波音飛機常用鋁合金件熱處理介紹

波音飛機常用鋁合金件熱處理介紹

鋁合金是飛機上的金屬材料中應用最廣泛的材料。波音飛機常用的鋁合金件有鋁銅合金2000系列(如2024、2219)、鋁鋅合金7000系列(如7075、7050)和鋁鎂硅合金6000系列(如6061、6063)等。常應用於在飛機機身結構(如蒙皮、隔框和地板梁等)和飛機內飾支架,熱處理在飛機結構和內飾改裝設計中,經常會涉及到金屬零件的製造。特別需要注意的是,各飛機部位的金屬材料的應用需要採用對應的熱處理狀態,以便達到其受力要求。而且單種鋁合金通常都有多個的熱處理狀,比如2024就有-T3、-T351、-T6、-T72、-T86和-T861等等。

下面我們簡單介紹鋁合金材料的熱處理過程,以及幾種常用鋁合金通過熱處理中不同的溫度和時間控制而獲得不同熱處理狀態。

熱處理流程(如下圖1)

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圖1 熱處理流程

1 零件檢查

檢查零件材料牌號、厚度、狀態、數量及熱處理要求等。

2 清洗

進行熱處理的零件不可帶有油漆、油脂、薄膜、橡膠和灰塵等汙染物。可根據BAC5750,使用MEK或等同清潔劑清洗。

3 裝夾

裝夾的原則為使零件迅速均勻受熱和減小變形,具體要求可參考波音BAC5602

4 固溶處理

將合金加熱到高溫單相區恆溫保持,使過剩相充分溶解到固溶體中。固溶處理的溫度和保溫時間結合時效處理1.7節表1,SOLUTION TREATMENT。

5 淬火

金屬工件加熱到某一適當溫度並保持一段時間,隨即浸入淬冷介質中快速冷卻的金屬熱處理工藝。具體淬火工藝要求可參見BAC5602。

6 校形

校形時間控制如圖2:

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圖2 保持–W狀態或時效延遲保存時間/溫度限制

(1) 在淬火之後,需要校形的零件需要進行存放溫度和校形時間控制

(a) 從淬火槽取出到放入溫度控制區的轉移時間間隔為:

- 鋁合金(除2219外)最大間隔時間為15分鐘;

- 2219和其它鋁合金為30分鐘。

(b) 鋁合金在放進溫度控制區前,需保證零件的每個部位的溫度都低於83℉

(2) 零件保存到溫度控制區後,需保持-W狀態或時效延,其保存時間/溫度限制需根據BAC5003-2要求,允許校形時間如下:

(a) 對於6061、7050和7075,含(1)中的轉移時間,在溫度83℉以下,允許校形時間為60分鐘。

(b) 對於2024和2XXX(2524),含(1)中的轉移時間,在溫度83℉以下,允許校形時間為30分鐘。

比如要對7075-T6的材料進行彎曲加工,由於材料硬度高,需進行固溶處理使其到達W狀態再進行彎曲,然後再通過時效處理使其到達某一狀態。

7 時效處理

指金屬或合金工件(如低碳鋼等)經固溶處理,從高溫淬火或經過一定程度的冷加工變形後,在較高的溫度或室溫放置保持其形狀、尺寸,性能隨時間而變化的熱處理工藝。

時效處理在空氣爐中進行,經過不同溫度和不同的時效時間,所得到的熱處理狀態是不同的。

舉個例子,0.063英寸厚的7075薄板在空氣爐910-930℉中經過30分鐘的固溶處理(1.4節)和淬火冷卻之後,達到W狀態(參照表格1),之後進行時效處理:

a. 放入火爐中240-260℉保存22-24小時,得到7075-T6或-T62狀態(參照表1)。

b. 或者放入火爐中215-235℉6-8小時加上340-360℉8-10小時,得到7075-T73(參照表2)。

各種金屬材料的具體時效處理的溫度和時間,見如下表1和表2:

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表1 常用鋁合金固溶處理和時效處理溫度/時間/狀態表

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表2 除鍛造以外的鋁合金時效處理溫度/時間/狀態表

在維修及改裝設計中所需要製造鋁合金件時,需特別注意不同金屬材料(如棒材、型材、薄板和厚板等)經過熱處理所能達到的狀態,及熱處理所需要的時間,合理安排零件製造時間,通常熱處理需要幾小時到幾天不等,維修時需考慮這個因素,以免影響工期。

8 質量控制

確保文件、檢驗和測試應符合保證符合相關規範要求的質量保證規定。


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