航空鋁合金的案例
【論文介紹】航空鋁合金代次劃分特點及第五代800 MPa級超高強度鋁合金的時效析出特點
航空鋁合金代次劃分特點
百年航空、百年鋁材是鋁合金在航空應用的歷史縮影。1909年，英國《每日郵報》發起的橫渡英吉利海峽的競賽，獲勝的布里奧Ⅺ型飛機機翼前緣包有鋁制蒙皮，形成穩定的機翼型面。隨后航空鋁合金在飛機設計需求牽引和鋁合金自身技術發展的雙重推動下，至今已發展至第五代鋁合金。
航空鋁合金的代次劃分主要以變形鋁合金為主，每一代都有自己的典型特點：
第一代航空鋁合金是靜強度鋁合金，主要是為了滿足飛機靜強度設計需求、伴隨著鋁合金沉淀硬化技術的發明而研發的合金，典型合金為2A12-T6，7075-T6等。
第二代航空鋁合金是高強耐腐蝕鋁合金，這是為解決鋁合金應力腐蝕失效引起的飛機失事而產生，飛機設計對鋁合金提出了耐腐蝕的需求，此時獲得耐腐蝕更好的T73、T76等過時效熱處理技術也研發出來，典型合金為7A09-T73/T74等。
第三代航空鋁合金是高強、高韌鋁合金，這是隨著飛機強烈的減重需求，對鋁合金的綜合性能提出的高要求，在合金純化和微合金化技術進步的推動下高強、高韌鋁合金研發成功，典型合金為7050，7475，2124等。
第四代航空鋁合金是高性能鋁合金，為了滿足飛機損傷容限設計和可靠性設計，在精密熱處理技術以及主合金成分優化設計與發展的推動下高性能鋁合金應運而生，這代鋁合金具有超高強、耐損傷、高強韌低淬火敏感性鋁合金等特點，典型代表合金為2E12，7B50，7A55，7A85等。在航空裝備發展需求的牽引下，隨著國內先進鋁合金生產裝備的配套建設及材料制備關鍵技術的突破，國內四代航空鋁合金已經實現工業化穩定制備并裝機應用，國內航空鋁合金的研制與生產應用已經達到國際先進水平。
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航空鋁合金代次劃分特點
百年航空、百年鋁材是鋁合金在航空應用的歷史縮影。1909年，英國《每日郵報》發起的橫渡英吉利海峽的競賽，獲勝的布里奧Ⅺ型飛機機翼前緣包有鋁制蒙皮，形成穩定的機翼型面。隨后航空鋁合金在飛機設計需求牽引和鋁合金自身技術發展的雙重推動下，至今已發展至第五代鋁合金。
航空鋁合金的代次劃分主要以變形鋁合金為主，每一代都有自己的典型特點：
第一代航空鋁合金是靜強度鋁合金，主要是為了滿足飛機靜強度設計需求、伴隨著鋁合金沉淀硬化技術的發明而研發的合金，典型合金為2A12-T6，7075-T6等。
第二代航空鋁合金是高強耐腐蝕鋁合金，這是為解決鋁合金應力腐蝕失效引起的飛機失事而產生，飛機設計對鋁合金提出了耐腐蝕的需求，此時獲得耐腐蝕更好的T73、T76等過時效熱處理技術也研發出來，典型合金為7A09-T73/T74等。
第三代航空鋁合金是高強、高韌鋁合金，這是隨著飛機強烈的減重需求，對鋁合金的綜合性能提出的高要求，在合金純化和微合金化技術進步的推動下高強、高韌鋁合金研發成功，典型合金為7050，7475，2124等。
第四代航空鋁合金是高性能鋁合金，為了滿足飛機損傷容限設計和可靠性設計，在精密熱處理技術以及主合金成分優化設計與發展的推動下高性能鋁合金應運而生，這代鋁合金具有超高強、耐損傷、高強韌低淬火敏感性鋁合金等特點，典型代表合金為2E12，7B50，7A55，7A85等。在航空裝備發展需求的牽引下，隨著國內先進鋁合金生產裝備的配套建設及材料制備關鍵技術的突破，國內四代航空鋁合金已經實現工業化穩定制備并裝機應用，國內航空鋁合金的研制與生產應用已經達到國際先進水平。
展開 航空航天鋁合金材料發展方向及工藝處理
超高強鋁合金一般指屈服強度在500MPa以上的鋁合金，常見的就是牌號為7系列的超硬鋁。該系列鋁合金最初是在航空航天的應用背景下研發的，目前已發展成為世界各國軍、民用飛機的主要結構材料，在飛機結構件中占到70-80%比重，并在很多領域替代了昂貴的鈦合金，成為不可缺少的重要輕質結構材料。隨著現代航空航天領域，核工業，交通運輸業的持續發展，對結構件的綜合性能提出了更高的要求，集質輕、高強、高韌、高斷裂韌性、抗應力腐蝕能力于一身的新一代超高強鋁合金無疑是首選方案。
航空航天用鋁合金發展背景及現狀
鋁合金作為一種較為成熟的輕質高強合金材料在航空航天中的使用量巨大，鋁合金材料一般作為結構材料使用，比鋼有更高的比強度和更優異的加工性能。
航空航天領域主要發展高強、高韌性和耐腐蝕性強的鋁合金材料以滿足航空航天嚴苛的使用條件，應用比較多的為2000系和7000系鋁合金，在高強鋁合金的基礎上進行工藝的改良和材料配方的改進，通過粉末冶金、噴射成型等創新的生產工藝發展性能更優異的輕質鋁合金材料，開展鋁基復合材料及超塑性鋁合金材料相關研究。
在輕質高強鋁合金的發展應用過程中，應力腐蝕問題是伴隨鋁合金的整個應用發展史之中的主要問題，如何削弱或延緩高強度鋁合金在使用過程中的應力腐蝕問題，成為鋁合金應用過程中的主要難題。
展開 鋁合金在民用飛機關鍵構件上的應用：幫你定位自己的研究方向
7475合金的耐腐蝕性和疲勞性能相當于或優于許多高強度鋁合金，如7075、7050和2024。7475合金板和薄板目前正被選為高性能飛機應用的斷裂關鍵部件。
7050合金是另一種具有良好的強度、抗應力腐蝕開裂（SCC）和韌性平衡的重要合金。它特別適用于76-152mm厚度范圍內的板材應用。合金7050表現出比合金7075更好的韌性/耐腐蝕特性，因為它比大多數航空鋁合金淬火敏感性低。
7050在較厚的部分保持其強度特性，同時保持良好的應力腐蝕抗裂性和斷裂韌性水平。7050合金板的典型應用包括機身框架和艙壁，其截面厚度為50-152mm。7050合金板用于機翼蒙皮。與其他高強度鋁合金（如7075）相比，7050合金板和薄板產品在較高應力水平下仍具有相同的剝落和應力腐蝕抗力。
圖6 鋁合金7075應力腐蝕開裂（G. Bussu）
最近的一種合金7055-T7751（Al-8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr）的屈服應力可能超過620MPa，波音777飛機部件的預計重量節省為635千克。這種合金提供了近10%的強度增量，具有更高的韌性和顯著改善的耐蝕性。T77回火包括三步時效工藝，與7050-T76和7150-T651或T7751相比，該工藝可產生更高的強度和損傷抗力組合。斷裂韌性的提高是由金屬間粗顆粒的體積分數和未結晶晶粒結構控制的結果。強度和抗腐蝕性能的良好結合歸因于強化沉淀物的尺寸和空間分布以及單位含量。
航空鋁合金的力學性能不斷提高。這導致了高強度7xxx合金的發展（如7075、7150、7055、7449）。這些高強度鋁合金通常用于壓縮占主導地位的部件，如上機翼蒙皮，其中損傷容限考慮是次要的。
展開 
高性能鋁合金開發 || 沉淀硬化理論 || 一部航空鋁合金百年發展史 || Alfred Wilm
自Alfred Wilm偶然發現了一種鋁合金的時效硬化現象已經過去了一個多世紀，這種鋁合金后來被稱為硬鋁（Duralumin）。他的工作使人們逐漸認識到硬化是由細小的沉淀物而引起的，這些沉淀物為位錯的運動提供了障礙，這是冶金學從一門藝術過渡到科學的一個很好的例子。簡要介紹了時效硬化鋁合金的發展以及現代實驗技術在原子尺度上理解沉淀過程的方法。然后討論了時效硬化的一些現代問題。
1.時效硬化起源
如果對
20
世紀最重要的冶金發展進行民意調查，如果
100
年前
Alfred Wilm
發現的時效硬化不受歡迎，那就令人驚訝了。
盡管這一現象與鋁合金有關，但現在人們認識到，通過這種熱處理方法可以強化的合金種類遠遠超過鐵合金中傳統的馬氏體相變。
Alfred Wilm于1869年出生在當時德國東南部Silesia的一個農場。當他還是一個農業學校的學生時，他對化學產生了興趣，后來，1901年，在柏林附近的紐巴貝爾斯堡科學技術分析中心，他被任命為的冶金學家。
兩年來，他研究了通過熱處理增強鋁銅合金的可能性，毫無疑問，他發現，與碳鋼相反，這些合金在高溫淬火后變軟而不是硬。然后，在1903年，他的研究中心受在柏林的德國戰爭兵工廠的委托，尋找一種具有黃銅特性的鋁合金，可用于制造彈藥。
1906年，Wilm對Al-Cu-Mn合金進行了試驗，幾乎達到了要求的強度，但硬度仍然過低。然后加入0.5%的鎂，制備一些薄片，在520℃的鹽浴中加熱并淬火。這是一個周六的上午，就在中午快要關門的時候，Wilm的助手Jablonski利用離開之前僅有的時間快速測量了鋁合金的硬度。那時候，據說Wilm本人在一個陽光明媚的周末的剩余時間里在附近的哈維爾河上航行
。
展開 7075鋁合金切削參考資料
基于ABAQUS的航空7075鋁合金切削二維仿真.pdf
我國成功研制出3D打印高強鋁合金粉末
近日長沙高新區企業湖南航天長沙新材料產業研究院發布信息稱，該院成功研制出一種3D打印高強鋁合金粉末材料并申請了相關專利若干篇。據國內外權威機構檢測，這種3D高強鋁合金粉末材料已達到國際先進水平，并已在航空、航天等領域推廣應用。
增材制造技術已成為加快中國制造業轉型升級的重要手段之一，但增材制造粉末材料大部分依賴進口，種類有限，且很多國外的高性能粉末對中國禁售。隨著國防武器裝備減重需求的日益增長，鋁合金零件增材制造需求也越發迫切。目前，常用增材制造鋁合金粉末材料只有AlSi10Mg一種材料，室溫拉伸強度小于400MPa，無法滿足航空、航天領域的需求。國外空客公司針對航空用鋁合金零件增材制造需求，開發出世界上第一種增材制造專用高強鋁合金粉末材料，室溫拉伸強度達到520MPa以上，為國際領先水平，已經應用于A320飛機機艙結構零件的增材制造。
湖南航天長沙新材料產業研究院研制的合金粉末材料的成型零件室溫拉伸強度達535MPa以上，屈服強度達510MPa以上，延伸率達12%以上。與國外空客公司研發的高強鋁合金粉末產品性能相當，已在航空、航天等領域推廣應用。
（來源：中國高新技術產業導報）
展開 有限元仿真分析航空鋁合金板螺栓孔變形
圖1 鋁合金板螺栓孔有限元仿真分析模型及網格劃分
圖2 有限元仿真分析計算結果與實際結果比對
圖3 Von Mises應力分布與應力分布曲線
由此看來，有限元仿真分析是一種針對構件受力與變形分析比較實用的軟件。其準確性取決于所采用的材料性能參數的準確性與模型的準確性，同時還需要相關實驗進行驗證。
參考文獻：
KhosroFallahnezhad, Andrew Steele and Reza H. Oskouei. Failure Mode Analysis ofAluminium Alloy 2024-T3 in Double-Lap Bolted Joints with Single and DoubleFasteners; A Numerical and Experimental Study. Materials 2015, 8, 3195-3209.
文章來源：金屬材料科學與技術
展開 打破壟斷，國產3D打印高強鋁合金國際先進！
隨著國防武器裝備減重需求的日益增長，鋁合金零件增材制造需求也越發迫切。目前常用增材制造鋁合金粉末材料只有AlSi10Mg一種材料，室溫拉伸強度小于400MPa，無法滿足航空、航天領域的需求。國外空客公司針對航空用鋁合金零件增材制造需求，開發出世界上第一種增材制造專用高強鋁合金粉末材料，室溫拉伸強度達到520MPa以上，為國際領先水平，已經應用于A320飛機機艙結構零件的增材制造。
△市場上已有增材制造所需鋁合金粉末材料牌號及主要性能
2019年3月，中國航天科工集團下屬湖南航天長沙新材料產業研究院，在集團公司型號產品需求牽引下，通過添加稀土元素及化學成分調整、后處理工藝摸索等手段，成功研制出了一種高強鋁合金粉末材料并申請了相關專利若干篇。通過在國內多家用戶不同型號設備上機使用驗證，此種合金粉末材料的成型零件室溫拉伸強度達到535MPa以上，屈服強度達到510MPa以上，延伸率達到12%以上。與國外空客公司研發的高強鋁合金粉末產品性能相當，已在航空、航天等領域推廣應用。
△高強鋁合金粉末
△高強鋁合金粉末材料成型典型組織
△高強鋁合金增材制造成形零部件
湖南航天長沙新材料產業研究院，作為中國航天科工集團增材制造技術創新分中心和全國增材制造標準化技術委員會專用材料工作組成員單位，已向市場推出了包括鎳基高溫合金、銅合金、鈦合金、不銹鋼，以及鎢、鉭等多種高品質球形金屬粉末產品，產品性能得到集團內外客戶的高度認可。航天新材將秉承與國內外各單位合作共贏的態度，共同推動中國增材制造產業的快速發展，助力中國制造轉型升級。
展開 表面處理技術分享（第四講：鋁合金1-8全系合金/壓鑄鋁合金的對比解析）
<p> 鋁合金的分類、牌號及應用是一個系統而精密的知識體系，尤其當涉及國內外標準差異時，更需要結合材料成分、關鍵元素、性能特點來理解。以下從分類體系、牌號差異、關鍵元素、典型用途等維度展開分析，同時提供實用選型建議：</p><p><strong>一、兩大工藝維度：鑄造VS變形鋁合金</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202604/9abb48a5d5a4c84402eca8af8b905f92.png" width="745"></p><p><br></p><p><strong>關鍵提示：</strong>鑄造合金流動性優，但強度偏低；變形合金強度高，但形狀復雜度受限。</p><p><strong>二、鋁合金分類體系與核心特點</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202604/387efedf2e2178cdb545539eee04d23e.png" width="746"> </p><p> 國際上通用的1-8系分類法（按主要合金元素劃分），國內的標準（GB/T）與其基本對應，但在具體牌號標識上存在差異。以下為各系核心特性對比：</p><p><strong>說明</strong>： </p><p>★ 數量代表性能強弱；強度、耐蝕性為相對評級。 </p><p>★ 5系（Al-Mg）是耐蝕性天花板，海洋裝備必備。 </p><p>★ 6系（Al-Mg-Si）被譽為「萬能合金」，兼顧強度與加工性。
展開 建筑鋁合金模板平整度誤差是多少？鋁合金模板如何拆除？
一、鋁合金模板質量標準
鋁合金模板生產制作完成在工廠進行試拼裝，由業主/設計院/監理到廠內預驗收，模板成品按下表進行出廠前的檢驗：
模板制作允許偏差如下表所示：
二、鋁合金模板的拆除施工方法
1、拆除條件
《混凝土工程施工質量驗收規范》GB50204-2015中關于底模拆除時的混凝土強度必須符合下表要求：
在鋁合金模板早拆體系中，當混凝土澆筑完成后強度達到設計強度的50%后即可拆除頂模，只留下支撐桿。支撐桿的拆除根據留置的拆模試塊來確定拆除時間。
2、 拆除過程
（1）拆除墻柱側模：
當混凝土強度達到1.2Mpa，即可拆除側模，一般情況下混凝土澆筑完12小時后可以拆除墻柱側摸。先拆除斜支撐，后松動、拆除穿墻螺栓；拆除穿墻螺栓時，用扳手松動螺母，取下墊片，除下威令，輕擊螺栓一端，至螺栓退出混凝土。再拆除鋁合金模板連接的銷子和楔子，用撬棍撬動模板下口，使模板和墻體脫離。拆下的模板和配件及時清理，并通過上料口搬運至上層結構。模板拆除時注意防止損傷結構的棱角部位。
（2）拆除頂模：
根據鋁合金模板的早拆體系，當混凝土澆筑完成后強度達到設計強度的50%后方可拆除頂模，一般情況下48個小時以后可以拆除頂模。頂模拆除先從梁、板支撐桿連接的位置開始，拆除梁、板支撐桿132mm銷子和與其相連的連接件。緊跟著拆除與其相鄰梁、板的銷子和楔子。然后可以拆除鋁合金模板板。每一列的第一塊鋁合金模板被擱在墻頂邊模支撐口上時，要先拆除鄰近鋁合金模板，然后從需要拆除的鋁合金模板上拆除銷子和楔子，利用拔模具把相鄰鋁合金模板分離開來。拆除頂模時確保支撐桿保持原樣，不得松動。
展開 
鋁合金、鋅合金、鎂合金、鈦合金對比
鋁鑄件常用于內部結構件和對外觀要求不高的零件，摩托車的發動機外殼需要復雜的結構，要求重量輕同時也需要足夠的強度，大都旋轉鋁合金壓鑄作為胚料。
鋁鑄發動機外殼
鋁的牌號：
1×××系列為：純鋁（鋁含量不小于99.00%），該系列牌號的最后兩位數表示為：最低鋁含量的百分點。牌號的第二位的字母表示原始純鋁的改型情況。
2×××～8×××系列牌號的最后兩位數沒有特殊意義，僅用來區分：同一組中不同的鋁合金。牌號的第二位字母表示原始純鋁的改型情況。
2×××系列為：以銅為主要合金元素的鋁合金。2011快削合金，切削性好強度也高。2018 2218 鍛造用合金，鍛造性良好且高溫強度較高。
3×××系列為：以錳為主要合金元素的鋁合金。3105 3105建材、彩色鋁板、瓶蓋。
4×××系列為：以硅為主要合金元素的鋁合金。4032耐熱性、耐摩秏性良好，熱膨脹系數小。活塞、汽缸頭。
5×××系列為：以鎂為主要合金元素的鋁合金。5052為中程度強度之最具代表性合金，一般鈑金、船舶、車輛、建筑、瓶蓋、蜂巢板。
6×××系列為：以鎂為主要合金元素并以Mg2Si相為強化相的鋁合金。6063代表性的擠出用合金，強度比6061低，擠出性良好，可作復雜的斷面形狀之形材，耐蝕性及表面處理性均佳建筑、公路護欄、高欄、車輛、家具、家電制品、裝飾品。
7×××系列為：以鋅為主要合金元素的鋁合金。7075鋁合金中具有最高強度的合金之一，但耐蝕性不佳，與7072之覆蓋皮材可改善其耐蝕性，但成本提高。航空器、滑雪杖。
展開 陽極氧化技術 | 為鋁合金穿上抗“蝕”外衣 | 助鋁合金上天入海
鋁合金在航空、鐵路和公路交通領域大規模應用，例如C919大飛機、復興號高鐵和新能源汽車等，這得益于鋁合金的特有性質，高比強度、低密度、力學性能良好、易于加工等。
然而，鋁合金在服役過程卻面臨環境腐蝕的侵害，如大氣腐蝕、應力腐蝕開裂和腐蝕疲勞等，所在在實際應用中，鋁合金表面防護是必不可少的。
陽極氧化處理是提高鋁合金的表面強度以及改善其表面耐蝕性能的技術手段。
陽極氧化處理是指在電解質溶液中，被處理的零件作為陽極，導電材料作為陰極，通過電化學處理的方法，在金屬表面生成具有耐蝕、耐磨以及其他功能的轉化膜層的工藝過程。
在鋁合金的陽極氧化過程中，同時發生陽極氧化膜的電化學生成和化學溶解，過程的主要反應公式為：
鋁合金陽極氧化膜的結構一般以Keller提出的模型為基礎，如圖1所示[1]。
圖1 Keller提出的鋁陽極氧化膜結構模型[1]
陽極氧化膜由內外雙層組成，靠近鋁基體的內層是致密的阻擋層，外層是厚而疏松的多孔層，總體呈現以針孔為中心的六棱體蜂窩結構。
陽極氧化膜的生長主要分為三個階段：在陽極氧化剛開始時，鋁合金表面生成了高電阻且無孔的阻擋層；
隨著陽極氧化的進行，阻擋層表面發生化學溶解并形成孔穴，生成多孔層；最后多孔層不斷增厚，當形成速率和溶解速率達到平衡時，多孔層不再增厚。
陽極氧化的方法種類繁多，大體上可以從電解液成分、電流形式、性能及用途等來進行分類，如圖2所示。
圖2 陽極氧化分類
按照電解液的主要成分不同，常用的陽極氧化方法可以分為硫酸法、草酸法、磷酸法、鉻酸法以及混合酸法，其中應用較廣泛的是硫酸陽極氧化法和混合酸陽極氧化法。
展開 氧化銀白鋁是鋁合金還是純鋁？
它是以鋁為基的合金總稱。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。
金屬或合金的電化學氧化。將金屬或合金的制件作為陽極，采用電解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金屬氧化物薄膜改變了表面狀態和性能，如表面著色，提高耐腐蝕性 、增強耐磨性及硬度，保護金屬表面等。例如鋁陽極氧化，將鋁及其合金置于相應電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下，進行電解。陽極的鋁或其合金氧化 ，表面上形成氧化鋁薄層 ，其厚度為5～20微米 ，硬質陽極氧化膜可達60～200微米 。陽極氧化后的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可達250～500千克／平方毫米，良好的耐熱性 ，硬質陽極氧化膜熔點高達2320K ，優良的絕緣性 ，耐擊穿電壓高達2000V ，增強了抗腐蝕性能 ，在ω＝0.03NaCl鹽霧中經幾千小時不腐蝕。氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤滑劑，適合制造發動機氣缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力強可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金（如鋁、鎂及其合金等）都可進行陽極氧化處理，這種方法廣泛用于機械零件，飛機汽車部件，精密儀器及無線電器材，日用品和建筑裝飾等方面。
補充：除金屬外，其他物質在陽極所引起的氧化作用，也稱為“陽極氧化”
展開 鋁及鋁合金的八大系列編號，瞬間成為鋁專家
根據鋁合金按加工方法可以分為變形鋁合金和鑄造鋁合金，鋁及鋁合金的編號主要分為八個系列。
合金牌號表示方法
國際牌號(用四位阿拉伯數字，現常用表示方法)：
1XXX 表示為99%以上的純鋁系列 如1050、1100
2XXX 表示是鋁-銅合金系列 如2014
3XXX 表示是鋁-錳合金系列 如3003
4XXX 表示是鋁-硅合金系列 如4032
5XXX 表示是鋁-鎂合金系列 如5052
6XXX 表示是鋁-鎂-硅合金系列 如6061、6063
7XXX 表示是鋁-鋅合金系列 如7001
8XXX 表示是上述以外的合金體系
一系
在所有系列中1000系列屬于含鋁量最多的一個系列，純度可以達到99.00%以上。1000系列鋁板根據最后兩位阿拉伯數字來確定這個系列的最低含鋁量，比如1050系列最后兩位阿拉伯數字為50，根據國際牌號命名原則，含鋁量必須達到99.5%以上方為合格產品。
一系的鋁成形性、表面處理性良好，在鋁合金中其耐蝕性最佳。其強度較低，純度愈高其強度愈低。
手機上常用的到的有1050、1070、1080、1085、1100，做簡單擠壓成型（不做折彎），其中1050和1100可以做化學打沙、光面、霧面，法線效果,有較明顯的材料紋路，著色效果好；1080和1085鏡面鋁常用來做亮字、霧面效果，無明顯材料紋路。
一系的鋁材都相對較軟，主要用來做裝飾件或內飾件。
展開 