ALCA5铝合金超精密镜面切削的表面完整性控制

　　ALCA5板材铝合金（Al-Cu-Mg系）的用途及特性分析

　　一、材料概述

　　ALCA5是一种高强度的Al-Cu-Mg系铝合金（对应国际牌号2024），属于可热处理强化铝合金。该材料以优异的强度/重量比和良好的机械加工性能著称，是航空航天领域的核心结构材料。

　　ALCA5化学成分：

　　执行标准：AMS4086-AMS4058 DIN-A-256/12

　　镁 Mg：3.5～4.5

　　锌 Zn：≤0.25

　　锰 Mn：0.20～0.7

　　钛 Ti ：≤0.15

　　铬 Cr：0.05～0.25

　　铁 Fe： 0.000～ 0.500

　　注：单个:≤0.05;合计:≤0.15

　　ALCA5铝棒力学性能：

　　抗拉强度 σb (MPa)：≥240

　　条件屈服强度 σ0.2 (MPa)：≥95

　　伸长率 δ10 (%)：≥10

　　伸长率 δ5 (%)：≥12

　　注 ：管材室温纵向力学性能

　　试样尺寸：所有壁厚

　　ALCA5热处理规范：

　　1.均匀化退火:加热475～490℃;保温12～14h;炉冷。

　　2.全退火:加热350～400℃;随材料有效厚度不同,保温时间30～120min;以 30～50℃/h速度随炉冷至300℃下,再空冷。

　　3.快速退火:加热350～460℃;保温时间30～120min;空冷。

　　4.淬火和时效:淬火 495～505℃,水冷;自然时效室温96h。

　　三、关键性能特点

　　1. 物理性能

　　密度：2.78 g/cm³

　　熔点范围：500-635°C

　　热膨胀系数：23.2×10⁻⁶/K (20-100°C)

　　导热系数：121 W/(m·K) (25°C)

　　电导率：30% IACS

　　2. 机械性能（T351状态）

　　抗拉强度：470 MPa

　　屈服强度：325 MPa

　　延伸率：10%

　　弹性模量：73 GPa

　　硬度：120 HB

　　疲劳极限：140 MPa (10⁷ cycles)

　　断裂韧性：26 MPa√m

　　3. 特殊性能

　　高强度/重量比：比强度优于钢材

　　良好的损伤容限：抗裂纹扩展能力强

　　优异的机械加工性：表面光洁度可达Ra0.8

　　适中的耐蚀性：需进行表面防护处理

　　四、热处理工艺

　　固溶处理：

　　温度：495±5°C

　　时间：20-60分钟（根据厚度）

　　冷却方式：水淬（水温<30°C）

　　自然时效：

　　T3状态：室温时效96小时以上

　　达到峰值强度需4-7天

　　人工时效：

　　T6状态：190°C×12小时

　　T8状态：冷加工+人工时效

　　五、主要应用领域

　　1. 航空航天

　　飞机机身蒙皮（占应用量的45%）

　　机翼下壁板

　　航天器燃料箱

　　2. 军事装备

　　装甲车辆结构件

　　导弹壳体

　　军用直升机部件

　　3. 交通运输

　　高速列车车体

　　赛车底盘组件

　　重型卡车框架

　　4. 工业设备

　　机器人手臂结构

　　高精度机床部件

　　压力容器

　　六、加工技术要点

　　成形加工：

　　冷成形需在固溶处理后4小时内完成

　　热成形温度：350-450°C

　　小弯曲半径：2t（t为板厚）

　　切削加工：

　　切削速度：200-400 m/min

　　建议使用硬质合金刀具

　　切削液需充分冷却

　　连接工艺：

　　铆接优先于焊接

　　需用2117或2024铆钉

　　焊接需采用4043/4145焊丝

　　表面处理：

　　必须进行阳极氧化（建议硬质阳极氧化）

　　可进行化学转化处理（阿洛丁1200S）

　　涂装前需进行磷酸盐处理

　　七、与同类材料对比

　　特性ALCA5(2024)70756061

　　强度(MPa)470570310

　　延伸率(%)101112

　　耐蚀性中等较差良好

　　焊接性差极差良好

　　成本中等较高较低

　　ALCA5铝合金特别适合以下应用场景：

　　需要高强度的航空航天结构件

　　承受动态载荷的机械部件

　　要求良好疲劳性能的循环载荷部件

　　需要优异机械加工性的精密零件

　　该材料通过Cu-Mg复合强化和Mn的添加，在可热处理强化铝合金中实现了佳的强度-韧性平衡，是飞机结构材料的经典选择，尤其适合需要承受高拉伸应力的薄壁结构应用。