航空飞机用铝板材的热处理分析

 为了提高飞机的性能和保证安全，对机体及各种部件所使用的材料、工作等要求很高，然而铝合金是它们当中所用的主要材料，要求具有很高的可靠性。因为热处理对铝合金的性能影响很大，所以把设备、热处理工序、热处理温度、时间、材料的试验方法等进行了标准化，为了确保产品质量制定了标准。典型的标准有M I L-H-6088、6088 ,  出版的修订版6088E。现在飞机用铝合金产品的热处理都是以这些标准作为基础。下面对铝板材热处理有关的事项继续加以说明，将近代热处理设备的发展动向及新的热处理技术加以介绍。

  MIL-H-6088DE(与板材有关的要点)2-1适用范围    本标准规定了有关制造兵器用的铝合金产品热处理炉设备的要求事项、试验方法、热处理工序、热处理温度、材料的试验方法及其它有关事项，应用本标准的情况下，同时对各种合金所要求的性能做了规定。

  2-2要求事项    2一2一装置    (1)加热介质:使用空气、流动液体、燃烧煤气或者保护气体及盐浴。但是，这些介质不能对材料有坏的影响。间歇炉和盐浴槽必须是这样的设计和结构，即在升温和保温时间内空气和材料的温度无论在工作区或保温区的任何部分都不能超过表1及表5中对热处理和试验材料所规定的保温范围的最大值。

      (2)温度控制装置:对所有的热处理设备都要适当地配置数字十分准确的自动控制温度仪表，对整个工作区的温度必须精确控制。这类仪表不应安装在灰尘多和振动激烈的地方以及温度在0~60℃以外的被阳光用照射的惕所。 

     (3)淬火装置:为了水、乙二醇水溶液、液化气及油淬火，必须安设适当的淬火装置。

    2一2一2固溶热处理的必要工序   

   (1)温度:铝合金产品，其中包括包铝板必须按表1规定的某一温度范围进行热处理。如果因特殊情况不能严格按表1规定时，最好要作出证实的试验结果，为了求得承认变更，可向订货方提出申请书。  

    (2)重复热处理:对已经进行过热处理的材料的热处理叫做重复热处理，因此，在以热处理状态买入的材料之第一次热处理看作是重复热处理。仅限于此项，退火及析出处理不看作热处理。2014, 2024, 2219,7075, 7079及7178包铝板不许超过表2规定的固溶热处理次数。

      (3)热处理操作:热处理操作是对全部部件或材料进行处理，不能只作部分处理。另外，必须采用适合于能获得高度均匀性产品的方法进行热处理。

       2一2一3最佳的工序和操作

      (1)向炉内及盐浴槽内装料:被热处理材料的加热和冷却容易，为了尽量迅速地得到均匀的温度，必须使加热剂和冷却剂处于自由流动状态。在炉子给定值升高或降低初期不稳定的温度状态下，由于不能满足温度的均匀性，所以不能往炉内加料。

      （2)固溶热处理    ①达到固溶热处理温度以后，进行必要的固溶热处理。为了得到规定的性能，最好要保持足够长的保温时间。对间歇炉所推荐的保温时间如表3所示。    ②当断面厚度不同的产品同时进行热处理时，不管是装配的部件也好，分开的小片也好，或者是重叠状态的制品也好，其保温时间最好应根据最大断面的厚度来决定。   (3)淬火    ①对一2014, 2017, 2024, 7075及7178合金板甘薯用是够量的水、循环水或者将全部产品浸入两种水中进行淬火。淬吠操作结束以后，被热处理材料取出时，水温不应超过300C。浸入淬火的最长保持时间示于表4。使用乙二醇进行淬火时，若在特殊浓度下证实能够迭到所要求的机械性能和抗腐蚀性能，则淬火介质温度允许达到500C。 

   ②将全部产品浸入乙二醇或液化气中，在特殊设置的室内采用高速大量喷射冷水使产品完全淬火的有效方法。若这种淬火产品经过晶间腐蚀试验合格并且满足相应材料标准的要求事项，也可以用于变形材料。

      (4)在表5中示出为推荐的令人满意的析出处理时间一一温度条件对各种形状、尺寸及加工方法都是代表性的，对特殊产品没有准确地示出最佳处理条件。通常对大断面或重量大的产品(厚板)最好采用更长时间、更低的析出处理温度，以确保材质均匀。

2-3保证质量的项目2一3一1设备的试验程序(1)间歇炉:在各炉内进行的固溶热处理或析出处理的最高及最低温度下必须进行初次测温。空气炉的体积每0.7米”只少测定一处，最多测40处，各角和中心处最少测定九处。在盐浴槽中每1.1米3只少测定一处。 

   〔2)连续炉:对每种炉子都要考虑特殊条件，最好规定出测温方法。连续炉的形

式按产品及其尺寸少(小加以控制。检查炉子的唯一具体方法是，确认特定尺寸的产品经过广泛的试验必须符合规定的机械性能。

      (3)盐浴温度:可以利用装入适当保护管内的测温部件测定盐浴槽的温度分布。工作区内各点读数的最大温差不得超过n℃。不管读数怎样，都不能超出对该材料所规定的热处理温度范围。    2一3一2试验方法      (1)必要的试验:对厚板和薄板必须进行卯试验有机械性能、高温氧化(只限于在空气炉内进行固溶热处理的材料)、_晶间腐蚀(2014, 2017, 2024, 7075、7079、7178不包铝或包铝薄板)、扩散(只限于0.51毫米以上的包铝板)、共晶复熔、应力腐蚀‘(只限厚度19毫米以上的7075- T 73及7049   T 73厚板)。

      (2)试验次数:每月进行一次试验，但在检查员提出要求时，则必须再作多次试验。

      2 --4注意事项    2一4一1一般事项 

     (1:)盐浴槽的优点:装入材料的升温速度快，容易保持温度均匀。此外，没有高温氧化的危险。长期使用后硝酸钠会产生一定程度的分解，在淬火用水中溶解时，产生浸蚀铝合金产品的化合物。在盐浴中每45.5公斤硝酸盐要加入14克重铬酸钾，或重铬酸钠一可以起抑制作用。

      (2)空气炉的优点:在处理大批量产品时，空气炉既方便又经济。对某种铝合金进行热处理时，为了防止高温氧化一必须严格控制加热介质。高温氧化可使铝合金的机械性能降低，并.且通常在合金产品表面的一面上产生许多微小的气泡。容易高温氧化的合金不应在燃烧产物与产品接触的炉子中进行热处理。

      (3)固溶热处理的注意事项

    ①为了得到充分的固溶体，所需的加热时间必须随着产品断面厚度的增大而延长。表3内所列的保温时间为实际采用的充分时间。

    ②在空气炉内加热变形材料时，保温时间过长会增加高温氧化的危险。但是，在适当控制气体介质的条件下，既使保温时间是表3规定的几倍也是安全的。

    ③为了获得所需要的机械性能，包铝板的保温时间应限于最小限度。如果保温时间长，芯材的合金成分就会扩散到表面层。结果抗腐蚀性能变坏。因此，对包铝板应尽量缩短保温时间，尽最大努力避免扩散。    ④如果热处理温度超过规定的最高温度时，有产生共晶复熔而使机械性能降低的危险。若进一步产生过热，在金属表面上会出现严重的气泡。另外，如果比规定的下限温度还低时，固溶不完全，就不能得到满意的机械性能。

      (4)淬火:为了使产品得到最佳的抗腐蚀性能，对2024和7075合金不包铝材料及包铝板必须进行快速淬火。如果缓慢淬火，则这些合金在腐蚀条件下放置时，很容易产生严重的晶间腐蚀，从而机械性能明显下降。

结论：在热处理设备方面，厚板有向大型化，薄板有向连续式发展的趋势;在新技术方面，用调整合金的内部夹杂物及弥散质点的方法来改善合金的粗性，用细化晶粒的方法来提高加工成型的性能。    今后日本也准备太量生产飞机用铝板。为了降低成本和进一步获得优异的性能，热处理技术及设备的研究开发必须加速向前发展。