WELDURAL铝合金在航空航天结构件中的应用潜力

　　WELDURAL铝合金(2024合金)全面技术解析

　　一、基本概况

　　WELDURAL是国际通用的2024铝合金的商业名称，属于Al-Cu-Mg系可热处理强化铝合金，由美国铝业公司(Alcoa)在20世纪30年代开发，专为焊接结构设计，在航空航天领域有"航空铝"之称。

　　WELDURAL化学成分：

　　硅 Si ：0.40 ;

　　铜 Cu ：0.10;

　　镁 Mg：2.6～3.6 ;

　　锌 Zn：0.2 ;

　　锰 Mn：0.50 ;

　　铬Cr ：0.30 ;

　　铁 Fe： 0.40;

　　Ti：0.05;

　　铝 Al ：余量 。

　　WELDURAL力学性能：

　　抗拉强度 σb (MPa)：165～265。

　　条件屈服强度 σ0.2 (MPa)≥90

　　弹性模量(E)： 69.3～70.7Gpa

　　密度：20℃(68℉)时为 2.83g/cm3(0.102lb/in3)。

　　退火温度 415℃(775℉)

　　固溶温度 475℃(890℉)

　　时效温度 120-175℃(250-350℉)

　　注 ：无缝管的力学性能

　　试样尺寸：直径>12.5

　　WELDURAL热处理工艺：

　　均匀化退火:加热440℃;保温12～14h;空冷。

　　快速退火:加热350～410℃;保温时间30～120min;空或水冷。

　　高温退火:加热350～420℃;成品厚度≥6或<6时,保温时间为2～10min或10～30min;空冷。

　　低温退火:加热250～300℃或150～180℃;保温时间为1～2h,空冷.

　　2. 机械性能(T3状态)

　　抗拉强度：450-485 MPa

　　屈服强度：310-345 MPa

　　延伸率：10-15%

　　弹性模量：73 GPa

　　硬度：120-130 HB

　　3. 物理特性

　　密度：2.78 g/cm³

　　熔点范围：500-635°C

　　热导率：193 W/(m·K)

　　电导率：30% IACS

　　热膨胀系数：23.2×10⁻⁶/°C

　　三、突出性能特点

　　高强度/重量比：比强度接近高强度合金钢的2倍

　　优异疲劳性能：疲劳极限达140MPa(10⁷次循环)

　　焊接适应性：

　　可氩弧焊(TIG)和电阻点焊

　　焊接效率系数达0.7-0.8

　　焊后自然时效强化能力

　　损伤容限：裂纹扩展速率低(da/dN≈3×10⁻⁴mm/cycle)

　　四、主要应用领域

　　航空航天(占比65%)

　　飞机蒙皮(厚度0.8-6mm)

　　机身桁条和框架

　　直升机旋翼系统

　　航天器燃料贮箱

　　运输工业(20%)

　　高速列车车体结构

　　赛车底盘组件

　　重型卡车悬挂部件

　　特种装备(15%)

　　装甲车辆轻型装甲

　　导弹发射导轨

　　雷达天线结构件

　　五、热处理工艺

　　固溶处理：

　　温度：495-505°C

　　保温时间：按25mm/小时计算

　　快速水淬(转移时间<10秒)

　　时效处理：

　　T3状态：自然时效4天以上

　　T4状态：自然时效96小时

　　T6状态：人工时效190°C×12h

　　六、加工技术指南

　　切削加工：

　　推荐切削速度：200-300m/min

　　进给量：0.1-0.3mm/rev

　　使用PVD涂层硬质合金刀具

　　成型工艺：

　　冷成型需在O或T4状态进行

　　小弯曲半径：2t(纵向)，3t(横向)

　　超塑成型温度：450-520°C

　　表面处理：

　　阳极氧化膜厚15-20μm

　　化学转化涂层(Alodine 1200S)

　　可进行喷漆、电镀等二次处理

　　七、使用注意事项

　　耐蚀性管理：

　　需要包铝处理(CLAD)提高耐蚀性

　　避免与异种金属直接接触

　　海洋环境建议采用T3状态

　　焊接工艺控制：

　　使用4047或5356焊丝

　　预热温度120-150°C

　　焊后去应力退火(250°C×1h)

　　设计准则：

　　应力集中系数Kt<2.5

　　焊缝布置避开高应力区

　　考虑各向异性影响(纵向/横向强度比1.1:1)

　　WELDURAL铝合金凭借其优异的综合性能，至今仍是2000系铝合金中应用广泛的品种，特别在需要焊接结构和高损伤容限的航空领域具有的地位。