QC-10铝合金大型锻件的多向锻造工艺

　　QC-10 圆棒铝合金：美国航空级高强铝合金深度解析

　　材料背景

　　QC-10 是美国铝业公司（Alcoa）开发的一种高强铝合金，属于 Al-Zn-Mg-Cu 系（7xxx系列），专为航空航天、及高端工业应用设计。该合金在 T7351 状态 下具有优异的 强度、耐腐蚀性和抗疲劳性能，是航空结构件、赛车部件和高端模具的理想选择。

　　核心特性

　　1. 机械性能（T7351状态）

　　性能指标数值对比参考（7075-T6）

　　抗拉强度 (MPa)490-520570-600

　　屈服强度 (MPa)420-450500-530

　　延伸率 (%)10-128-10

　　硬度 (HB)135-145150-160

　　断裂韧性 (MPa√m)35-4025-30

　　关键优势：

　　高强度+高韧性：相比7075-T6，QC-10在T7351状态下牺牲部分强度，但大幅提升 抗应力腐蚀开裂（SCC）能力。

　　优异的疲劳寿命：10⁷次循环疲劳强度 ≥180MPa，适用于动态载荷部件。

　　良好的焊接性：可采用 MIG/TIG焊接，焊后强度保持率 ≥85%（需配合4043/5356焊丝）。

　　2. 耐腐蚀性能

　　盐雾试验（ASTM B117）：2000小时无点蚀（7075-T6通常仅500-1000小时）。

　　抗应力腐蚀开裂（SCC）：在3.5% NaCl溶液中，QC-10的SCC阈值应力 >75% σ₀.₂（7075-T6仅约50%）。

　　3. 加工性能

　　切削性：优于7075，刀具寿命提高20-30%（推荐 金刚石涂层刀具）。

　　表面处理：适合 硬质阳极氧化（25-50μm） 或 化学镀镍，提高耐磨性。

　　典型应用领域

　　1. 航空航天

　　飞机结构件：翼梁、舱门框架、起落架支撑件

　　航天器部件：卫星支架、火箭燃料箱连接环

　　2. 与防务

　　装甲车辆：轻量化装甲板、炮塔结构件

　　导弹部件：弹体壳体、制导系统支架

　　3. 高端工业

　　赛车部件：悬挂摇臂、传动轴

　　精密模具：高压铸造模、注塑模镶件

　　海洋工程：深潜器耐压壳体、海上平台结构件

　　材料成分（典型wt%）

　　QC-10化学成分：

　　铝 Al ：余量

　　硅 Si ：≤0.40

　　铜 Cu ：≤0.10

　　镁 g：4.0～4.9

　　锌 Zn：≤0.25

　　锰 n：0.40～1.0

　　钛 Ti ：≤0.15

　　铬 Cr：0.05～0.25

　　铁 Fe： 0.000～ 0.400

　　注：单个:≤0.05;合计:≤0.15

　　QC-10力学性能：

　　电导率20℃(68℉)---30-40(%IACS)

　　抗拉强度(25°C Pa)---472

　　屈服强度(25°C Pa)---325

　　硬度(500kg力10球)---120

　　延伸率(1.6(1/16in)厚度) ---10

　　剪应力(Pa)---285

　　注 ：管材室温力学性能

　　试样尺寸：壁厚/ (所有)

　　状态：铝及铝合金拉(轧)制无缝管 (H32)

　　质量特征

　　密度：2.90g/c3。

　　剪切强度：合金(裸)和包铝合金，O状态：152Pa(22ksi);合金(裸)T6，T7451状态：331Pa(48ksi);包铝合金T6，T7451状态：317Pa(46ksi)。

　　硬度：O状态：60HB;T6,T7451状态：150HB;数据取自直径10球及在500kg载荷下30s的测试结果。

　　泊松比:0.33。

　　弹性模量：拉伸：71.0GPa(10.3×106psi)，剪切：26.9GPa(3.9×106psi)，压缩72.4GPa(10.5×106psi)

　　疲劳强度：T6，T7451，T73状态：光滑无缺口试件在R·R·oore型测试中循环5×108次，为159Pa(23ksi)。

　　热处理工艺

　　1. 标准T7351处理

　　固溶处理：475°C × 2h → 水淬（冷却速率 >100°C/s）

　　过时效：

　　阶段：120°C × 24h

　　第二阶段：160°C × 10h

　　效果：牺牲部分强度（相比T6状态低10-15%），但大幅提升 耐腐蚀性和抗应力开裂能力。

　　2. 特殊RRA处理（回归再时效）

　　回归阶段：200°C × 30min → 快速冷却

　　再时效：120°C × 24h

　　优势：恢复部分T6强度（~90%），同时保持良好耐蚀性。

　　加工指南

　　1. 机加工参数

　　text复制代码铣削（硬质合金刀具）：- 切削速度 (vc): 200-300 m/min     - 进给量 (fz): 0.05-0.12 mm/齿     - 切深 (ap): 0.5-3 mm     车削（CBN刀具）：- 转速: 800-1200 rpm     - 进给: 0.1-0.2 mm/rev     - 切深: 1-4 mm

　　2. 焊接与连接

　　推荐方法：脉冲MIG（ER5356焊丝）

　　预热温度：100-150°C（减少热裂纹风险）

　　焊后热处理：120°C × 8h（消除残余应力）

　　对比同类合金（QC-10 vs 7075 vs 2024）

　　特性QC-10 (T7351)7075 (T6)2024 (T351)

　　强度★★★★☆★★★★★★★★☆☆

　　耐腐蚀★★★★★★★☆☆☆★★★☆☆

　　疲劳寿命★★★★☆★★★☆☆★★★★☆

　　机加工性★★★★☆★★★☆☆★★★★☆

　　成本较高中等较低