ALCA5铝合金的疲劳性能与断裂机理实验分析

　　ALCA5圆棒铝合金（AlZn5.5MgCu）的用途及特性

　　一、材料概述

　　ALCA5（对应国际牌号 AlZn5.5MgCu，类似7075系列）是一种超高强度变形铝合金，具有优异的强度/重量比，广泛应用于航空航天、、高端运动器材等领域。

　　ALCA5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

　　ALCA5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)。

　　三、核心特性

　　1. 机械性能（T6状态）

　　抗拉强度（Rm）：520-570 MPa

　　屈服强度（Rp0.2）：450-500 MPa

　　延伸率（A50）：5-11%

　　硬度（HB）：150-175

　　弹性模量（E）：71 GPa

　　2. 物理性能

　　密度：2.81 g/cm³

　　导热系数：130 W/(m·K)

　　电导率：33% IACS

　　线膨胀系数：23.6×10⁻⁶/°C

　　3. 特殊性能

　　✅ 超高强度（强度接近某些钢材） ✅ 良好的断裂韧性 ✅ 可热处理强化 ✅ 优异的加工性能

　　四、热处理工艺

　　T6处理（固溶470-490℃×1h→水淬→人工时效120-130℃×24h）

　　T73处理（过时效）提高耐应力腐蚀性能

　　五、主要应用领域

　　1. 航空航天

　　飞机机身结构件

　　航天器承力部件

　　直升机旋翼系统

　　2. 装备

　　装甲车辆部件

　　导弹壳体

　　枪械部件

　　3. 高端运动器材

　　自行车车架

　　登山装备

　　高尔夫球杆

　　4. 工业应用

　　模具制造

　　机械承力件

　　机器人结构件

　　六、加工特性

　　1. 机加工

　　切削性：良好（但硬度高，需适当冷却）

　　推荐刀具：硬质合金或金刚石涂层刀具

　　2. 成形加工

　　冷成形：需退火处理（O状态）

　　热成形：推荐温度370-430℃

　　3. 焊接

　　可焊性：较差（易产生热裂纹）

　　推荐焊接方式：搅拌摩擦焊（FSW）

　　七、与同类铝合金对比

　　参数ALCA520246061

　　抗拉强度(MPa)520-570420-470290-310

　　屈服强度(MPa)450-500290-330240-270

　　延伸率(%)5-1110-2012-17

　　主要用途航空航天飞机结构通用结构

　　八、使用注意事项

　　⚠ 避免应力集中设计 ⚠ 焊接需特殊工艺 ⚠ 长期暴露需表面防护 ⚠ 避免与异种金属直接接触

　　总结

　　ALCA5（AlZn5.5MgCu）圆棒铝合金以其超高强度和良好的加工性能，成为航空航天和高端装备的材料。虽然耐蚀性相对较差，但通过适当的热处理和表面防护可满足严苛使用要求。