铝合金和航空铝合金区别在哪

金家族之一：铝合金

航空用铝合金密度低、耐腐蚀性能好，且具有较高的比强度、比刚度，容易加工成型，有足够的使用经验，这些优点使其成为飞机结构的理想材料。从诞生以来，铝合金随着飞机设计的要求而不断发展，其性能也日益强大。例如，1954年，英国的3架“彗星”飞机先后坠毁，事故分析表明，坠机的主要原因是材料疲劳以及部分 7075-T6铝合金构件被严重腐蚀。经过探索，研究人员突破了过时效热处理问题，研制出第二代耐腐蚀铝合金，有效提升了飞机的安全水平。

如今，航空铝合金的发展已经进入第六阶段。2005年 4月 27日，世界上最大的宽体客机空客A380在图卢兹机场成功首飞。A380能够取得成功，先进材料的应用立下了汗马功劳。其中，加拿大铝业公司和美国铝业公司就为 A380开发了新型铝合金材料。根据 A380各部件的特点，加拿大铝业公司开发出了7040-T7651、7449、2027-T3511等一系列铝合金。每种合金都具有不同的性能和特点。在A380项目中，用7085锻件制造的应急舱门，零件数量从 147个减至 40个，紧固件由 1400个减至 450个，重量减轻了 20%，成本降低了 20%〜25%，承载能力和疲劳寿命也得到了显著提高。

合金家族之二：钛合金

钛及钛合金材料密度低、比强度高（目前金属材料中最高）、耐腐蚀、耐高温、无磁、组织性能和稳定性好，可以与复合材料结构直接连接，而且两者之间的热膨胀系数相近，不易产生电化学腐蚀，具有优良的综合性能。因此，钛合金在航空领域得到越来越广泛的应用。洛克希德公司的“黑鸟”高空高速战略侦察机 SR-71，飞行速度超过 3马赫，在高速飞行时，机体表面温度将超过常规铝合金蒙皮的极限，如果用钢制造，飞机重量会大大增加，影响飞行速度和升限等性能。因此，SR-71的机身大量采用了钛合金，总重达 30多吨，占飞机结构重量的 93%。随着人们对飞机性能要求的不断提高，民用飞机的钛合金用量也在逐渐增加。早期波音 707上的钛合金部件用量仅占结构总重量的 0.2%，到最新的波音 787，占比高达 15%。

此外，钛合金也是制造航空发动机的主要材料。早期美国 F-4战斗机使用的 J79发动机，钛合金的用量只有50千克，不到总重量的2%。而现在大多数航空发动机的钛用量已经达到发动机总重量的25%〜30%。如波音 747、767的发动机 JT9D，其用钛量为总重量的 25%；空客A320的V2500发动机，其用钛量为总重量的 31%。钛合金的另一大用途是作为螺栓、铆钉等紧固件材料。这些紧固件虽小，但用量却很大，使用钛合金紧固件可以大大减轻重量。据估算，C-5大型运输机有 70%的紧固件为钛合金紧固件，飞机因此而减重 1吨左右。现在钛合金 3D打印技术已用于飞机制造。钛合金3D打印技术由于摆脱了传统的模具制造这一显著延长研发时间的环节，可以制造高精度、高性能、高柔性和快速制造结构十分复杂的金属零件，因而为先进飞机结构的快速研发提供了有力的技术手段。

合金家族之三：超高强度钢

超高强度钢在强度、刚性、韧性以及价格等方面具有很多优势，且拥有在承受极高载荷条件下保持高寿命和高可靠性的特点，在航空领域得到广泛使用。例如，飞机的起落架要承受冲击等复杂载荷，而且载荷巨大，同时还要求起落架舱容积尽可能小，超高强度钢绝对强度大、稳定性好，因此成为起落架的首选材料。

20世纪 60年代，美国成功开发了 300M超高强度钢。300M钢的抗拉强度高，达到 1860MPa以上。它的横向塑性高，断裂韧性好，与同强度低合金超高强度钢相比，300M钢的抗疲劳性能更好，在介质中的裂纹扩展速率低。这些特点使得 300M钢成为大型飞机起落架的主要材料。1992年，美国又开发了 AreMet100。AreMet100与 300M的强度级别相同，但耐腐蚀性能和耐应力腐蚀性能较 300M钢有较大提高，是目前综合性能最好的超高强度钢。F-22、F/A-18E/F就使用了AreMet100作为飞机起落架的主要材料。

航空固定装置，卡车，塔式建筑，船，管道及其他需要有强度的建筑上的应用的领域。如：飞机零部件、齿轮和轴、熔丝零件、仪表轴和齿轮、导弹零件跳进阀零件、涡轮、钥匙、飞机、航空及国防应用。基本原则，基础状态代号用一个英文大写字母表示。细分状态代号采用基础状态代号后跟一位或多位阿拉伯数字表示。基本状态代号基本状态分为5种代号名称 说明与应用自由加工状态 适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定。

退火状态 适用于经完全退火获得最低强度的加工产品。加工硬化状态 适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所降低的附加热处理。固熔热处理状态 处理状态 一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段。热处理状态适用于热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定的产品。T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字。在T字后面的第一位数字表示热处理基本类型（从1~10），其后各位数字表示在热处理细节方面有所变化。如 6061—T 62 ；5083—H 343等。T1—从成型温度冷却并自然时效至大体稳定状态。T2—退火状态（只用于铸件）。T3—固溶处理冷作后自然时效。T31—固溶处理冷作（1%）后自然时效。T36—固溶处理冷作（6%）后自然时效。 　

镁锭和铝锭在高于1150K时，部分铝与空气中的氧气反应，生成a-Al2O3，氧化铝的此种晶体化学性质呈惰性，起着屏障、隔离作用。低于1150K时，生在B-Al2O3而这种晶体与酸反应，保护不了内部的镁铝合金。标准的镁铝合金中镁、铝的含量各约为50%。活性铝含量的多少对烟花的安全生产和产品的质量有很大的影响。但是现在生产镁铝合金的企业多为私营企业，近几年来铝锭比镁锭贵，受利益的驱动，大多未按国标生产。现在镁铝合金粉中铝的含量普遍低于50%，有的铝含量低到了40%。镁含量的增加使得镁铝合金的性质接近镁粉的性质，使得烟火药的撞击感度、摩擦感度增加，烟火剂更加敏感从而增加隐患。我们可能以用下面的化学机理来检验镁铝合金中铝的含量。

以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。

铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加

工，力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。

铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有简单铝硅合金（不能热处理强化力学性能较低，铸造性能好），特殊铝硅合金（可热处理强化，力学性能较高，铸造性能良好）

发动机喷出的东西越多，产生推力的速度就越快，但燃料和炸药的爆炸速度已经接近分子间信息传递的理论极限。如果基础物理没有突破，那么为了提高推力，只能拼命往发动机里加更多的燃料。燃油多了，空气就不够燃烧了，只好装“排气扇”。这是发动机的基本原理:压缩更多的空气燃烧更多的燃料。

压缩机压缩高压空气，进入燃烧室，与雾化燃料混合燃烧，然后产生强大的气流喷向尾部涡轮...

航空发动机反复以这种方式运转，涡轮叶片承受巨大的外应力和几十万摄氏度的高温。一旦使用的材料达不到相应的指标，就容易断裂变形，甚至导致机器损坏。

南京理工大学陈光教授团队在国家973计划的支持下，经过长期研究，在航空航天新材料钛铝合金方面取得了突破性进展。相关成果在《自然材料》网上发表。其室温拉伸塑性、屈服强度、高温抗蠕变性、高温承载能力等关键性能指标均处于世界领先地位，比美国同类材料高出1-2个数量级。

高压压缩机是一个“排气风扇”，它与后涡轮集成在一起。风扇先将空气吹入，压缩机高速旋转将空气压缩到燃烧室。燃烧产生的强大气流向外喷射，产生飞机的动力，同时带动后面的涡轮旋转，带动前面的压缩机旋转，继续压缩更多的空气。

晕的同学可以再刷刷眼睛:压缩机旋转的动力来自涡轮，涡轮旋转的动力来自燃料燃烧，燃料燃烧的空气来自压缩机压缩。这个三角恋已经够复杂了。

这是钛铝合金首次用于航空发动机。此前，以钛铝合金为代表的金属间化合物的研究已经持续了30年，但进展缓慢。它最大的两个缺点，一是室温拉伸塑性低，加工困难；二是高温强度不足，使用温度范围有限。

GE使用的4822合金并不完美，室温拉伸塑性小于2%。虽然优于其他金属间化合物，但与镍基合金相比还是太脆。所以GE已经将其应用到环境温度和风险系数最低的末端二级叶片上，这样即使断裂也不会造成整架飞机失控。

当然，美国人这样做不是为了炫耀，而是要注意钛铝合金的密度只有镍基合金的一半。在以克为单位的飞机发动机上，GE将单个发动机的重量减轻了200磅左右，成为当时航空和材料领域轰动性的进步。

铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。

目前铝合金是应用最多的合金。

飞机零件的结构特点

典型的飞机零件的结构特点是薄壁结构，形状复杂，外形变斜角变化大，外形多为双曲面，要求成形精确。为了减轻飞机重量，增加飞机的机动性和增加有效载荷和航程，进行轻量化设计，广泛采用新型轻质材料。为了提高零件强度和工作可靠性，主要采用整体毛坯件和整体薄壁结构。现在大量采用铝合金、钛合金、耐高温合金、高强度钢、复合材料等。结构复杂的薄壁件、蜂窝件不仅形状复杂，而且孔、空穴、沟槽、加强筋等多，工艺刚性较差。

飞机制造中需要用机床加工的典型零件

飞机制造中需要用机床加工的典型零件，主要有飞机机身结构件和发动机的关键零件两部分：

1.机身结构件典型零件

飞机机身结构件的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接头、滑轨等类零件。以扁平件、细长件、多腔件和超薄壁隔框结构件为主。毛坯为板材、锻件和铝合金挤压型材。材料利用率仅为5%-10%左右，原材料去除量大。目前，国内飞机零件，90%以上为铝合金件，少量为不锈钢和钛合金钢，且整体结构件越来越多，应用复合材料是今后的发展方向。

机身结构件典型零件的结构特点

(1)件的轮廓尺寸越来越大。如有的梁类零件的长度已达到13m。

(2)零件的变斜角角度变化大，超薄壁等。最薄处尺寸只有0.76mm左右，所以，加工工艺刚性差。

(3)零件的结构越来越复杂，很多零件采用整体结构。

(4)零件的尺寸精度和表面质量要求越来越高，如有些零件加工后出现的毛刺等缺陷，不允许用人工去除。

加工飞机机身典型零件所需主要设备

(1)三坐标加工中心，如大型龙门立式加工中心；

(2)五轴联动加工中心，如大型龙门立式加工中心，应配备A/B摆角铣头或A/C摆角铣头；

(3)从发展考虑，需要大型龙门式双主轴五坐标加工中心，工作台尺寸5m×20m，用于加工梁类零件；

(4)加工铝合金件需要大功率高速加工中心，功率≥40kW，主轴转速20000r/min以上，带两坐标摆角铣头；

(5)由于整体铝合金件切削加工去除量大，为便于排屑，最好需要工作台可以翻转90°的卧式加工中心，目前，国内尚无这种卧式加工中心；

(6)飞机机身结构件品种多，形状各异，且工艺刚性差，需用大量卡具。为降低成本，缩短生产准备周期，需要各种柔性卡具；

(7)钣金成形件主要涉及蒙皮、型材、导管等曲面成形，要求成形精准。为保证制造精度，需要大规格蒙皮拉伸机；蒙皮滚弯成形机；还有三轴滚校平机、型材拉弯机、导管成形机等。飞机部件装配还需自动钻铆设备；

(8)为减轻飞机重量，复合材料的应用越来越多，制作复合材料构件需要铺带机等等(铺带机在国内还是空白)。

用途：

用途主要用于制作各种高负荷的零件和构件（但不包括冲压件锻件）如飞机上的骨架零件，蒙皮，隔框，翼肋，翼梁，铆钉等150℃以下工作零件。

切削刀具的选择：

铝合金材料的切削加工对刀具材料要求并不高，一般采用硬质合金铣刀即可，涂层可使用无涂层或金刚石涂层。在粗加工中由于不必考虑精度及质量问题，最大限度高效切除金属材料，因此可以选择大直径刀具，减少走刀次数，缩短走刀时间。另外，在粗加工中尽量选择密齿刀具替代疏齿刀具，可以增加每转进给量，在相同的转速下切削速度可以得到增加。在精加工中，除了考虑材料高效去除的问题，还应充分考虑薄壁构建在切削中受力变形控制问题。航天铝合金薄壁件精加工宜选用K系列硬质合金刀具（相当于我国原钨钴类，主要成分为WC Co，代号为YG）。刀具前角不能太小，否则增大了切削变形和摩擦力，前刀面磨损加大，降低刀具使用寿命。

在高速切削时要保证刀位路径的方向性,即刀具轨迹尽可能简化,少转折点,路径尽量平滑,减少急速转向；应减少空走刀时间,尽可能增加切削时间在整个工件中的比例；应尽量采用回路切削,通过不中断切削过程和刀具路径,减少刀具的切入和切出次数，获得稳定、高效、高精度的切削过程。

在航天整体结构件的大型复杂曲面高速切削加工中,曲面曲率变化大时,应以最大曲率半径方向作为最优走刀方向,曲面曲率变化小时,曲率半径对走刀方向的影响减弱,宜选择单条刀轨平均长度最长的走刀方向,如图2.2所示。

且由于切削的是斜面，水平走刀需要X或Y轴与Z轴的联动，不利于切削速度的提升。因此，针对此类斜面加工，走刀轨迹尽量安排为平行于最长斜边（如图3.2），不但走刀轨迹最长、换向次数最少，而且单道走刀都只是在XY平面运动切削，Z轴方向运动都是安排在工件轮廓之外的位置，即使在高速切削下亦可减小刀具损伤。

1.铝合金型材

通过挤压加工获得的铝及铝合金材料，所得产品可以为板、棒及各种异形型材，可以广泛应用于建筑、交通、运输、航空航天等领域的新型材料。

铝合金板材按表面处理方式可分为非涂漆产品和涂漆产品两大类。

1) 非涂漆类产品　

(1) 可分为锤纹铝板（无规则纹样）、压花板（有规则纹样）和预钝化、阳极氧化铝表面处理板。

(2) 此类产品在板材表面不做涂漆处理，对表面的外观要求不高，价格也较低。

2) 涂漆类产品

(1) 分类：

按涂装工艺可分为：喷涂板产品和预辊涂板；

按涂漆种类可分为：聚酯、聚氨酯、聚酰胺、改性硅、环氧树脂、氟碳等。

(2) 多种涂层中，主要性能差异是对太阳光紫外线的抵抗能力， 其中在正面最常用的涂层为氟碳漆（PVDF），其抵抗紫外线的能力较强；背面可选择聚酯或环氧树脂涂层作为保护漆。另外正面还可贴一层可撕掉的保护膜。

2.铝塑板

铝塑板是由经过表面处理并用涂层烤漆的3003铝锰合金、5005铝镁合金板材作为表面，PE塑料作为芯层，高分子粘结膜经过一系列工艺加工复合而成的新型材料。它既保留了原组成材料（铝合金板、非金属聚乙烯塑料）的主要特性，又克服了原组成材料的不足，进而获得了众多优异的材料性质。产品特性：艳丽多彩的装饰性、耐候、耐蚀、耐创击、防火、防潮、隔音、隔热、抗震性、质轻、易加工成型、易搬运安装等特性。

铝塑板规格：

厚度：3mm、4mm、6mm、8mm

宽度：1220mm、1500mm

长度：1000mm、2440mm、3000mm、6000mm

铝塑板标准尺寸：1220*2440mm

铝塑板用途：可应用于幕墙、内外墙、门厅、饭店、商店、会议室等的装饰外，还可用于旧建筑的改建，用作柜台、家具的面层、车辆的内外壁等。

3.铝单板

铝单板均与采用世界知名大企业的优质铝合金加工而成，再经表面喷涂美国PPG、或阿克苏PVDF氟碳烤漆精制而成，铝单板主要由面板、加强筋骨，挂耳等组成。

铝单板特点：轻量化，刚性好、强度高、不燃烧性、防火性佳、加工工艺性好、色彩可选性广、装饰效果极佳、易于回收、利于环保。

铝单板应用：建筑幕墙、柱梁、阳台、隔板包饰、室内装饰、广告标志牌、车辆、家具、展台、仪器外壳、地铁海运工具等。

4.铝蜂窝板

铝蜂窝板采用复合蜂窝结构，选用优质的3003H24合金铝板或5052AH14高锰合金铝板为基材，与铝合金蜂窝芯材热压复合成型。铝蜂窝板从面板材质、形状、接缝、安装系统到颜色、表面处理为建筑师提供丰富的选择，能够展示丰富的屋面表现效果，具有卓越的设计自由度。它是具有施工便捷、综合性能理想、保温效果显著的新型材料，它的卓越性能吸引了人们的眼球。

铝蜂窝板并无标准尺寸，所有板材均根据设计图纸由工厂订制而成，广泛地应用于大厦外墙装饰（特别适用于高层的建筑）内墙天花吊顶、墙壁隔断、房门及保温车厢、广告牌等等领域。该产品将为我国建材市场注入绿色、环保、节能的鲜活动力。

5.铝蜂窝穿孔吸音吊顶板

铝蜂窝穿孔吸音吊顶板的构造结构为穿孔铝合金面板与穿孔背板，依靠优质胶粘剂与铝蜂窝芯直接粘接成铝蜂窝夹层结构，蜂窝芯与面板及背板间贴上一层吸音布。由于蜂窝铝板内的蜂窝芯分隔成众多的封闭小室，阻止了空气流动，使声波受到阻碍，提高了吸声系数（可达到0.9以上），同时提高了板材自身强度，使单块板材的尺寸可以做到更大，进一步加大了设计自由度。可以根据室内声学设计，进行不同的穿孔率设计，在一定的范围内控制组合结构的吸音系数，既达到设计效果，又能够合理控制造价。通过控制穿孔孔径、孔距，并可根据客户使用要求改变穿孔率，最大穿孔率<30%，孔径一般选用∮2.0、∮2.5、∮3.0等规格，背板穿孔要求与面板相同，吸音布采用优质的无纺布等吸声材料。适用于地铁、影剧院、电台、电视台、纺织厂和躁声超标准的厂房以及体育馆等大型公共建筑的吸声墙板、天花吊顶板。

6.氟碳铝板

6.1) 氟碳喷涂板

(1) 氟碳喷涂板分为两涂系统、三涂系统和四涂系统，一般宜采用多层涂装系统。

两涂系统：由5～10μm的氟碳底漆和20～30μm的氟碳面漆组成，膜层总厚度一般不宜小于35μm。只可用于普通环境。

三涂系统：由5～10μm 的氟碳底漆、20～30μm 的氟碳色漆和10～20μm 的氟碳清漆组成，膜层总厚度一般不宜小于45μm。适用于空气污染严重、工业区及沿海等环境恶劣地带。

四涂系统：四涂系统有两种。一种是当采用大颗粒铝粉颜料时，需要在底漆和面漆之间增设一道20μm 的氟碳中间漆；另一种是在底漆和面漆之间增设一道聚酰胺与聚氨酯共混的致密涂层，提高其抗腐蚀性，增加氟碳铝板的使用寿命。因为一般的氟碳漆是海绵结构，有气孔，无法阻止空气中的正负离子游离穿透至金属板基层。因此这种涂层系统更适用于空气污染严重、工业区及沿海等环境恶劣地带。

(2) 氟碳烤漆的固化：应该是有几涂就几烤，使每层烤漆完全固化，形成良好的粘结性、抗腐蚀性、抗褪色性，避免多涂少烤。

(3) 在选用氟碳烤漆铝板时，应关注氟碳漆的品牌和主要技术指标，且氟树脂含量应≥ 70%。

6.2) 氟碳预辊涂层铝板

(1) 预辊涂铝板的设计思想是将尽可能多的材料优点和工艺优势集于一身，把人为影响的质量因素降至最低，其品质比氟碳喷涂（烤漆）铝板更有保证。

(2) 氟树脂含量最高可达80%。

(3) 涂层厚度一般为25μm。