铝锂合金应用的现状与前景.doc

精品文档铝锂合金应用的现状与前景刘玉海铝锂合金是在开发更轻的飞机结构材料过程中应运而生的，十几年前就已达到批量供应能力，但直到目前，还没有达到未来预期的那样应用规模，有待于作进一步的开拓工作，把它推上一新台阶。材料生产企业目前期待着大型客机生产公司能在新型飞机上使用这类合金，从而推动这种高技术合金向前发展。70年代后期，材料科学工作者与航空部门的工程技术人员认为，在飞机用材中大量使用铝锂合金可能大大减轻其重量，因此，除一些工业发达国家的官方研究院所外，还有一批大的铝工业公司也先后竞相投入了极大的精力与财力来开发实用的铝锂合金及其批量生产工艺。1993年，彼施涅公司在其研究试验中心建设了一套生产铝锂合金的专用设备，年生产能力为450吨；美国铝业公司在其匹兹保的技术研究中心的中间试验厂内生产这类合金，生产能力为9100吨/年；而加拿大铝业公司在英国已建立起一个小型规模的铝锂合金生产厂，生产能力为3000吨/年。加拿大的霍默斯认为，铝锂合金的性能很难一言以蔽之，因为它的各种性能既与合金化有关，又与热处理工艺密切相关；不过，一般地说，该合金的强度虽不如钛合金的，但可在保持其高强度性能的同时，可通过不同的工艺处理使它拥有不同的其他性能。霍默斯说：“8090合金可以超塑成形，这是它的最可贵的性能之一，它在高温成形后，仍具有很高的强度性能”。通过超塑成形，可以制得形状复杂的部件，不但可以减少零件数量，而且可以免除把零件组装成多种联接工艺。超塑成形是一种特殊的成形工艺，因而成本高昂。铝锂合金与其他合金不同之处是，可在空气中淬火，可避免水淬时产生的唯一热应力变形。加拿大铝业公司批量生产的唯一铝锂合金是英国国防部研制的8090合金，该公司从英国政府购得了专利。8090合金含2.5锂以及少量的Cu、Mg、Zr和其他元素。霍默斯指出，在实际生产中，Cu和Mg的含量虽然仍在专利的范围内，但其范围比例控制得很严格，且成份随产品种类（诸如挤压材、轧制厚板或薄板等）的不同而加以精细的调整。目前，世界上的一些主要飞机制造公司大都购买了铝锂合金半成品，用于试制新型飞机，但用量与起步速度，比预计的少与慢，而且迄今主要用于军用飞机而非客机。在美国已用铝锂合金制造C17军用运输机的原型机，英国生产的“西大陆101型”（Westland101）直升机地板支撑型材是用铝锂合金挤压的，而且其未来机型的机舱框架将采用铝锂合金锻件制造。西大陆飞机公司正准备用铝锂合金制造101型直升机的蒙皮；英国公司已用铝锂合金薄板制造欧洲战斗机（EFA）原型机的机身蒙皮；而法国达萨尔（Dassault）公司则用铝锂合金制造第三次改型的拉法尔（Rafale）战斗机原型的主要构架。铝锂合金的最大发展潜力无疑是用在下一代空中客车飞机上，这种在民用客机上的应用一旦成功，不仅其本身具有十分重要的意义，且能证明这种合金也适用于客机。然而铝锂合金目前而且以后仍将是很昂贵的材料，这使得对价格很敏感的飞机制造公司对该合金的使用很谨慎，只用它制造那些被认为是合算的零部件。铝锂合金之所以昂贵，是由下列因素造成的。首先，锂本身是一种很昂贵的金属。虽然它在8090合金中的含量只有2.5，但其价钱比所有其他成份的总价还要多一些。尽管该元素在地壳中的储量较丰富，但几乎未发现富锂的矿藏，因此，很难大量提取锂。其次，锂是一种化学上很活泼的金属。生产工艺极复杂，尤其是熔炼与铸工艺。加拿大铝业公司生产铝锂合金时，使用了大量氩，因而产品成本大大提高；同时在熔炼时，必须用价高的特种耐火材料。第三，在生产铝锂合金时，其冷作硬化速度比其他大多数铝合金的快得多，因此如果采用冷加工工艺，如冷轧薄板及冷拨管材，则需要经过多次退火，提高了生产成本。铝锂合金的其他性能与大多数常规铝合金的相当，因此，一旦铸造完了，就可以在常规设备上进行加工。铝锂合金的价格依产品的类型而异，其中冷加工制品较昂贵。加拿大铝业公司与美国铝业公司认为，铝锂合金的生产成本仅为普铝合金的3.5倍。飞机制造公司至今不愿大量采用铝锂合金，就是因为价格太昂贵，虽然这方面的用量有可能增加，但航天器生产者决不会成为铝锂合金的最大消费者。在当前航空部门消费