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航空器的优选结构铝合金7A09

T73板材、挤压材及锻件的人工时效规范
  在中国航空航天器用铝材中,7A09合金是优选的主要受力结构件高强度合金之一,可供应的半成品有板材、带材、棒材、型材、厚壁管、锻件等,该合金的化学成分比7A04合金更加合理,因而有更为优越的综合性能,成为设计师主选材料之一,它的化学成分(质量%):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,其他杂质单个0.05,合计0.10,其余为Al。
  7A09合金在退火与固溶处理状态有良好的成形性能,人工时效后成形性能较低,在T6状态有满意的断裂韧度;在T73过时效下的强度虽比T6状态时的较低,但具有良好的抗应力腐蚀开裂性能,且具有较高的韧性。T76材料有高的抗剥落腐蚀性能。T74同时具有高的强度和抗应力腐蚀开裂性能。
  7A09合金的抗拉强度Rm比2A12和2A14铝合金的高,而且抗应力腐蚀开裂性能也比它们的高,因此用它制造零部件,不仅有更大的减重效果,而且安全性更高了,其疲劳强度并未同步相应提高,因此在设计主要承受抗疲劳载荷零部件时,有必要认真考虑此问题。温度升高时,7A09合金强度下降较快,故其工作温度不宜超过125℃。
  7A09合金的不完全退火规范:290℃~320℃,2h~4h,空冷;完全退火规范:(390℃~430℃)/(0.5h~1.5h),以≤30℃/h的冷却降温速度冷至≤200℃,然后出炉空冷。
  该合金的固溶处理温度460℃~475℃,但包铝板材的处理温度宜靠下限,不宜多于2次,以免合金元素穿透包铝层,降低材料的抗蚀性,冷却介质为室温、温水或其他适宜介质,转移不应>15s。T6板材的处理温度(135℃±5℃)/(8h~16h),其他材料的为(140℃±5℃)/16h,T73板材、挤压材及锻件的人工时效规范见表。
  7A09合金的熔炼设备与其他变形铝合金的相同,熔炼温度710℃~750℃,铸造温度710℃~735℃,锭的尺寸较小选用偏低一些的铸造温度,合金的熔化温度477℃~638℃。
  7A09合金是一种重要的受力结构铝合金,在歼击机、中程轰炸机、运输机及教练机制造中获得了广泛的应用,用于制造前起落架零件、机翼前梁、大梁、机身对接框支臂与支柱、隔板、肋板、主梁接头、平尾上下壁板、液压系统零件、液压油箱活塞杆与内外筒等关键零件。
  7A09-T73合金的断裂韧度(Kc,N/mm2,)比T6材料的高,而裂纹扩展速率又比T6材料的低,它的疲劳强度也优于T6材料,热导率也比T6状态的高一些,25℃时为156W/(m.℃);7A09-T6合金50℃时的比热容为888J/(kg.℃),室温电导率18.5MS/m。除应力腐蚀开裂性能以外,7A09合金的一般抗腐蚀性能与2A12合金的相当。7A09合金S-T方向有应力腐蚀尅列敏感性,L-T和L向的应力腐蚀门槛值大于300N/mm2,因此这两个方向上的抗应力腐蚀开裂性能足以满足使用要求。若要求更高,可使用T73材料,这种状态材料的抗拉强度Rm比T6材料的约低10%,但其L-T向的应力腐蚀开裂门槛值比300N/mm2的大不少。
  对于既要求强度,又要考虑应力腐蚀开裂性能的零件,则宜采用T74状态材料。7A09-T74合金的模锻件的抗应力腐蚀开裂门槛值为210N/mm2。7A09合金的防腐蚀措施有阳极氧化、化学防腐处理和涂料涂层。
  7A09合金的组 织有α-Al固溶体与第二相质点组成,第二相质有三类:第 一类为合金凝固时形成的金属间化合物如Al7FeCR、Al3Fe、Mg2Si,尺寸较大,在压力加工时被压碎,呈块状,成串分布,尺寸为0.5μm~10μm,加热时不溶于固溶体,降低材料的韧性;第二类是含铬的质点如Al2CrMg2,它们是锭坯在均匀化与加工前的加热过程中从固溶体中析出的,其大小为0.05μm~0.5μm,对材料的再结晶过程与晶粒长大有明显阻碍作用;第三类是时效强化相,固溶处理时融入固溶体中,时效从固溶中析出,是影响材料性能的重要因素。T6状态材料强化质点主要是≤4nm的GP区,T74材料的主要强化质点是5nm~6nm的过渡相η ,T73材料的强化相是8nm~12nm的过渡相η 及20nm~80nm的η相质点。
  7A09-O材料的成形性能与2A12-O合金的相当,在180℃~370℃有良好的可成形性;新淬火材料的可成形性与2A12合金的大致等同,板材淬火后在室温下4h内仍有良好的可成形性,冷冻保持可成形性的时间:0℃时24h,-7℃时3d,-18℃时7d。
  7A09合金的锻造温度320℃~440℃,开锻温度宜≤400℃,过高会产生热脆,特别在自由锻时尤应谨慎。7A09合金不易熔焊,即便电阻焊也不如2A12合金。锻件可在≤80℃的热水中淬火。淬火及时效后的7A09合金有良好的可切削性能。
(来源:中金网)
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