大型客機(jī)鋁鋰合金壁板自動(dòng)鉆鉚技術(shù)

在簡(jiǎn)要介紹鋁鋰合金的分類及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)論述了第三代鋁鋰合金在航空結(jié)構(gòu)件上的性能研發(fā)與應(yīng)用,并以實(shí)例論證了其在實(shí)際應(yīng)用中的作用及重要性。

在數(shù)值模擬研究壓邊力、毛料直徑、凸凹模圓角半徑、變形溫度等對(duì)5a90鋁鋰合金板材拉深成形影響的基礎(chǔ)上,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)拉深成形工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并進(jìn)行相應(yīng)的拉深成形試驗(yàn)。研究表明,變形溫度對(duì)拉深成形影響最顯著,其次是毛料大小的影響,而變形速度和壓邊力的大小對(duì)拉深成形影響較小。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算、分析和總結(jié),獲得了5a90鋁鋰合金板材拉深成形的最佳工藝參數(shù)組合,在最佳工藝參數(shù)條件下,鋁鋰合金的極限拉深系數(shù)達(dá)到了0.45。

采用金相顯微鏡、掃描電鏡、硬度計(jì)等測(cè)量方法,觀察分析了鋁鋰合金釬焊前后母材和釬焊接頭的顯微組織變化,通過(guò)分析測(cè)試釬焊接頭的顯微硬度和斷口微區(qū)的化學(xué)成分,研究分析了釬焊接頭強(qiáng)度的變化規(guī)律。結(jié)果表明,焊后母材中的強(qiáng)化相由質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l狀;氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下,釬焊接頭未見(jiàn)氣孔、夾雜、裂紋等缺陷,釬焊接頭存在一定的擴(kuò)散區(qū),從而有效地提高了釬焊接頭的強(qiáng)度;無(wú)氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下,釬焊接頭有大量的缺陷存在,這些缺陷的存在嚴(yán)重影響了釬焊接頭的強(qiáng)度。

采用gleeble1500熱力模擬試驗(yàn)機(jī),對(duì)鑄態(tài)1420鋁鋰合金在變形溫度為350℃～450℃、應(yīng)變速率為0.01s-1～10.0s-1的條件下,進(jìn)行高溫拉伸熱模擬實(shí)驗(yàn)研究。利用掃描電鏡、能譜分析、x射線衍射以及金相實(shí)驗(yàn)等手段對(duì)該合金的熱變形穿晶韌性斷裂進(jìn)行分析。結(jié)果表明,al3fe相的存在是引起1420鋁鋰合金熱變形穿晶韌性斷裂的根本原因。

?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net 　第29卷　第3期航　空　學(xué)　報(bào)vol129no13 　2008年　　5月actaaeronauticaetastronauticasinicamay　2008 特邀 收稿日期:2007212220;修訂日期:2008201217 通訊作者:楊乃賓e2mail:milaoshu0527@163.com 　　文章編號(hào):100026893(2008)0320596209 新一代大型客機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu) 楊乃賓 (北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院,北京　100083) compositest

采用csf-alf3釬劑和ag-al-cu-zn釬料,實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)鋁鋰合金的爐中釬焊。結(jié)果表明,在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下,釬焊接頭的抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)到390mpa,強(qiáng)度系數(shù)接近0.89;抗剪強(qiáng)度最高可達(dá)到380mpa,強(qiáng)度系數(shù)約為0.86,均高于現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的高強(qiáng)鋁鋰合金的焊接接頭強(qiáng)度系數(shù)值。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的理論分析表明,在530℃左右有效地去除鋁鋰合金表面的氧化膜是實(shí)現(xiàn)釬焊連接的關(guān)鍵,而氮?dú)獗Ｗo(hù)則是改善和提高釬縫力學(xué)性能的有效手段。

通過(guò)單軸超塑性拉伸試驗(yàn),研究細(xì)晶1420鋁鋰合金在440℃~500℃溫度范圍和1×10-4s-1~1×10-2s-1初始應(yīng)變速率范圍內(nèi)的超塑性變形行為,揭示其變形性能與工藝參數(shù)的相關(guān)性。結(jié)果表明,細(xì)晶1420鋁鋰合金超塑變形真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線呈現(xiàn)兩種典型的流變特征,即當(dāng)變形初始應(yīng)變速率低于0.0003s-1時(shí),表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)型;當(dāng)初始應(yīng)變速率高于0.0003s-1時(shí),以軟化型為主,且隨著變形溫度的升高和應(yīng)變速率的降低,峰值應(yīng)力降低。合金的最佳超塑性變形條件為480℃、1×10-4s-1,在該條件下,延伸率達(dá)到550%。隨著應(yīng)變速率的升高,延伸率降低;隨變形溫度的升高,延伸率則呈先升高后降低的趨勢(shì)。利用多試樣法進(jìn)行線性擬合,獲得試驗(yàn)條件下細(xì)晶1420鋁鋰合金的應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m值在0.41~0.48范圍內(nèi),超塑變形激活能q在43.5kj/mol~79.7kj/mol范圍內(nèi)。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國(guó)攪拌摩擦焊中心）是中國(guó)攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空?qǐng)?bào)國(guó)、強(qiáng)軍富民”的主體理念,已成功實(shí)現(xiàn)我國(guó)大型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機(jī)艙體、機(jī)翼結(jié)構(gòu)和雷達(dá)冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國(guó)武器裝備的制造技術(shù)水平。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國(guó)攪拌摩擦焊中心）是中國(guó)攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空?qǐng)?bào)國(guó)、強(qiáng)軍富民”的主體理念,已成功實(shí)現(xiàn)我國(guó)大型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機(jī)艙體、機(jī)翼結(jié)構(gòu)和雷達(dá)冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國(guó)武器裝備的制造技術(shù)水平。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國(guó)攪拌摩擦焊中心）是中國(guó)攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空?qǐng)?bào)國(guó)、強(qiáng)軍富民”的主體理念,已成功實(shí)現(xiàn)我國(guó)大型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機(jī)艙體、機(jī)翼結(jié)構(gòu)和雷達(dá)冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國(guó)武器裝備的制造技術(shù)水平。

研究了新型高強(qiáng)2a97鋁鋰合金在不同的熱處理狀態(tài)下的微觀組織及力學(xué)性能。結(jié)果表明:軋制態(tài)2a97鋁鋰合金經(jīng)過(guò)熱處理后,硬度得到了大幅度提高;520℃×80min固溶+165℃×30h時(shí)效處理,布氏硬度值高達(dá)187hb,抗拉強(qiáng)度為510mpa,伸長(zhǎng)率為8%;時(shí)效初期硬度下降,出現(xiàn)回歸現(xiàn)象,隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng),合金硬度逐步升高,時(shí)效30h,硬度接近峰值。

在數(shù)值模擬研究壓邊力、毛料直徑、凸凹模圓角半徑、變形溫度等對(duì)5a90鋁鋰合金板材拉深成形影響的基礎(chǔ)上,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)拉深成形工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),并進(jìn)行了相應(yīng)的拉深成形試驗(yàn)研究,研究表明,變形溫度對(duì)拉深成形影響最顯著,其次是毛料大小,而變形速度和壓邊力大小的影響較小,同時(shí),通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算、分析和總結(jié),獲得了5a90鋁鋰合金板材拉深成形的最佳工藝參數(shù)組合,在最佳工藝參數(shù)條件下,鋁鋰合金的拉深系數(shù)達(dá)到了0.45.

俄羅斯的航材院企業(yè)和美國(guó)nasa的蘭利研究中心分別對(duì)俄羅斯的1441鋁鋰合金能否用作飛機(jī)蒙皮進(jìn)行了全面研究。本文報(bào)道了研究的情況及結(jié)論。

英國(guó)倫敦市金迪魁有限公司發(fā)明了一種鋁鋰合金，其成分（質(zhì)量％）為：li2．0～2．8，mgo．4～1．0，cu2．4～3．0，mn0．1～1．2，zr〈0．2，晶粒控制元素小于2．0，其余為鋁。這種合金用于板材軋制，其生產(chǎn)工藝如下：首先進(jìn)行均勻化處理，形成均勻的al—cu-mn相的次生相質(zhì)點(diǎn)，以改善合金的強(qiáng)度與硬度，然后進(jìn)行常規(guī)的熱軋、固溶處理、淬火、拉伸和時(shí)效。

采用不同時(shí)效工藝對(duì)建筑6061-sr鋁合金壁板試樣進(jìn)行了處理,并進(jìn)行了力學(xué)性能、耐磨損性能和抗高溫氧化性能的測(cè)試與分析。結(jié)果表明,超聲振動(dòng)輔助時(shí)效明顯提高試樣的力學(xué)性能、耐磨損性能和抗高溫氧化性能。與120℃常規(guī)時(shí)效相比,其壁板的抗拉強(qiáng)度增大20.5%,屈服強(qiáng)度增大23.4%,斷后伸長(zhǎng)率增大20.9%,磨損體積小52.8%,質(zhì)量增加率減小48.4%。時(shí)效工藝優(yōu)選為超聲振動(dòng)輔助時(shí)效。

進(jìn)行了含多處損傷(msd)的未加筋ly12cz鋁合金壁板的剩余強(qiáng)度試驗(yàn)。用0.12的鉬絲切割預(yù)制裂紋,在垂直于裂紋面的方向施加單調(diào)增加的拉伸載荷,直至壁板破壞。得到了含不同裂紋幾何的未加筋壁板的剩余強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明隨著主裂紋長(zhǎng)度增加,未加筋壁板的剩余強(qiáng)度減小;對(duì)相同的主裂紋長(zhǎng)度,主裂紋和相鄰的msd裂紋之間的距離b減小,平板的剩余強(qiáng)度也減小。用5種失效準(zhǔn)則分別計(jì)算了每個(gè)壁板的剩余強(qiáng)度。與試驗(yàn)結(jié)果的比較表明,凈截面屈服準(zhǔn)則和表觀斷裂韌性準(zhǔn)則的誤差較大,塑性區(qū)連通準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的平均誤差為22.17%,改進(jìn)的表觀斷裂韌性準(zhǔn)則的平均誤差為16.98%,而改進(jìn)的塑性區(qū)連通準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的平均誤差為8.27%,改進(jìn)的塑性區(qū)連通準(zhǔn)則大大提高了預(yù)測(cè)結(jié)果的精度。

利用激光填絲焊接方法對(duì)5a90鋁鋰合金薄板焊接頭的組織性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:激光填絲焊接頭的主要組織特征為細(xì)晶層和焊縫區(qū)大范圍等軸晶,與激光焊接頭類似,而不同之處表現(xiàn)為激光填絲焊接頭的顯微組織相對(duì)細(xì)化,柱狀晶區(qū)范圍相對(duì)減小。激光填絲焊縫區(qū)硬度hv0.2(925.7mpa)略低于激光焊縫區(qū)硬度(956.5mpa),但前者硬度分布更加均勻。激光填絲焊接頭的抗拉強(qiáng)度稍低于激光焊接頭,分別達(dá)母材的79.22%和73.03%,但其斷后延伸率卻顯著高于后者,分別達(dá)母材的38.65%和20.38%。綜上所述,5a90鋁鋰合金激光填絲焊接頭的組織性能略優(yōu)于激光焊接頭,若使激光填絲焊接頭的綜合力學(xué)性能達(dá)到使用要求,不僅需要焊后熱處理強(qiáng)化,還需要與母材匹配性更好的焊絲。

鋁鋰合金作為一種先進(jìn)輕量化結(jié)構(gòu)材料,以其密度低、彈性模量高、比強(qiáng)度和比剛度高、抗疲勞性能好、耐腐蝕及焊接性能好等優(yōu)異的綜合性能被用于大型客機(jī)的零件如框緣類零件制造。然而,鋁鋰合金因室溫塑性差、屈強(qiáng)比高、各向異性明顯的特點(diǎn),冷加工容易開裂,成形困難。拉彎成形工藝能成形屈強(qiáng)比大的彎曲零件且彎曲精度高、回

近日，西南鋁業(yè)集團(tuán)公司歷時(shí)兩年半的“新型輕質(zhì)高性能鋁鋰合金工業(yè)化制備”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)性能的協(xié)同提高，達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化制備目標(biāo)，為滿足我國(guó)重點(diǎn)產(chǎn)品、大飛機(jī)、空間站等重大航空航天工程的緊迫需求提供了有力保障。

近日，西南鋁業(yè)集團(tuán)公司歷時(shí)兩年半的“新型輕質(zhì)高性能鋁鋰合金工業(yè)化制備”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)性能的協(xié)同提高，達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化制備目標(biāo)，為滿足我國(guó)重點(diǎn)產(chǎn)品、大飛機(jī)、空間站等重大航空航天工程的緊迫需求提供了有力保障。

本文通過(guò)有限元計(jì)算及試驗(yàn)兩種方法對(duì)比分析了鋁鋰合金蒙皮和擠壓鋁鋰合金長(zhǎng)桁組成的機(jī)身壁板與鋁鋰合金蒙皮和鈑彎7000系列高強(qiáng)度鋁合金長(zhǎng)桁所組成的壁板的抗壓能力。通過(guò)分析驗(yàn)證得到了兩種機(jī)身壁板的抗拉承載能力,并比較出了兩種壁板的抗壓承載能力強(qiáng)弱。分析結(jié)果表明,鋁鋰合金蒙皮和擠壓鋁鋰合金長(zhǎng)桁組成的機(jī)身壁板抗壓承載能力高于等截面的鋁鋰合金蒙皮和鈑彎7000系列高強(qiáng)度鋁合金長(zhǎng)桁所組成的壁板。

飛機(jī)飛行受重量因素限制,因此,往往需要對(duì)機(jī)身內(nèi)部的超大零件進(jìn)行減重改造。一般情況下,飛機(jī)的超大型零件中鋁合金占主要部分,鋁合金的密度低,剛性強(qiáng)度差,但可塑性高,在對(duì)鋁合金機(jī)翼整體壁板加工過(guò)程中,壁板容易受到刀削力和高熱能的影響產(chǎn)生變形,另外,經(jīng)過(guò)刀削后的零件結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,整體的穩(wěn)定性也會(huì)發(fā)生變化,在投入使用前或使用中發(fā)生形變的可能性非常大,不利于排除飛機(jī)飛行時(shí)的安全隱患。故大型鋁合金機(jī)翼整體加工變形控制技術(shù)已成為航空領(lǐng)域的主要研究課題。