航空领域中的焠火技术，让您秒变热处理达人（深度好文）

2018-08-24 13:03:34 作者：姚继洪来源：热处理生态圈分享至：

1铝合金的应用

在早期的航空飞行器当中就已经使用到了许多不同类型的铝合金，这是因为铝合金经过热处理可以达到相当高的强度和高的抗腐蚀性能，但重量却很轻；它极易弯曲、成型及机械加工，而且成本低廉。目前，它已成为现代航空领域中最常用的材料，广泛用于制造现代商用飞行器和军用飞行器，比如波音 777、空客 A380、波音的 UCAV－无人空中格斗飞行器及波音F/A-18E/F。

但是，铝合金应用于航空航天领域的前提是可热处理。最近，人们更多地关注如何通过热处理使 7075 和 7040 合金板材锻件的成本最低。飞机骨架的制造商已尝试了轧铝的同时进行热处理，铝板经重型机加工后再装配成大型的翼肋和舱壁。

然而，铝合金热处理时要求有严格的控制。为了得到一个可重复的结果以及高品质的产品，飞机部件制造商、供应商和热处理厂家现已制定了一系列的规范，其中使用最多的就是 AMS-2770 规范——《铝件的热处理》。

2铝的热处理

铝的热处理包括固溶处理和时效处理两个过程，其中固溶处理是将铝及其合金加热到略低于共晶熔化温度下的某一温度（接近于共晶熔化温度以下可使固溶体中固溶的溶质数量达到最大），并在这一温度下保持足够长的时间以使材料接近于完全固溶体。固溶处理以后，再将工件快速冷却以使溶质全部溶解在过饱和的固溶体中。这些合金的固溶和冷却处理都是在专用的大型高温炉中进行。

用于铝合金固溶处理淬火的大型底卸式炉

经冷却之后，合金都需要经过自然时效处理。性能得到提高是随着从过饱和固溶体中以及淬火空位的 GP 区（Guinier-Preston）的快速形成而产生的。大约经 4～5 天以后，强度快速增加并且性能也稳定了，T3 和 T4 就是经 4 天的自然时效的热处理工艺。但是，大多数的航空用铝合金都是经过人工时效处理的。不同的铝合金有各种各样不同的时效曲线，但是要得到最高的性能，则通常要求较高的时效温度、较短的时效时间。当时效温度较高时，得到所需性能的时间就较短。由于这个原因，一般是选择较低的时效温度以确保得到所需的性能而不致因温度的快速上升而引起过时效，反而冒致使性能下降的风险。

7075 铝合金的时效变化过程：

（A）初形成的 GP 区；（B）GP 区及半共格析出物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热处理中的缺陷

在工艺处理过程中，零件会存在一些缺陷，而这大多数缺陷都是伴随着铝的热处理，包括固溶处理、淬火冷却而产生的。固溶处理的缺陷包括氧化、初熔和欠热。淬火冷却过程中的缺陷则是产生了某些特殊的翘曲，或是因使用的淬火介质冷速太慢，在冷却过程中造成脱溶沉淀反应而得到不恰当的性能、以及不恰当的过饱和程度。

不正常淬火和装夹，结果造成大型飞机翼肋的变形

因装夹引起的变形。原因是零件未得到恰当的支撑

4对策分析

a.固溶处理过程中的氧化

如果零件暴露在高温下的时间太长，氧化就会成为一个问题，其原因可能是实际固溶处理时空气中的水汽。消除水汽可减轻表面气泡的问题，也可使用氟硼酸铵来防止，对于大型的挤压件和锻件，先将零件阳极化处理也是一种替代使用氟硼酸铵的备选方法。

b. 淬火过程中的变形

铝合金中因热处理造成的所有可能的“影响”当中，淬火变形是最为常见的。为解决变形的问题，装夹时零件应该得到完全的支撑，使得所受到的载荷在一个大的面积范围内均分；固溶处理时零件可用线稍微松弛地捆绑住以防止零件之间发生相互碰撞；零件的入液方式最好是以满足空气动力学的以避免零件变形，它应平滑稳定地淬入介质中。特别提到的是，在航空工业的铝合金中，已成功地应用 PAG（Polyalkylene Glycol）类聚合物淬火介质来控制和使淬火变形最小。