航空铝合金材料发展研究

航空铝合金材料发展研究

王淑艳

新疆众和股份有限公司 新疆维吾尔自治区   830013

摘要：随着科学技术的发展和社会经济的发展，环保和节能的意识也正在逐渐成为社会发展的主题。目前，我国工业的快速发展对于铝合金的需求越来越大，我国在发展工业的同时也要保护环境，而铝合金作为金属中的轻质金属有着耐蚀性强且容易加工和回收的优势，在各个行业中被广泛使用并被誉为绿色环保材料。我国民用航空器进行研究时能够发现，绝大部分部件都由铝合金材料制成。航空铝合金是航空制造过程中应用较为广泛的材料，航空铝合金的性能以及加工技术对飞机的飞行器运行的稳定、安全与可靠存在重要影响。在航空制造中所需要的的铝合金材料对其安全性及质量性能的要求比较高，且在加工铝合金材料时必须要了解和重视材料的性能，要提高铝合金在航空中的应用。本文以航空铝合金为研究对象，从多方面入手详细分析了铝合金材料在民用航空器中的具体应用以及航空铝合金材料性能要求进行了简要分析，以供参考。

关键词：航空铝合金；材料加工；加工工艺

引言

铝合金在航空中的使用直接关系到航空器的性能与使用寿命。航空铝合金由于高度的耐蚀性和强的抗压性能够提高零件的能力，保障零件的质量问题，积极提升寿命，满足航空制造的基本需求。航空铝合金有多种金属元素组成，所以有着高的耐蚀性和可塑性等优势，凭借着这些优势航空铝合金在航空飞行器上得到了广泛的应用。在当前航空行业的快速发展和政府以及各个行业对于飞行问题的高度重视的情况下，要加强航空铝合金及其材料加工的研究进一步提升材料应用性能，为航空事业优化发展奠定良好材料基础。

一、航空铝合金及其材料的加工性能

关于航空建设和飞行过程对于建设材料是有极大的要求。尤其是对航空铝合金的要求，航空铝合金必须要要高韧性、高强度等特点，航空铝合金要能延长飞机的零件的使用周期，要规范好铝合金及其材料的加工性能。首先是材料的加工时要达到的静强度性能，静强度性能是保障航空铝合金在一定的数据的下保持平稳的运行状态，这样会保障飞机的安全性和在一定程度上会减少各个零件的变形和磨损问题。而铝合金要想达到静强度性能就必要材料本身没有裂缝且零件要在安全周期寿命中。但是在一开始的零件中铝合金材料可能会存在隐藏的缺陷，而这些隐藏的缺陷会使铝合金材料在维修中出现损伤。同时由于飞机在飞行中自身的温度过高所以要考虑到航空铝合金的耐性，在飞机飞行过程中产生的热量航空铝合金要在一定程度上有温度急剧下降的性能。会影响到原本材料的延展性和拉伸的强度。如:飞机时速在2.2Ma时，机头温度达到了149℃，这时候的航空和铝合金材料的性能大大下降。所以在使用航空铝合金材料时必须要注意温度对于材料的影响和保障零件在温度过高时强度仍不会降低。同时也要注意航空铝合金及材料的服役性能的应用，因为飞机不同的部位所承受的力不同也有着不同的作用，所以不同的部位要使用不同的材料和技术。此外，我国的商用飞机目前正在朝着更好的方向发展，航空铝合金的科学合理的使用会使我国的运输行业更加具有市场竞争力也对与我国航空铝合金的发展有着更加深入的了解和研究且加大对于航空铝合金的使用投入。

二、航空铝合金及其性能要求

飞机是运输的重要交通工具，也是人们出行的便捷方式，更是珍贵食材的重要的运输方式，在对于保鲜期短的食材航空运输是重要的运输途径。同时航空运输也承载着人流、物流的重要使命。飞机的主要以客运为主也就是以人的出行为主同时航运都是以高空作业的运输方式，这就要求飞机的质量和安全性能要高的原因，因此飞机飞行过程中，对运输质量、运输安全、运输效果等存在较高要求。要确保运输中的安全性就需要在建造的项目中的技术进行仔细的审核和对建造过程中的材料进行认真的考察，在飞机制造中需要的航空铝合金要具备材质轻、韧性强、强度高、抗腐蚀性强等特征的航空铝合金材料。这些特性航空铝合金都能一一满足，航空铝合金在一定程度上有效满足飞机分型过程中对结构材料性能基本要求，从而成为飞机结构制造中应用较广的材料。在飞机的制造中航空铝合金一般使用在机身、飞机的支撑结构以及机翼部分的建造上，其原因就是铝合金的材质较轻不会对飞行带来负担。在给飞机带来安全性的同时还不会给飞行带来荷载的情况，满足飞行的要求。在了解飞机的飞行特点结合分析构建的安全周期就可以推算出航空铝合金及其材料加工在性能要求，首先是静强度的要求，飞机在用作时有一定的保障，要求航空铝合金全寿命周期内，经过载荷作用后，仍处于安全、稳定状态，不存在材料或材料构件损坏、变形、裂纹等问题。与此同时，在面对航空铝合金在施工过程中存在的问题，要根据航空铝合金在使用存在问题的规律来进行有效的控制。使材料本身的缺陷得到一定程度的控制且不再扩散进一步提高了材料的使用寿命，同时也提高了安全性。其次，对于服役性能要求。飞机在飞行中所损失的部位不同，所以在不同的部位要用不同的性能的材料，要合理的在飞机飞行中受到不同载荷作用下进行科学合理的材料的建造。不同部分所受到外载荷作用也不同，因此不同位置中的铝合金材料。最后，蒙皮温度性能要求。在飞机飞行时间过长，蒙皮就会长时间处于高温状态，这会导致航空铝合金受到温度的影响会产生性能方面改变和磨损等问题的出现，导致使结构出现缺陷，为飞机飞行带来安全隐患。因此，在航空铝合金材料加工过程中，需对温度影响具有全面的掌控，降低飞机飞行过程中温度对铝合金性能的不利影响。

三、航空铝合金材料加工工艺

3.1航空铝合金材料成分调控

成分调控是航空铝合金材料加工的基本操作也是保证材料性能的重要手段。航空铝合金的成分是由很多的微量元素共同组成的，主要包括：铜元素、锰元素等，还有一些微量元素如：铁元素、钠元素等共同组成了航空铝合金的材料。因为对于元素的含量要求不同且含有的元素的成分的多少会直接影响到航空铝合金的性能，所以要进行科学合理的成分调控以防因为元素的原因，对于航空铝合金的性能造成了一定的损失。航空铝合金的成分调控是根据航空制造的要求进行的，主要是通过改变航空铝合金中的元素的含量达到改变其性能，提高铝合金的性能。成分调控不能要在合理安全的范围内其主要成分的含量不能超出正常值的范围内，不能影响到铝合金的集体成分。根据金属材料的性质把控好铝合金的强度、韧性等成分应用。调控铝合金的意义在于使航空铝合金党的性能更高，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。各元素含量不同形成的铝合金性能也不同。因此，在在材料加工过程中需根据飞机设计与结构制造要求进行各元素含量的科学调配，实现铝合金材料性能的有效把控，提升铝合金材料应用的科学性、合理性与适用性。

3.2组织调控

组织调控是航空铝合金及其材料加工中不可或缺的一部分，负责铝合金材料的制备。经过组织调控生产出更加高质量的零件解决铝合金材料的分配处理问题。航空铝合金通过组织调控后以防止熔体偏析等问题减轻铝合金材料的铸造难度大的问题，优化铝合金的性能和铝合金组织调控的环境。通常情况下，在航空铝合金材料加工过程中，锭坯铸造、热塑性变形、冷塑型变形、材料固溶、构件淬火、材料压缩等是应用较为广泛的工艺技术。为提升航空铝合金材料加工质量与效率，应加强工艺技术管控力度，通过技术控制，进行产品性能、形态、尺寸等的有效调控，实现高质量、高品质、无缺陷材料的制备、产品的制造。例如，在大型锭坯铸造过程中，根据大型锭坯无气孔、不疏松、无裂纹、高品质等要求，可根据大型锭坯铸造存在的熔体易偏析、热应力裂缝易产生、形态控制难度大等问题，采用熔体电磁搅拌技术、高精度液压铸造技术等进行材料加工。同时，在铝液中加入晶粒细化剂，可以明显改善铸锭的组织，随着技术不断进步，人们不断探索更高效洁净度更高的细化剂。组织调控能够使铝合金中的杂质降到最低，使航空铝合金的质量达标的同时，提升航空铝合金的性能。

3.3 内部质量控制

  如何对铸锭的内部质量提高？随着技术的不断发展，航空铝合金对熔体的清洁度提出了更高的要求。随之，熔体净化技术发展迅速，除采用常规的炉内熔体处理气体精炼、熔剂精炼等，还有在线净化，炉内处理对铝合金熔体净化效果比较有限，需进一步降低氢含量和去除非金属夹渣物，必须采用高效的在线净化技术。熔体过滤技术、除气技术不断发展，目前降低运行成本是在线精华的发展方向。铝熔体和铸锭内部质量和纯净度的检测方法有测氢和夹杂物两种，目前世界上测氢技术有二十多种，最广泛的是以ASCAN和Telegas为代表的闭路循环法，该法数据可靠，较为权威。夹杂物检测国内技术局限，比较成熟的有ABB的PODFA、LAIS和LIMCA。氢含量和夹杂物含量检测可有效监控铝熔体净化处理的效果，为提高和改进工艺措施提供依据，对铝合金质量提升意义重大。

结束语

随着铝合金材料在航空领域中的应用重要性在不断提升，铝合金及其材料加工在航空中的质量安全问题成为人们关注的重点内容。要提高航空铝合金在加工、设计、调控等方面，要提高航空铝合金的基础性能为提高飞行器等各个零件的使用寿命，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，缓解航空制造中的材料压力，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。 为满足航空飞行器应用需求，应从综合角度加强航空铝合金材料的分析，注重材料加工技术的创新，能够在材料研制、材料加工工艺研发的有机结合下，提升材料应用价值，改善材料应用上性能与技术的制约，助力航空事业优化发展。

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