行必要的固溶熱處理。為了得到規定的性能，最好要保持足夠長的保溫時間。對間歇爐所推薦的保溫時間如表3所示。 ②當斷面厚度不同的產品同時進行熱處理時，不管是裝配的部件也好，分開的小片也好，或者是重疊狀態的制品也好，其保溫時間最好應根據最大斷面的厚度來決定。 (3)淬火 ①對一2014, 2017, 2024, 7075及7178合金板甘薯用是夠量的水、循環水或者將全部產品浸入兩種水中進行淬火。淬吠操作結束以后，被熱處理材料取出時，水溫不應超過300C。浸入淬火的最長保持時間示于表4。使用乙二醇進行淬火時，若在特殊濃度下證實能夠迭到所要求的機械性能和抗腐蝕性能，則淬火介質溫度允許達到500C。
②將全部產品浸入乙二醇或液化氣中，在特殊設置的室內采用高速大量噴射冷水使產品完全淬火的有效方法。若這種淬火產品經過晶間腐蝕試驗合格并且滿足相應材料標準的要求事項，也可以用于變形材料。
(4)在表5中示出為推薦的令人滿意的析出處理時間一一溫度條件對各種形狀、尺寸及加工方法都是代表性的，對特殊產品沒有準確地示出最佳處理條件。通常對大斷面或重量大的產品(厚板)最好采用更長時間、更低的析出處理溫度，以確保材質均勻。
2-3保證質量的項目2一3一1設備的試驗程序(1)間歇爐:在各爐內進行的固溶熱處理或析出處理的最高及最低溫度下必須進行初次測溫。空氣爐的體積每0.7米”只少測定一處，最多測40處，各角和中心處最少測定九處。在鹽浴槽中每1.1米3只少測定一處。
〔2)連續爐:對每種爐子都要考慮特殊條件，最好規定出測溫方法。連續爐的形
式按產品及其尺寸少(小加以控制。檢查爐子的唯一具體方法是，確認特定尺寸的產品經過廣泛的試驗必須符合規定的機械性能。
(3)鹽浴溫度:可以利用裝入適當保護管內的測溫部件測定鹽浴槽的溫度分布。工作區內各點讀數的最大溫差不得超過n℃。不管讀數怎樣，都不能超出對該材料所規定的熱處理溫度范圍。 2一3一2試驗方法 (1)必要的試驗:對厚板和薄板必須進行卯試驗有機械性能、高溫氧化(只限于在空氣爐內進行固溶熱處理的材料)、_晶間腐蝕(2014, 2017, 2024, 7075、7079、7178不包鋁或包鋁薄板)、擴散(只限于0.51毫米以上的包鋁板)、共晶復熔、應力腐蝕‘(只限厚度19毫米以上的7075- T 73及7049 T 73厚板)。
(2)試驗次數:每月進行一次試驗，但在檢查員提出要求時，則必須再作多次試驗。
2 --4注意事項 2一4一1一般事項
(1:)鹽浴槽的優點:裝入材料的升溫速度快，容易保持溫度均勻。此外，沒有高溫氧化的危險。長期使用后硝酸鈉會產生一定程度的分解，在淬火用水中溶解時，產生浸蝕鋁合金產品的化合物。在鹽浴中每45.5公斤硝酸鹽要加入14克重鉻酸鉀，或重鉻酸鈉一可以起抑制作用。
(2)空氣爐的優點:在處理大批量產品時，空氣爐既方便又經濟。對某種鋁合金進行熱處理時，為了防止高溫氧化一必須嚴格控制加熱介質。高溫氧化可使鋁合金的機械性能降低，并.且通常在合金產品表面的一面上產生許多微小的氣泡。容易高溫氧化的合金不應在燃燒產物與產品接觸的爐子中進行熱處理。
(3)固溶熱處理的注意事項
①為了得到充分的固溶體，所需的加熱時間必須隨著產品斷面厚度的增大而延長。表3內所列的保溫時間為實際采用的充分時間。
②在空氣爐內加熱變形材料時，保溫時間過長會增加高溫氧化的危險。但是，在適當控制氣體介質的條件下，既使保溫時間是表3規定的幾倍也是安全的。
③為了獲得所需要的機械性能，包鋁板的保溫時間應限于最小限度。如果保溫時間長，芯材的合金成分就會擴散到表面層。結果抗腐蝕性能變壞。因此，對包鋁板應盡量縮短保溫時間，盡最大努力避免擴散。 ④如果熱處理溫度超過規定的最高溫度時，有產生共晶復熔而使機械性能降低的危險。若進一步產生過熱，在金屬表面上會出現嚴重的氣泡。另外，如果比規定的下限溫度還低時，固溶不完全，就不能得到滿意的機械性能。
(4)淬火:為了使產品得到最佳的抗腐蝕性能，對2024和7075合金不包鋁材料及包鋁板必須進行快速淬火。如果緩慢淬火，則這些合金在腐蝕條件下放置時，很容易產生嚴重的晶間腐蝕，從而機械性能明顯下降。
結論：在熱處理設備方面，厚板有向大型化，薄板有向連續式發展的趨勢;在新技術方面，用調整合金的內部夾雜物及彌散質點的方法來改善合金的粗性，用細化晶粒的方法來提高加工成型的性能。 今后日本也準備太量生產飛機用鋁板。為了降低成本和進一步獲得優異的性能，熱處理技術及設備的研究開發必須加速向前發展。
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