铝合金锻件具有比重小、比强度、比刚度高等一系列优点,已大量使用在各个工业部门,铝合金锻压件已成为各个工业部门机械零件必不可少的材料,至今已经涵盖了交通运输(船舶、汽车、高速列车)、建筑行业、电子器械、飞机结构件等领域。
铝合金锻压生产是向各个工业行业提供机械零件毛坯的主要途径之一。锻压生产不但能获得机械零件的形状,而且能改善材料的内部组织,提高力学性能。一般来讲,对于受力大、力学性能要求高的重要机械零件,多数采用锻压方法来制造。在飞机上锻压件的重量占70%,汽车上锻压件重量占50%,电力工业中水轮机主轴、透平叶轮、转子、护环等均是锻压而成。
在“构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局”的布局下,我国铝合金锻件的水平突飞猛进。为适应国防工业的现代化和民用工业特别是交通运输业的发展,开展一般工业用铝合金锻件产品的国家标准研制,提高铝合金锻件的实物质量,对国民经济的高速发展和国防军工现代化有重要的现实意义和长远意义。
二、标准主要内容
1 产品分类
根据调研反馈及国内同行业企业的实际生产情况及客户的需求,铝合金锻件主要包括2A11、2A12、2014、2A14、2618、2618A、2219、2025、2A50、2A60、2A70、2A80、3003、3A21、4032、5A02、5A05、5A06、5083、6061、6066、7A04、7A09、7034、7039、7050、7A52、7075、7175共计28个,产品状态包含H111、H112、O、T1、T352、T4、T6、T61、T652、T851、T852、T73、T7352、T74、T7452、T852共计16个。
根据承载类型的不同,锻件分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类锻件。用于承受复杂应力和冲击振动、重负载工作条件、设计质量受到限制的零件确定为Ⅰ类锻件。这类零件损坏或失效可能导致系统功能失效;用于承受固定的重负载和较小的冲击振动工作条件下的零件确定为Ⅱ类锻件,这类零件损坏或失效可能会影响到其他零件、部件的损坏或失效,一般不会导致系统功能失效;用于承受固定的负载,但不承受冲击和振动工作条件下的零件确定为Ⅲ类锻件,这类零件的损坏通常会引起产品局部出现故障。
2 技术要求
2.1 尺寸偏差
模锻件的尺寸偏差在非跨模尺寸中增加C级要求,其他沿用原标准规定,增加并优化图示内容。
2.2 室温拉伸力学性能
结合铝加工企业生产控制能力及下游用户的需求制定室温拉伸力学性能要求,GB/T 8545-2024标准中室温拉伸力学性能指标与ASTM B247-2015《铝及铝合金模锻件、自由锻件和锻环规范》标准大致相当,部分产品标准略高于ASTM B247-2015标准,编制组组织了生产单位、科研院所、测试单位共同进行了验证,选取典型合金的稳定批产拉伸力学性能进行统计,针对抗拉强度和屈服强度进行重点分析,确定了模锻件、自由锻件和轧环的室温拉伸力学性能。
2.3 压缩性能、冲击韧性、疲劳性能、断裂韧度
铝合金锻件广泛应用于国防、航空航天、交通运输、工程机械、建筑结构等工业领域,不同使用领域对锻件有不同的要求,导致目前市场上针对相同牌号状态的锻件的力学性能综合性要求存在差异,一些特殊锻件需要压缩性能、冲击韧性、疲劳性能、断裂韧度来对锻件综合性能进行评价或验收,故本文件对上述性能指标进行规范。
2.4 电导率
电导率可用于判断固溶处理时铝合金固溶体的过饱和程度,也可用于判断铝合金时效处理时强化相的析出程度,电导率具有测量快速、无损和简便的优点,可以通过测量电导率来推测合金的某些力学性能,部分合金的电导率与其力学性能有着很好的相关性,采用测量电导率来判断和检验力学性能是简便而可行的方法。应力腐蚀开裂是应力和化学介质共同作用的结果,破坏性很大,与合金的电学性能有一定的关联。故部分合金可通过测量电导率并结合力学性能(屈服强度)判定铝合金锻件抗应力腐蚀效果。本文件根据实际使用需求将电导率要求分为了电导率要求和电导率与力学性能的匹配关系两类。
因此本文件结合国内外标准要求以及产品技术协议的相关要求,对锻件电导率均匀性以及7049、7075、7175、7A09、7050合金电导率与力学性能的匹配关系进行规定。
2.5 抗应力腐蚀性能
各家生产单位根据用户要求不同、评估方法也不同,如试样类型有光滑试样、缺口试样、预制裂纹试样、圆形试样、C形环试样等多种类型,加载方式也有常变位、常变荷载、慢变率、支架或试验机加载、直接加载等多种方式。不同的载荷组合评价方法、试样方式及试样形式产生了各种各样的应力腐蚀评价方法,对相似材料,采用不同的评价方法,有时效果也不完全一样。因此抗应力腐蚀性能的检测方法无法统一,在本文件中规定为需方对锻件的抗应力腐蚀性能有特殊要求时,由供需双方协商确定,并在订货单(或合同)中注明。
2.6 抗剥落腐蚀性能
抗剥落腐蚀性能是一种常见的对铝合金锻件危害性较大的局部腐蚀类型,同时也是飞机、船舶等结构件腐蚀的主要形式之一。在锻件使用过程中,该项检测性能受到航空、船舶及汽车领域使用单位的重点关注。但在一般建筑材料、工业型材领域,对抗剥落腐蚀性能暂无特殊要求。本文件中规定为需方对锻件的抗剥落腐蚀性能有特殊要求时,由供需双方协商确定,并在订货单(或合同)中注明。
2.7 耐盐雾腐蚀性能
耐盐雾腐蚀性能是模拟大气腐蚀主要的试验方法,是评价材料表面在复杂大气环境中的耐腐蚀性能,越来越多客户有需求相关数据来作为其产品应用的分析依据,而且目前未在相关国内外产品标准中有相关要求,主要出现在各个客户技术文件中,作为订货单(或合同)指定的性能要求之一,不进行相关试验则无法评判产品在复杂大气环境中表面的耐腐蚀性能。本文件中规定为需方对锻件的耐盐雾腐蚀性能有特殊要求时,由供需双方协商确定,并在订货单(或合同)中注明。
2.8 低倍组织、显微组织
三、小结
本文件是铝合金锻件的基础通用产品标准,包括了锻件的分类、性能组织要求、试验方法、取样要求、检验规则,几乎涵盖了目前主流锻件产品,应用范围非常广泛。在标准的制定过程中,充分调研了我国的主要的锻件生产单位、使用单位的具体情况,参考ASTM等先进国外标准,进一步规范国内铝合金锻件性能要求及试验方法,保证锻件的质量。本文件技术指标先进,且部分技术指标超过了国际标准水平,具有充分的先进性、科学性、普遍性、广泛性和适用性,其综合水平达到了国际先进水平,完全能满足国内外用户、市场及我国产品进出口的需求。
本标准的修订完善国内在航空航天、舰船、高铁等领域产品标准体系,是中国铝合金锻件的产品标准代表,提升了产品的工艺水平和产品质量的档次。本标准的修订有利于铝合金锻件新产品的进一步推广应用,提高中国制造业水平,有利于提高我国铝合金锻件产品的国际竞争力,促进我国铝合金锻件行业的迅速发展,促进铝产品升级转型。