ALCA5铝合金在航空航天领域的应用与优势

　　ALCA5铝合金全面解析

　　基本概况

　　ALCA5是铝-铜系(2xxx系列)高强度变形铝合金，也称为2014铝合金的国际变种，常用于航空航天和领域。

　　ALCA5化学成分：

　　铝(Al) 余量

　　铬(Cr)≤0.04

　　锆(Zr)0.08～0.15

　　锌(Zn)5.7～6.7

　　硅(Si)≤0.12

　　铁(Fe)0.000～0.150

　　锰(Mn)≤0.10

　　镁(Mg)1.9～2.6

　　钛(Ti)≤0.06

　　铜(Cu)2.0～2.6

　　机械性能

　　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℉)

　　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·Moore型测试中循环5×108次，为159MPa(23ksi)。

　　抗拉强度 σb (MPa)：≥180

　　屈服强度 σ0.2 (MPa)：≥110

　　伸长率 δ5 (%)：≥14

　　注 ：棒材室温纵向力学性能

　　试样尺寸：直径≤150

　　布氏硬度 HB ：95-100

　　质量特征

　　密度：2.90g/cm3。

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

　　突出特性优势

　　高强度重量比：

　　强度接近钢材的60-70%

　　重量仅为钢材的1/3

　　优异的热稳定性：

　　工作温度范围：-55至150°C

　　短时可承受200°C高温

　　机加工性能：

　　切削性能指数：65%(相对于易切削黄铜)

　　表面光洁度可达Ra 0.8μm

　　特殊性能组合：

　　良好的应力腐蚀抗力

　　的抗疲劳性能

　　适中的断裂韧性(KIC≈28 MPa·m¹/²)

　　主要应用领域

　　航空航天

　　飞机：翼梁、舱壁、起落架部件

　　航天器：火箭燃料贮箱、卫星支架

　　直升机：旋翼毂、传动部件

　　装备

　　装甲车辆：轻量化装甲组件

　　导弹：弹体结构件

　　枪械：高精度机匣

　　交通运输

　　赛车：底盘构件、悬挂部件

　　高铁：车体连接件

　　特种车辆：防撞结构

　　工业应用

　　注塑机：模板、拉杆

　　机器人：高载荷关节

　　模具：高耐磨镶件

　　热处理规范

　　固溶处理：

　　温度：502±5°C

　　保温时间：1h/25mm厚度

　　淬火介质：水温20-40°C

　　时效工艺：

　　T6状态：175°C×10h

　　T7状态：190°C×5h(过时效)

　　分级时效：先120°C×6h，再160°C×8h

　　对比类似合金

　　参数ALCA5202470756061

　　强度(MPa)450470570310

　　焊接性较差差很差优

　　耐蚀性中中差优

　　成本指数1.21.01.50.8

　　加工技术要点

　　锻造工艺：

　　始锻温度：420-450°C

　　终锻温度：≥350°C

　　变形量：每火次30-70%

　　焊接工艺：

　　推荐方法：搅拌摩擦焊(FSW)

　　参数：转速800-1200rpm，进给50-150mm/min

　　焊丝：ER4047(Al-Si系)

　　表面处理：

　　硬质阳极氧化：膜厚30-50μm

　　微弧氧化：可形成100-200μm陶瓷层

　　导电氧化：用于电子部件

　　注意事项

　　应力腐蚀防护：

　　避免在>60°C的腐蚀环境中长期使用

　　建议采用T7状态而非T6状态

　　加工变形控制：

　　粗加工后需进行去应力退火(250°C×2h)

　　精加工余量建议≥0.3mm

　　特殊应用建议：

　　低温应用需进行深冷处理(-196°C×2h)

　　高周疲劳部件建议进行激光冲击强化