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在中國航空航天器用鋁材中,7A09合金是優(yōu)選的主要受力結構件高強度合金之一,可供應的半成品有板材、帶材、棒材、型材、厚壁管、鍛件等,該合金的化學成分比7A04合金更加合理,因而有更為優(yōu)越的綜合性能,成為設計師主選材料之一,它的化學成分(質量%):0.5Si,0.5Fe,(1.2~2.0)Cu,0.15Mn,(2.0~3.0)Mg,(0.16~0.30)Cr,(5.1~6.1)Zn,0.10Ti,其他雜質單個0.05,合計0.10,其余為Al。
7A09合金在退火與固溶處理狀態(tài)有良好的成形性能,人工時效后成形性能較低,在T6狀態(tài)有滿意的斷裂韌度;在T73過時效下的強度雖比T6狀態(tài)時的較低,但具有良好的抗應力腐蝕開裂性能,且具有較高的韌性。T76材料有高的抗剝落腐蝕性能。T74同時具有高的強度和抗應力腐蝕開裂性能。
7A09合金的抗拉強度Rm比2A12和2A14鋁合金的高,而且抗應力腐蝕開裂性能也比它們的高,因此用它制造飛行器零部件,不僅有更大的減重效果,而且安全性更高了,其疲勞強度并未同步相應提高,因此在設計主要承受抗疲勞載荷零部件時,有必要認真考慮此問題。溫度升高時,7A09合金強度下降較快,故其工作溫度不宜超過125℃。
7A09合金的不完全退火規(guī)范:290℃~320℃,2h~4h,空冷;完全退火規(guī)范:(390℃~430℃)/(0.5h~1.5h),以≤30℃/h的冷卻降溫速度冷至≤200℃,然后出爐空冷。
該合金的固溶處理溫度460℃~475℃,但包鋁板材的處理溫度宜靠下限,不宜多于2次,以免合金元素穿透包鋁層,降低材料的抗蝕性,冷卻介質為室溫、溫水或其他適宜介質,轉移不應>15s。T6板材的處理溫度(135℃±5℃)/(8h~16h),其他材料的為(140℃±5℃)/16h。
7A09合金的熔煉設備與其他變形鋁合金的相同,熔煉溫度710℃~750℃,鑄造溫度710℃~735℃,錠的尺寸較小選用偏低一些的鑄造溫度,合金的熔化溫度477℃~638℃。
7A09合金是一種重要的受力結構鋁合金,在殲擊機、中程轟炸機、運輸機及教練機制造中獲得了廣泛的應用,用于制造前起落架零件、機翼前梁、大梁、機身對接框支臂與支柱、隔板、肋板、主梁接頭、平尾上下壁板、液壓系統(tǒng)零件、液壓油箱活塞桿與內外筒等關鍵零件。
7A09-T73合金的斷裂韌度(Kc,N/mm2,)比T6材料的高,而裂紋擴展速率又比T6材料的低,它的疲勞強度也優(yōu)于T6材料,熱導率也比T6狀態(tài)的高一些,25℃時為156W/(m.℃);7A09-T6合金50℃時的比熱容為888J/(kg.℃),室溫電導率18.5MS/m。除應力腐蝕開裂性能以外,7A09合金的一般抗腐蝕性能與2A12合金的相當。7A09合金S-T方向有應力腐蝕尅列敏感性,L-T和L向的應力腐蝕門檻值大于300N/mm2,因此這兩個方向上的抗應力腐蝕開裂性能足以滿足使用要求。若要求更高,可使用T73材料,這種狀態(tài)材料的抗拉強度Rm比T6材料的約低10%,但其L-T向的應力腐蝕開裂門檻值比300N/mm2的大不少。
對于既要求強度,又要考慮應力腐蝕開裂性能的零件,則宜采用T74狀態(tài)材料。7A09-T74合金的模鍛件的抗應力腐蝕開裂門檻值為210N/mm2。7A09合金的防腐蝕措施有陽極氧化、化學防腐處理和涂料涂層。
7A09合金的組織有α-Al固溶體與第二相質點組成,第二相質有三類:第一類為合金凝固時形成的金屬間化合物如Al7FeCR、Al3Fe、Mg2Si,尺寸較大,在壓力加工時被壓碎,呈塊狀,成串分布,尺寸為0.5μm~10μm,加熱時不溶于固溶體,降低材料的韌性;第二類是含鉻的質點如Al2CrMg2,它們是錠坯在均勻化與加工前的加熱過程中從固溶體中析出的,其大小為0.05μm~0.5μm,對材料的再結晶過程與晶粒長大有明顯阻礙作用;第三類是時效強化相,固溶處理時融入固溶體中,時效從固溶中析出,是影響材料性能的重要因素。T6狀態(tài)材料強化質點主要是≤4nm的GP區(qū),T74材料的主要強化質點是5nm~6nm的過渡相η',T73材料的強化相是8nm~12nm的過渡相η'及20nm~80nm的η相質點。
7A09-O材料的成形性能與2A12-O合金的相當,在180℃~370℃有良好的可成形性;新淬火材料的可成形性與2A12合金的大致等同,板材淬火后在室溫下4h內仍有良好的可成形性,冷凍保持可成形性的時間:0℃時24h,-7℃時3d,-18℃時7d。
7A09合金的鍛造溫度320℃~440℃,開鍛溫度宜≤400℃,過高會產生熱脆,特別在自由鍛時尤應謹慎。7A09合金不易熔焊,即便電阻焊也不如2A12合金。鍛件可在≤80℃的熱水中淬火。淬火及時效后的7A09合金有良好的可切削性能。
資訊來源:中國有色金屬報