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航空領(lǐng)域中的焠火技術(shù)，讓您秒變熱處理達(dá)人（深度好文）

2018-08-24 13:03:34 作者：姚繼洪來源：熱處理生態(tài)圈分享至：

1鋁合金的應(yīng)用

在早期的航空飛行器當(dāng)中就已經(jīng)使用到了許多不同類型的鋁合金，這是因為鋁合金經(jīng)過熱處理可以達(dá)到相當(dāng)高的強度和高的抗腐蝕性能，但重量卻很輕；它極易彎曲、成型及機械加工，而且成本低廉。目前，它已成為現(xiàn)代航空領(lǐng)域中最常用的材料，廣泛用于制造現(xiàn)代商用飛行器和軍用飛行器，比如波音 777、空客 A380、波音的 UCAV－無人空中格斗飛行器及波音F/A-18E/F。

但是，鋁合金應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的前提是可熱處理。最近，人們更多地關(guān)注如何通過熱處理使 7075 和 7040 合金板材鍛件的成本最低。飛機骨架的制造商已嘗試了軋鋁的同時進(jìn)行熱處理，鋁板經(jīng)重型機加工后再裝配成大型的翼肋和艙壁。

然而，鋁合金熱處理時要求有嚴(yán)格的控制。為了得到一個可重復(fù)的結(jié)果以及高品質(zhì)的產(chǎn)品，飛機部件制造商、供應(yīng)商和熱處理廠家現(xiàn)已制定了一系列的規(guī)范，其中使用最多的就是 AMS-2770 規(guī)范——《鋁件的熱處理》。

2鋁的熱處理

鋁的熱處理包括固溶處理和時效處理兩個過程，其中固溶處理是將鋁及其合金加熱到略低于共晶熔化溫度下的某一溫度（接近于共晶熔化溫度以下可使固溶體中固溶的溶質(zhì)數(shù)量達(dá)到最大），并在這一溫度下保持足夠長的時間以使材料接近于完全固溶體。固溶處理以后，再將工件快速冷卻以使溶質(zhì)全部溶解在過飽和的固溶體中。這些合金的固溶和冷卻處理都是在專用的大型高溫爐中進(jìn)行。

用于鋁合金固溶處理淬火的大型底卸式爐

經(jīng)冷卻之后，合金都需要經(jīng)過自然時效處理。性能得到提高是隨著從過飽和固溶體中以及淬火空位的 GP 區(qū)（Guinier-Preston）的快速形成而產(chǎn)生的。大約經(jīng) 4～5 天以后，強度快速增加并且性能也穩(wěn)定了，T3 和 T4 就是經(jīng) 4 天的自然時效的熱處理工藝。但是，大多數(shù)的航空用鋁合金都是經(jīng)過人工時效處理的。不同的鋁合金有各種各樣不同的時效曲線，但是要得到最高的性能，則通常要求較高的時效溫度、較短的時效時間。當(dāng)時效溫度較高時，得到所需性能的時間就較短。由于這個原因，一般是選擇較低的時效溫度以確保得到所需的性能而不致因溫度的快速上升而引起過時效，反而冒致使性能下降的風(fēng)險。

7075 鋁合金的時效變化過程：

（A）初形成的 GP 區(qū)；（B）GP 區(qū)及半共格析出物η′相的形成；（C）半共格析出物η′和共格平衡析出物η相的形成；（D）平衡析出物η相的沉淀。

3熱處理中的缺陷

在工藝處理過程中，零件會存在一些缺陷，而這大多數(shù)缺陷都是伴隨著鋁的熱處理，包括固溶處理、淬火冷卻而產(chǎn)生的。固溶處理的缺陷包括氧化、初熔和欠熱。淬火冷卻過程中的缺陷則是產(chǎn)生了某些特殊的翹曲，或是因使用的淬火介質(zhì)冷速太慢，在冷卻過程中造成脫溶沉淀反應(yīng)而得到不恰當(dāng)?shù)男阅堋⒁约安磺‘?dāng)?shù)倪^飽和程度。

不正常淬火和裝夾，結(jié)果造成大型飛機翼肋的變形

因裝夾引起的變形。原因是零件未得到恰當(dāng)?shù)闹?/span>

4對策分析

a.固溶處理過程中的氧化

如果零件暴露在高溫下的時間太長，氧化就會成為一個問題，其原因可能是實際固溶處理時空氣中的水汽。消除水汽可減輕表面氣泡的問題，也可使用氟硼酸銨來防止，對于大型的擠壓件和鍛件，先將零件陽極化處理也是一種替代使用氟硼酸銨的備選方法。

b. 淬火過程中的變形

鋁合金中因熱處理造成的所有可能的“影響”當(dāng)中，淬火變形是最為常見的。為解決變形的問題，裝夾時零件應(yīng)該得到完全的支撐，使得所受到的載荷在一個大的面積范圍內(nèi)均分；固溶處理時零件可用線稍微松弛地捆綁住以防止零件之間發(fā)生相互碰撞；零件的入液方式最好是以滿足空氣動力學(xué)的以避免零件變形，它應(yīng)平滑穩(wěn)定地淬入介質(zhì)中。特別提到的是，在航空工業(yè)的鋁合金中，已成功地應(yīng)用 PAG（Polyalkylene Glycol）類聚合物淬火介質(zhì)來控制和使淬火變形最小。