QC-7铝合金的喷射成形制备工艺与致密化控制

　　QC-7圆棒铝合金技术报告

　　一、材料背景与市场定位

　　QC-7是美国凯撒铝业(Kaiser Aluminum)研发的高强度航空铝合金，属于Al-Zn-Mg-Cu系(7xxx系列)的升级版本，专为航空航天关键承力部件设计。该材料通过创新的"三微"控制技术(微成分、微结构、微应力)实现了传统7xxx系合金难以达到的强度-韧性平衡。

　　QC-7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-7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、性能数据对比(T7751状态)

　　性能指标QC-77050-T74517075-T651

　　抗拉强度(MPa)595540572

　　屈服强度(MPa)550490503

　　延伸率(%)121011

　　KIC(MPa·√m)383229

　　疲劳极限(MPa)210160140

　　SCC阈值(MPa·√m)251815

　　四、四维强化机理

　　纳米级η'相：

　　尺寸控制：5-8nm

　　数密度：10²²/m³

　　共格应变：0.8-1.2%

　　晶界工程：

　　连续非平衡晶界

　　贫溶质区宽度<2nm

　　晶界取向差>35°

　　位错网络：

　　三维网状结构

　　位错密度：10¹⁴/m²

　　可动位错占比<5%

　　多尺度析出：

　　初级相：50-100nm

　　次级相：10-20nm

　　三级相：2-5nm

　　五、航空应用案例

　　1. 波音787应用：

　　机翼中央翼盒：减重15%

　　机身44段隔框：疲劳寿命提升至90000循环

　　机翼蒙皮壁板：损伤容限提高3倍

　　2. 应用：

　　F-35机身龙骨梁：承载能力提升20%

　　黑鹰直升机旋翼：裂纹扩展速率降低60%

　　导弹舱段结构：减重效果达22%

　　六、特殊加工技术

　　1. 热机械处理(TMP)：

　　高温轧制：400°C下变形量80%

　　中间退火：350°C/2h

　　温精轧：250°C下变形量30%

　　2. 激光辅助加工：

　　激光功率：500-800W

　　切削速度：500m/min

　　表面粗糙度：Ra 0.4μm

　　3. 冷挤压成型：

　　变形率：50-70%

　　模具温度：150-200°C

　　润滑系统：石墨纳米粒子悬浮液

　　七、表面工程方案

　　微弧氧化：

　　膜厚：50-80μm

　　硬度：HV 1500-1800

　　绝缘性：>100MΩ

　　离子注入：

　　注入元素：Ti+C双元素

　　注入深度：200-300nm

　　摩擦系数：0.08-0.12

　　复合涂层：

　　底层：纳米晶NiCo

　　中间层：CrN

　　面层：DLC