ICS 49.040 V 16
HB/Z 418.2-2017
民用飞机用铝合金的热处理工艺
第 2 部分：变形铝合金热处理工艺
Heat treatment of aluminum alloys for civil aeroplane—
Part 2：Heat treatment of wrought aluminum
2017-04-12 发布 2017-10-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
HB/Z 418《民用飞机用铝合金的热处理工艺》分为 2 个部分：
——第 1 部分：铸造铝合金热处理工艺;
——第 2 部分：变形铝合金热处理工艺。
本部分为 HB/Z 418 的第 2 部分。
本部分按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。
本部分由中国航空综合技术研究所归口。
本部分起草单位：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院、中国商用飞机有限责任公司上海飞机制造有限公司、中国航空工业集团公司成都飞机工业 (集团)有限责任公司。
本部分主要起草人：臧金鑫、汝继刚、刘东波、李国庆、吴鹏程、姚兰、刘国利、刘东升。
民用飞机用铝合金的热处理工艺
第 2 部分：变形铝合金热处理工艺
1 范围
本部分规定了民机用变形铝合金热处理设备、工艺控制、热处理工艺参数、检验及质量控制要求等。本部分适用于民机用变形铝合金半成品和零件的热处理。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本 (包括所有修改单)适用于本文件。
GB/T 228.1 金属材料室温拉伸试验第 1 部分：室温试验方法
GB/T 230.1 金属材料洛氏硬度试验第 1 部分：试验方法
GB/T 231.1 金属材料布氏硬度试验第 1 部分：试验方法
GB/T 3246.1 变形铝及铝合金制品显微组织检验方法
GB/T 7998 铝合金晶间腐蚀测定方法
HB 5354 热处理工艺质量控制
HB 5356 铝合金电导率涡流测试方法
3 设备
3.1 加热设备
3.1.1 设备类型及其要求
进行热处理时，对设备类型的要求应符合表 1 的规定，其技术要求应符合 HB 5354 的规定。
表 1 铝合金热处理的最低设备类型
3.1.2 空气炉
热处理用的空气炉应带有强制空气循环装置，并安装隔板或其他能防止炉料中任何点被直接辐射加热的保护装置，确保炉料不被辐射加热。不应用火焰直接加热半成品和零件。应避免炉内气氛中含有硫化物和水蒸汽。
3.1.3 硝盐槽
3.1.3.1 硝盐槽中的槽液成分应定期抽样送检。槽液的技术要求及分析周期应符合 HB 5354 的要求。
3.1.3.2 硝盐槽的最高使用温度不应超过 550℃。
3.1.3.3 不应在硝盐槽内处理含镁量超过 5%的铝镁合金。
3.1.3.4 不易排除滞留盐的半成品和零件不应在硝盐槽内处理。
3.1.3.5 应及时清理硝盐槽中的沉渣，以免影响管状加热器加热和所处理半成品和零件的表面质量。
3.2 仪表装置
3.2.1 仪表装置应符合 HB 5354 的要求。
3.2.2 各类加热炉的温度指示仪表应能正确地反映出温度的波动及波动范围。
3.2.3 加热炉的每个加热区内应至少有两个热电偶，分别接温度控制仪表、温度指示记录仪表和报警装置，其热端应在炉子的有效工作区内。报警装置必须具有超温自动断电功能。
3.2.4 对于所有的固溶炉和时效炉，在炉温均匀性测试时，到达设定温度的温差范围之内的第一个热电偶，与到达设定温度温差之内的最后一个热电偶最大的延迟时间不应超过下列时间：
a) 空载测试：20min;
b) 装载测试：40min。
3.3 淬火装置
3.3.1 应配备以水或聚合物水溶液为介质的淬火装置。如果试验证明材料性能可达到技术条件的要求，在供需双方协调一致的情况下，则对于连续淬火的薄截面材料可采用空气淬火。
3.3.2 在淬火槽内应安装有测量淬火介质温度的仪表，其测温仪表的分辨率不大于 3℃。
3.3.3 应配备对淬火介质和 (或)对零件进行机械搅动或液压搅动的装置，严禁用压缩空气进行搅动。
3.3.4 必要时，还应配备对淬火介质进行加热和冷却的装置，淬火介质的温度应符合 5.2.2 的规定。
3.3.5 硝盐槽加热淬火用的水槽，应供给新鲜流动水或定期换水，以防止水中盐浓度增高。
3.3.6 聚合物水溶液的盐污染应不超过淬火介质重量的6%，当盐浓度超过 6%时，必须使盐的浓度降到6%以下或更换聚合物溶液才能使用。用于盐浴炉淬火的聚合物水溶液必须每周进行一次盐浓度检测。通过已知浓度的溶液和规定的程序进行检测。用于测定盐浓度的仪表每三个月校验一次。
3.3.7 淬火装置应就近放置便于操作，以保证淬火转移时间符合表 6 的规定。
3.3.8 淬火装置的容量应足够大，在淬入任何一炉料时，淬火介质温度升高应符合 5.2.2 的规定。
3.3.9 淬火装置的其他要求应符合 HB 5354 的规定。
3.4 洗涤槽
3.4.1 洗涤槽用于清洗在硝盐槽内固溶热处理的半成品和零件，应保证能清洗半成品和零件上的残余盐迹。为保持水的纯度，洗涤槽应有进水和排水装置。
3.4.2 洗涤槽水温建议保持在 40℃~60℃范围内。
3.4.3 洗涤槽的其他要求应符合 HB 5354 的规定。
3.5 冷藏设备
3.5.1 当要求半成品和零件保留新淬火状态 (AQ)时，应用冰箱、干冰箱或液体槽对半成品和零件进行冷藏。
3.5.2 冰箱、干冰箱或液体槽等冷藏设备应有温度记录器，在半成品和零件放入或取出后可以在 20min内恢复到设定温度 3℃范围之内。
4 工艺控制
4.1 清理
半成品和零件在热处理前，应进行清理，将半成品和零件表面目视可见的灰尘、污垢、残留金属和油迹等清理干净。在任何热处理阶段，都应将加热和淬火介质的残留物从半成品和零件上清除掉。
4.2 加热介质的选择
固溶处理和退火可以在空气炉或硝盐槽中进行，人工时效处理应在空气炉中进行。
4.3 装炉
4.3.1 零件的支撑、装夹和吊挂
4.3.1.1 进行热处理时，半成品和零件的排列应能使加热介质和冷却介质在各个半成品和零件之间自由循环流动。
4.3.1.2 设计和采用的工、夹具，应考虑减少零件在加热和冷却过程中的变形。对于自重较大的半成品零件，应在钢制夹具上垫上铝箔，严禁垫铁丝网，以防夹、划伤零件。
4.3.1.3 进行热处理的半成品和零件在加热炉内应合理放置，使每个半成品和零件能均匀热透和充分冷却。不允许装夹过密和捆扎成束。对易变形的半成品和零件应采用合理的支撑和夹具，以防零件扭曲和翘曲。
4.3.1.4 可采用铝丝或铝合金带材捆扎半成品和零件，禁止使用其他有色金属捆扎或装夹。
4.3.2 零件间隔
4.3.2.1 固溶处理时的半成品和零件间隔：名义厚度在 6.35mm 及以下的半成品和零件，间隔距离不应小于 25mm。名义厚度大于 6.35mm 的半成品和零件间隔距离不应小于 25mm 加上零件厚度。复杂零件和大规格平板零件应有更大的间隔距离。
4.3.2.2 时效、退火时的半成品和零件间隔：除薄半成品和零件外，半成品和零件间隔不小于 25mm，薄半成品和零件可以堆叠起来，叠堆的厚度不应超过 25mm，叠堆之间的间隔应不小于 25mm。
4.3.3 装炉时间
对于固溶处理的半成品和零件，采用到温入炉，严禁超温装炉。时效处理的制品可到温装炉，也可冷态装炉，但必须保证炉子工作区在装料后 2h 内达到规定的温度范围。
4.3.4 包铝零件的回复时间
固溶处理的装炉量，对于厚度小于或等于 3.18mm 的各种包铝板材，应保证炉温回复时间不超过30min;对于厚度大于 3.18mm 的包铝板材，则不应超过 60min。
4.4 保温
4.4.1 采用空气炉进行固溶处理和人工时效时，其保温时间应以工作区内温度最低的一只热电偶达到规定温度下限时开始计算。
4.4.2 当硝盐槽的温度降低至不低于规定的下限温度时，其保温时间从炉料完全浸入盐液中开始计算，当炉温低至规定的温度下限时，其保温时间应以工作区内温度最低的一只热电偶达到规定温度下限时开始计算。
4.4.3 对于固溶处理，保温时间应符合表 3 及表4 中按厚度 (最厚截面的最小尺寸)确定的处理时间。
4.4.4 在人工时效和退火期间发生中断时，可以将各个单独保温时间的总和作为总的保温时间。
4.4.5 固溶处理时，应进行无间断保温。在时效、退火及热处理到 O1(T411)状态时，在保温过程中为了取出和放入零件，最多允许中断 4 次，每次开炉门时间应不超过 2min。开炉门和炉温回复时间不计入总保温时间。
5 热处理工艺参数
5.1 固溶热处理
5.1.1 半成品和零件的固溶热处理温度见表 2。
表 2 半成品和零件的固溶热处理温度
5.1.2 半成品和零件的固溶热处理的保温时间见表 3。对包铝板材固溶热处理保温时间不应超过推荐的上限时间;对于锻件因厚度过大淬不透时，应在粗加工后进行热处理，锻件固溶保温时间参见表 4。
表 3 半成品和零件固溶热处理保温时间
表 3 半成品和零件固溶热处理保温时间(续)
表 4 锻件半成品和零件固溶热处理保温时间
5.1.3 在空气炉中进行固溶热处理时，应防止水卷入到炉中。必要时应使用氟硼酸钠或其等效物，用新鲜的空气吹洗炉腔，以防止多孔性的出现及对包铝材料制造的半成品和零件的污染，氟硼酸钠的使用量为不小于 1g/m3。
5.1.4 要求 O1 状态的半成品和零件，应按表 2 的规定加热到固溶热处理温度，保温后空冷至室温。处于 O1状态的半成品和零件，应固溶热处理并时效至使用时要求的最终状态。
5.2 淬火
5.2.1 淬火介质
根据半成品和零件的情况，可以分别采用水或聚合物水溶液等介质和喷雾、鼓风等方式淬火。
5.2.2 淬火水温
5.2.2.1 淬火前的水温不应超过 32℃, 为减少变形，对于形状复杂的锻件，淬火前的水温应满足表 5的规定。
表 5 锻件的淬火水温
5.2.2.2 在淬火过程中，淬火介质温度上升不应超过表 5 规定的淬火水温上限值以上 6℃,在淬任何一炉料时，淬火介质温度上升不能超过 14℃。
5.2.3 淬火转移时间
淬火转移时间不应超过表 6 规定的时间。
表 6 淬火转移时间 a
5.2.4 搅动
在淬火期间，应对半成品和零件和 (或)淬火介质进行搅动。对最大截面的最小尺寸在 2.67mm 以下的半成品和零件，可以不搅动。
5.2.5 淬火浸入方式和时间
5.2.5.1 半成品和零件一般沿纵向垂直入槽。
5.2.5.2 半成品和零件浸在淬火介质中的保持时间，可以根据材料最大厚度计算，厚度为 25mm(不足25mm 按25mm 计算)的半成品和零件在淬火介质中停留至少 2min，厚度每增加 25mm，在淬火介质中保持时间至少增加 1min，不足 25mm 时，按 25mm 计;另一种方法是半成品和零件浸在淬火介质中，直至沸腾迹象完全消失后，保持至少 1min，取二者中较长的时间。对于厚度小于 3.18mm 的薄板零件，淬火介质中的沸腾迹象一消失后，即可将零件取出。
5.2.6 洗涤
在硝盐槽中加热的半成品和零件淬火后应在洗涤槽中清洗。如果淬火后零件上无可见的残留物，则可以不进行清洗。
5.3 冷藏
要求淬火后保持新淬火状态 (AQ)的半成品和零件，淬火后可按表 7 进行冷藏。
表 7 冷藏制度
5.4 时效
5.4.1 半成品和零件的时效制度见表 8。
5.4.2 热处理到过时效状态的 7XXX 系铝合金，按规定的时间时效后，不满足电导率的最低要求时，可以补充时效。
表 8 推荐的半成品和零件时效制度
表 8 推荐的半成品和零件时效制度 (续)
表 8 推荐的半成品和零件时效制度 (续)
5.5 退火
5.5.1 各种变形铝合金半成品和零件的退火工艺见表 9，若未规定不完全退火或消除应力退火，则使用完全退火。
5.5.2 对于包铝合金半成品和零件，为防止因合金元素向包铝层扩散而降低合金的抗腐蚀性能，只要能满足冷成形要求，应采用较低退火温度及最短的保温时间。
5.5.3 不完全退火用于部分消除冷作硬化，以便随后进行变形量较小的冷成形工序。完全退火用于获得最低的强度和最好的可成形性。
5.5.4 7050、7075、7175 等合金在 T7X 状态下(如 T73、T7351、T74、T76 等)，可以在 127℃下累积保温不超过 1h，进行去应力退火。
表 9 退火工艺参数
5.6 重复热处理
5.6.1 包铝产品制成的半成品和零件重复热处理次数不应超过表 10 的规定，完全退火和固溶热处理均视为一次重复热处理。
表 10 包铝材料的重复热处理
5.6.2 重复固溶热处理的半成品和零件保温时间按表 3 和表 4 规定执行。
5.6.3 下列由材料生产厂提供的状态，除经批准外，在零件制造厂不应进行重复固溶热处理、退火或热处理至 O1(T411)状态：
T3、T31、T36、T361、T37、T81、T86、T87、T351、T451、T651、T851、T861、T3510、T3511、 T4510、T4511、T6510、T6511、T8510、T8511、T7651、T7351、T76510、T73510、T73511、T736510、 T736511、T652、T654、T7352、T7354、T73651、T73652、T73654、T7451、T7452、T7454、T74510、 T74511。
5.6.4 已达到固溶热处理温度而中途因故障出炉的半成品和零件应进行淬火。未达到固溶热处理温度的半成品和零件可以进行空冷。当温度控制仪表达到规定的最低固溶热处理温度时，应认为出故障的炉批进行了一次固溶热处理。
6 检验
6.1 零件检验
若无其他文件规定，零件热处理后按本标准规定进行检验。
6.2 零件检验项目
6.2.1 T7X 状态的 7XXX 合金零件：每个零件都应在最厚的截面进行电导率检测。另外，每个零件还应进行硬度检测，经工程部门批准，硬度的抽检率可以减少到 25%。零件的电导率偏低或硬度偏高可进行补充二级时效，并重新检测。
6.2.2 6061、6063 零件：每个零件都应进行硬度检测。可不进行电导率检测，电导率不作为判废依据。
6.2.3 其他合金和状态：T 状态的每一炉批，都应进行电导率和硬度检测。(退火或去应力不需进行硬度和电导率检测)。抽样按 a)或 b)之一进行：
a) 所有的零件进行硬度试验，且 10%的零件进行电导率测试。测试电导率的零件，应包括硬度最高和最低的。
b) 所有的零件都进行电导率检测，且 10%的零件进行硬度检测。测试硬度的零件，应包括电导率最高和最低的。
c) 当要求拉伸或剪切试验，使用 b)检验时，可以代替 10%的硬度测试。试样应从零件中随机切取，或从零件的延长部分，或从零件组合的产品中取，试样应代表每一热处理炉每一批零件的最大厚度，若任一试验结果未满足要求，整批应拒收并提交客户处理。
6.3 试验方法
6.3.1 电导率试验
电导率试验应按 HB 5356 进行。
6.3.2 硬度试验
6.3.2.1 布氏硬度试验
布氏硬度试验应按 GB/T 231.1 进行。
6.3.2.2 洛氏硬度试验
洛氏硬度试验应按 GB/T 230.1 进行。
7 质量控制
7.1 人员要求
热处理操作人员、仪表员、检验员应按 HB 5354 的规定进行培训，经过考核取得合格证后方可上岗。
7.2 工艺控制检验
7.2.1 检验用试样
工艺控制用试样建议选择热处理产品中零件的固溶温度最高和最低的材料，并规定材料规格和热处理状态，试片数量至少为 9 片，试片放置位置示意图见图 1。
箱式炉
井式炉
图 1 工艺控制用试片放置示意图
7.2.2 检验周期及项目
除有特殊要求外，每月应进行工艺控制检验。检验项目包括：力学性能、晶间腐蚀、过烧。
7.2.3 试验方法
7.2.3.1 拉伸试验
拉伸试验应按 GB/T 228.1 进行。
7.2.3.2 过烧
过烧试验应按 GB/T 3246.1 进行。
7.2.3.3 晶间腐蚀试验
晶间腐蚀试验应按 GB/T 7998 进行。
7.2.4 检验结果的判定
7.2.4.1 力学性能
试片的抗拉强度、屈服强度和伸长率的试验数据，应符合相应的材料规范或零件图样的规定。
7.2.4.2 过烧
热处理的试片应无过烧。
7.2.4.3 晶间腐蚀
热处理试片的晶间腐蚀敏感性，应不大于本标准所推荐设备和工艺处理的试片的正常试验值。晶间腐蚀敏感性检查，应与按本标准推荐的设备和工艺处理的试样进行比较而作出。
7.2.5 不合格试样的处理
本标准 7.2.2 试验中任何一项不合格，应查明原因。若试验表明热处理设备和工艺不能用于铝合金热处理，应排除故障和调整工艺，重新进行试验，直到试验的项目达到合格为止。
7.3 记录
7.3.1 热处理原始记录应符合 HB 5354 的要求。
7.3.2 每台加热炉应有专门的记录，内容至少包括：
a) 炉子编号和类型;
b) 使用温度范围;
c) 温度均匀性检查及系统校验周期、结果及原始记录;
d) 热电偶的编号及位置;
e) 有效工作区示意图;
f) 大修后的状况等。
7.3.3 应填写热处理生产记录卡，该卡中至少应记录：
a) 热处理炉 (批)号;
b) 热处理设备型号;
c) 合金牌号及状态;
d) 主要的热处理工艺参数、淬火介质类型;
e) 零件数量、厚度;
f) 零件号;
g) 日期;
h) 操作人员和检验员的签名或盖章。
7.3.4 在完成热处理及检验后，操作人员及检验员应填写工艺流程卡，该卡中至少应记录：
a) 数量;
b) 日期;
c) 操作人员及检验员的签名或盖章;
d) 异常情况。
7.3.5 所有原始记录应随零件一同交检，最后由热处理检验员汇总归档。
7.3.6 归档原始记录保存期应不少于十年。
