航空鋁合金材料工藝技術

鋁合金最后的終端使用場景與整個生產工藝過程直接相關，不同的應用場景取決于生產工藝即加工工藝的過程控制。

0 1、高強鋁合金擠壓型材生產工藝

高強鋁合金在應用過程中有多種形式，主要有鋁型材、鋁板、3D打印粉末等形式。其中，鋁合金型材具有質輕高強、焊接工藝成熟等優(yōu)異特點，鋁型材可作為大型的結構承載件在航空航天和軌道交通領域大量應用。鋁型材的生產工藝主要采用連續(xù)拉擠成型工藝以提高生產效率并進行一定的預應力取向，提高型材的力學性能。在鋁型材的擠壓過程中，多擠壓周期的連續(xù)擠壓方式中，相鄰2根擠壓坯料間會形成界面，使得該界面在型材中的延伸長度增加，因為橫向焊縫會大大影響鋁型材的使用壽命，導致疲勞壽命急劇下降。

0 2、熱處理工藝

鋁合金材料的綜合性能提升出材料成分配比，很大程度上取決于生產過程中的工藝技術參數控制，適宜的熱處理方式可以很大程度上影響鋁合金材料的綜合性能，因此對于不同性能要求的鋁合金應研發(fā)適宜的熱處理技術以提高鋁合金材料的綜合性能。

采用高溫均勻化退火工藝處理鋁合金，可以使時效強化相和殘留的非平衡相最大程度固溶到基體中，并使其均勻分布，提高固溶后的固溶體濃度，達到提高時效強化的效果，同時針對大型鋁合金鍛件的組合熱處理工藝即熱變形與中間高溫均勻化及高溫固溶處理工藝進行整個熱處理過程的參數設計，可以在提高強度的同時提高應力腐蝕性能。

一般鋁合金的固溶處理工藝分為2種：常規(guī)固溶處理和復合固溶處理，其中，復合固溶處理是指強化固溶及高溫預析出的處理。在前期的鑄錠階段采用常溫處理+低溫處理的均勻化退火工藝，可控制過渡族元素的析出，而過渡族元素對再結晶有明顯的抑制作用，可一定程度上提高合金亞結構強化效果，進而提高合金的斷裂韌性及抗應力腐蝕性能并能夠有效減弱材料的各向異性。

高強鋁合金的熱處理中的時效處理對鋁合金的性能也有著至關重要的作用，時效處理主要有3種形式，峰值時效、雙極時效和回歸再時效。研制時效處理方式的目標也是使鋁合金更高強、更高韌、更高的耐腐蝕和抗疲勞等高綜合性能，熱處理狀態(tài)開發(fā)則沿著T6到T73到T76到T736到T77的方向發(fā)展，時效處理方式則是從峰值時效發(fā)展到過時效再到回歸再時效處理進行順序發(fā)展。

時效溫度和時間對時效強化的效果都有影響，不同的時效處理工藝可以直接影響鋁合金的抗拉強度、屈服強度、延伸率及晶間腐蝕等級。早在1989年，美國Alcoa公司用T77的熱處理狀態(tài)命名注冊并申報了第一個RRA處理工藝規(guī)范，這也是首個可工業(yè)應用的熱處理工藝規(guī)范，此工藝規(guī)范可用作7150鋁合金的熱處理工藝操作指導，此種工藝生產的7150鋁合金厚板和擠壓件被大量應用到C—17軍用運輸機上，在我國，采用T77熱處理技術的高性能鋁合金關鍵技術還在研制過程中，尚未產業(yè)化應用。

熱處理過程中還包括形變熱處理，形變熱處理是通過熱塑性變形和熱處理相結合的工藝過程，采用形變熱處理可用于改善過渡沉淀相的分布狀態(tài)及合金內部的精細結構，合理的形變熱處理可以使鋁合金獲得較高的強韌性及耐腐蝕性。形變熱處理工藝早在1981年即被提出出來，主要應用于宇航結構合金，性變熱處理對于改善7050、7475合金力學性能具有明顯的效果。

在我國，鋁合金的熱處理工藝僅有100余種，距離國外的370余種還有很大的距離，應加大開發(fā)熱處理工藝的力度，縮短鋁合金基礎熱處理技術于發(fā)達國家的距離。

0 3、高強鋁合金3D打印工藝

低成本、高效率及自動化高強鋁合金工藝技術的發(fā)展得到航空航天的重視，大型鋁合金或鈦合金3D打印技術為目前航空航天關注的重點。3D打印技術作為我國的一個前瞻戰(zhàn)略性技術，對工程應用領域的發(fā)展有至關重要的作用。

在航空航天領域，鋁合金雖然已經有大量的應用，但實際應用過程中相比鈦合金和復合材料還有一定的弊端，如鋁合金暴露在高于160℃的應用中力學性能及耐蝕、疲勞性能會下降，且隨使用時間的延長會軟化和老化，因此提升鋁合金在極端工況的綜合性能仍需開展大量工作。

通過3D打印技術的不斷成熟，對高強鋁合金粉體的開發(fā)也不斷進行，新型的鋁合金材料不斷涌現，持續(xù)刷新性能新高。如由Amaero和澳大利亞莫納什大學共同研發(fā)的Amaero HOT Al這種新型的鋁合金在3D打印后再繼續(xù)進行熱處理和時效硬化后，可以實現在260℃下長時間的穩(wěn)定，開發(fā)商業(yè)化的高強度鋁合金新型材料適應3D打印工藝以實現鋁合金的智能制造性能可控及高復雜形狀成為未來發(fā)展的主要趨勢。鋁合金的3D打印發(fā)展前景可期，主要應用于航空航天及軍工領域。