ALCA5铝合金在航空航天领域的高强度应用案例

　　ALCA5铝合金（Al-Cu系铸造合金）技术规格与应用分析

　　ALCA5铝合金化学成分：

　　铝 Al：余量

　　硅 Si：≤0.10

　　铁 Fe：≤0.12

　　铜 Cu：1.2~1.9

　　锰 Mn：≤0.06

　　镁 Mg：1.9~2.6

　　铬 Cr：0.18~0.25

　　锌 Zn：5.2~6.2

　　钛 Ti：≤0.06

　　未指定的其他元素：每种：≤0.05;合计：≤0.15

　　ALCA5力学性能：

　　抗拉强度 σb (MPa)：≤305

　　伸长率 δ10 (%)：≥5

　　密度：2.730g/cm。

　　泊松比：20℃(68F)

　　时为0.33。

　　弹性模量：拉伸：69.3GPa(10.1?106psi)，

　　剪切26GPa(3.75?106psi)，

　　压缩70.7GPa(10.3?106psi)

　　注 ：管材室温力学性能 试样尺寸：壁厚/mm (所有) 状态：铝及铝合金拉(轧)制无缝管 (H32)

　　试样尺寸：所有

　　核心性能参数

　　机械性能（T5状态）

　　抗拉强度：≥330 MPa

　　屈服强度：≥240 MPa

　　延伸率：≥3%

　　布氏硬度：≥100 HB

　　高温强度（150°C）：保持率＞85%

　　物理特性

　　密度：2.80 g/cm³

　　熔点范围：540-640°C

　　热膨胀系数：22.5×10⁻⁶/K

　　热导率：155 W/(m·K)

　　比热容：880 J/(kg·K)

　　关键特性分析

　　1. 铸造性能

　　流动性能：螺旋试样长度≥450mm

　　热裂倾向性：评级1级（ASTM标准）

　　气密性：可达10⁻⁶Pa·m³/s级别

　　收缩率：1.3-1.5%

　　2. 机械特性

　　疲劳极限：130-150 MPa（10⁷次）

　　弹性模量：72 GPa

　　冲击韧性：14-18 J/cm²

　　3. 耐环境性能

　　耐热性：长期使用温度≤200°C

　　耐蚀性：中性环境（优于ZL201）

　　抗应力腐蚀：K₁scc≥25 MPa·m¹/²

　　典型应用领域

　　航空航天领域

　　发动机支架铸件

　　航空液压阀体

　　飞行器结构连接件

　　汽车工业

　　涡轮增压器壳体

　　高性能发动机活塞

　　赛车悬挂部件

　　装备

　　武器支架系统

　　装甲车辆传动件

　　导弹部件壳体

　　高端机械

　　CNC机床转台

　　注塑机模板

　　精密仪器底座

　　热处理工艺

　　标准热处理（T5）

　　固溶处理：535±5°C×8-12h → 水淬

　　人工时效：175±5°C×8-10h → 空冷

　　改进工艺（T6）

　　分级时效：160°C×4h + 190°C×4h

　　冷却速率控制：淬火转移时间＜15s

　　铸造技术要点

　　砂型铸造

　　浇注温度：720-750°C

　　模具预热：200-250°C

　　冒口设计：模数比1.2:1

　　金属型铸造

　　模具温度：300-350°C

　　保压时间：30-60s/mm

　　涂料厚度：0.2-0.3mm

　　熔炼工艺

　　原料预处理：700°C×4h除气

　　精炼剂用量：0.3-0.5%

　　除渣温度：710-720°C

　　与同类合金对比

　　特性 ALCA5 ZL205A A206 201.0

　　抗拉强度(MPa) 330 440 310 290

　　延伸率(%) 3 6 2 3

　　铸造性能 ★★★★☆ ★★★☆☆ ★★★★☆ ★★★★★

　　成本指数 1.0 1.8 1.2 1.1

　　适用工艺 砂/金 砂 砂/金 压铸

　　典型应用案例

　　航空发动机支架案例：

　　工作温度：-50°C至+180°C

　　振动负荷：20g加速度

　　疲劳寿命：＞10⁸次循环

　　赛车转向节案例：

　　减重效果：比钢制件轻55%

　　抗冲击性能：通过FIA 8862测试

　　使用寿命：5个赛季

　　液压阀体案例：

　　工作压力：35MPa

　　密封性能：泄漏量＜0.1mL/min

　　尺寸精度：CT6级

　　材料使用建议

　　设计要点：

　　小壁厚≥3mm

　　圆角半径R≥2mm

　　避免截面突变

　　机加工指南：

　　切削速度：200-300m/min

　　进给量：0.1-0.2mm/r

　　刀具材质：金刚石涂层

　　表面处理：

　　硬质阳极氧化：膜厚50-80μm

　　微弧氧化：HV≥1500

　　化学镀镍：厚度20-30μm

　　质量控制：

　　X射线检测：ASTM E155

　　超声探伤：符合AMS 2631

　　尺寸检测：三次元测量

　　ALCA5铝合金作为高性能铸造铝合金，在需要高强度、良好铸造性和一定耐热性的场景中具有显著优势，特别适合航空航天和高端装备制造领域。