航空铝合金及其材料加工分析

肖尧++鲁帅

摘 要：航空制造中的铝合金材料，是比较重要的加工材料，由于航空制造对安全性及质量性能的要求比较高，在加工铝合金材料时，要注重结构材料的性能，提高铝合金材料的应用质量，规避潜在的风险，体现出铝合金材料加工的综合性和均匀性。航空铝合金材料朝向高强度的方向发展，所以本文主要探讨一下航空用铝合金及其材料加工。

关键词：航空铝合金；材料；加工

中图分类号：V252 文献标识码：A

铝合金及其材料加工在航空制造中，直接关系到航空器的性能与运营寿命。航空铝合金和材料的处理，能够提高零件的能力，保障零部件表面具备高性能的残余压应力，积极提升疲劳寿命，以免干扰铝合金及其材料的实践应用，满足航空制造的基本需求，体现出铝合金及其材料加工的重要性，完善材料加工的过程。

一、航空铝合金及其材料的加工性能

航空建设中，飞机在飞行过程中，对铝合金及其材料的要求比较高，需要发挥铝合金材料的高韧性、高强度、抗疲劳的特征，而且还要具有抗腐蚀的特点。考虑到飞机零件的全周期寿命，规范好铝合金及其材料的加工性能。

首先是铝合金及其材料加工时的静强度性能，保障铝合金在给定设计载荷的状态下，保持安全稳定的状态，禁止发生破坏，防止航空零部件出现永久变形的问题。静强度性能对铝合金材料的要求是：不出现疲劳裂纹，保障零部件在全周期寿命中的安全性。静强度性能设计中，铝合金材料可能会隐藏初始的缺陷，潜在疲劳裂纹的风险。根据已经出现的疲劳裂纹，规划出零部件整体结构的外载荷，便于铝合金材料在维修中能及时发现和处理损伤与破坏。

然后航空铝合金及其材料加工性能控制方面，考虑到飞机运行中的蒙皮温度影响因素，长期处于高温的状态中，铝合金材料的性能会逐步下降。一般情况下，协和式飞机的速度在2.2Ma时，飞机头部的温度，最高可以达到149℃，铝合金材料的性能，明显下降。在某个温度点，铝合金材料的性能会表现出急剧下降的状态，影响了材料的拉伸强度。铝合金材料加工性能中，必须注重温度对材料性能的影响，保障铝合金在一定温度区间中的稳定性，预防出现温度过高材料强度降低的情况。

最后是航空铝合金及其材料服役性能的运用。飞机不同部位的铝合金材料，服役性能有明显的差异，例如：疲劳、抗压强度、断裂韧性等，均是材料服役性能的范围。除此以外，部分特殊的结构材料中，还包括剪切强度与耐腐蚀等特征。我国航空运输中的商业飞机，正在朝着超音速的方向发展，延长飞机的运行寿命，增加航空材料市场的竞争力，深入研究商业飞机的结构，规划好铝合金及其材料的性能，投入到加工生产中。

二、航空铝合金及其材料的加工应用

航空铝材料中，加入了铜、镁、锌等材料，构成铝合金产物，用来提高航空铝合金材料的强韧度，体现高强铝合金的加工性能。高强铝合金在航空行业中的运用，比强度、比模量方面，有明显的优势。铝合金及其材料的加工工艺简单，加工技术较为成熟，促使铝合金在航空制造中具有很强的竞争力，属于飞机制造中的重要材料。铝合金在航空飞机整机制造的材料中，占有量高达70%～80%，随着航空事业的发展，飞机处于改型、创新的环境中，铝合金及其材料加工，受到很大的重视，满足零部件制造的需求。

铝合金及其材料在航空制造中，同样受到一定的压力，尤其是复合材料的出现，此类材料强度、综合性能方面均具有明显的优势，增加了铝合金及其材料加工的压力。铝合金及其材料中，提出了变形铝合金的运用，如：2XXX合金（Al-Cu-（Mg）），制造的产品中，有轧制板材、锻件等，采用变形铝合金，能够提高优质的损伤容限性能，维护铝合金材料的强度及抗腐蚀性能。高强铝合金，也是航空铝合金材料的发展趋势，高强铝合金中，7050铝合金的使用量非常大，其在航空飞机中的规格也非常大。用7050铝合金生产的飞机的翼盒内翼梁，表明航空铝合金及其材料的加工应用，进入了高强、耐腐蚀、高韧性、高损伤容限的环境内。高强铝合金的应用，促使屈服度由300MPa变为600MPa，提高屈服强度的过程中，还能提高断裂韧性。

以航空商业飞机为例，分析铝合金及其材料的应用，投入应用的铝合金材料，表现出综合性能，促使铝合金具备足够强的竞争力。列举铝合金及其材料的实践应用，如：

（1）101.6mm～254mm的7140-T7651铝合金厚板，其在飞机制造中，表现出强韧性的特点，此项铝合金材料的性能要优于7050铝合金，与2139-T8XX板材厚度相比，损伤容限性能较好，密度低、质量轻，能够作为铝合金材料的替代物，减轻航空商业飞机的重量。

（2）2198-T8X铝合金，高损伤容限、高强度、高热稳定性，均较为明显，属于一类优质的铝合金加工应用材料。

（3）2027铝合金材料的强度、损伤容限性能，与2024铝合金相比，制造的挤压件和板材，性能分别提升了20.5%～25%、10%。

（4）7085铝合金改进为7085-T7651，制作航空商业飞机的厚板，屈服强度与7085铝合金相比，长向高出了60MPa～80MPa，短横向是50MPa～60MPa。

航空铝合金及其材料的应用中，铝合金厚板可以直接制作成飞机的整体构件，不采取焊接、铆接的方法，由此降低使用零件的数量，间接提高构件的刚度与可靠性，辅助降低零部件的质量。飞机制造中，高强铝合金厚板的厚度，基本可以达到300mm，按照航空飞机的生产要求，降低高强铝合金的残余应力，消减残余的应力，达到航空铝合金材料的加工需求。

三、航空铝合金及其材料的加工调控

航空铝合金及其材料的加工中，针对材料的成分、组织提出调控的要求，确保铝合金及其材料加工，符合航空飞机制造的规范标准。

1.成分调控

航空铝合金的成分调控，需根据航空制造的要求，增加铝合金中的主元素含量，改变铝合金的性能，便于提高合金强度。铝合金成分调控中的主元素，含量比重不能影响铝合金的集体成分。根据金属材料的动力学、热力学，把控好铝合金的强度、韧性等成分应用，适当地增加铝合金内的成分，有利于提升铝合金的性能，调控铝合金材料的成分，改变铝合金的性能，优化铝合金在航空制造中的运用，使铝合金材料表面、中心位置，性能上不能出现较大的差距，保证铝合金材料的整体性能。

2.组织调控

组织调控是航空铝合金及其材料加工中不可缺少的部分，负责铝合金材料的制备。航空铝合金及其材料，经过组织调控后，生产出高质量、无裂纹的铸造，专门用于制造大规模的零部件，解决铝合金材料的分配处理问题。铝合金材料组织调控过程中，禁止发生熔体偏析的问题，便于结晶出较宽的高强铝合金材料，减轻铝合金材料铸造的难度，优化铝合金组织调控的环境。

结语

航空铝合金及其材料的加工，按照性能设计、应用以及调控的方法，提高航空铝合金的基础性能，避免影响铝合金及其材料在航空运行中的实际运用，完善航空铝合金的加工环境，最主要的是利用调控的方法，缓解航空制造中的材料压力，表明铝合金及其材料加工的重要性，严格按照航空制造的规范，把控铝合金及其材料的加工过程。

参考文献

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