铝锂合金的研究现状与进展

铝锂合金的研究现状与进展 郑子樵黄兰萍陈志国蒋呐 中南大学材料科学与工程学院 西南铝业 有限 责任公司技术中心 1 前言2 铝锂合金的研究进展3 铝锂合金性能改善的新进展4 铝锂合金的微合金化5 铝锂合金的应用6 结束语 1 前言Li的密度是0 534g cm3 是元素周期表中最轻的金属元素 铝合金的密度 g cm3 2 71 0 024Cu 0 018Zn 0 022Mn 0 079Li 0 01Mg 0 004Si mass 弹性模量E Gpa 71 1 22Li at 表1几种金属结构材料的比强度 比模量比较 2 铝锂合金的研究进展 表2欧美国家铝锂合金化学成分表 表3前苏联铝锂合金化学成分表 和传统铝合金相比 铝锂合金性能存在的问题 塑性和韧性较低 短横向强度较低 各向异性较大 存在热稳定性问题 70 左右 铝锂合金塑韧性低的原因 Al3Li 的超点阵结构 Na K Ca等碱金属杂质在晶界偏聚 氢脆 晶界平衡相沉淀铝锂合金塑韧性的改善 3 铝锂合金性能的改善和新进展 合金化 形变热处理 分级时效 低Li化 纯净化 各向异性的改善 过时效微合金化改变弥散相种类如C458合金 Al 1 8Li 2 6Cu 0 6Mn 0 6Mg 0 6Zn 0 08Zr 表4铝锂合金薄板材欠时效和过时效在不同方向的屈服强度 Mpa 值的比较 交叉轧制 表5按轧制方向和偏离轧制方向60拉伸的2195板材在不同方向上的屈服强度值 Mpa 的比较 再结晶 热稳定性的改善 时效处理后的铝锂合金在70 下长时间保温后 其强度增加 而韧性值大大降低 这是铝锂合金在飞机机体上使用的一大障碍 热稳定性差的原因 残留在固溶体中的锂 铜等合金元素 在热暴露时 进一步析出 如T1 改善的措施 降低Li含量 如 第三代铝锂合金Li含量一般在1 5 左右 多级时效 稀土元素的作用添加元素 Y Ce La稀土作用 细化沉淀相或使之均匀分布 如 T1 S 相 4 铝锂合金的微合金化 减少杂质原子向晶界的偏聚 延缓再结晶过程和细化晶粒尺寸 减少沿晶断裂的倾向 提高断裂韧性 微量Sc的合金化作用 Al3Sc Al3 Sc Zr 细化铸锭组织 改善铸造性能 提高合金强度 细晶强化 弥散强化 亚结构强化 提高合金的再结晶温度 改变 S 强化相的尺寸和分布 改善焊接性能 表61420和1421 含Sc 合金模锻件的力学性能 Ag Mg的微合金化作用 在2195合金中 微量Ag Mg的添加显著提高合金强度 促进T1 Al2CuLi 相析出 Ag Mg的作用机理 Ag Mg减少层错能 导致基体 111 面上层错形成 为T1相形成提供晶体学条件 fcc hcp Ag Mg在 111 面上形成细小析出物 Mg3Ag Ag2Al 作为非均匀形核点 Ag Mg偏析于析出物 基体界面 减少新相形核界面应变能 Ag Mg形成Co clusters GP区 T1相 5 铝锂合金的应用俄罗斯 70年代 1420合金用于米格 29机身 油箱 座舱等 并将铆接结构改为焊接结构 减重24 80年代 1460合金取代2219 用于制造运载火箭能源号低温储箱 此外 俄罗斯还将铝锂合金用于暴风雪号航天飞机 米格 33 苏 27 雅克 36 安 70T 图 144 图 1204等军民飞机 如苏 27Ck 铝锂合金用量占3 美国 50年代 将最早的工业铝锂合金2020用于海军RA 5C预警飞机 使飞机总重量减轻6 80年代 将2090用于C 47军用运输机的隔框 地板 蒙皮 垂直尾翼 总量2846公斤 90年代末 将第三代铝锂合金2197 2097用于F 16后隔框 BL19大梁 已装机850架 90年代 根据ADP3106 Advancedcryogenictankprogram3106 计划 用2195取代2219制造奋进号航天飞机外储箱 使储箱重量减轻3 4吨 液氢 液氧储箱长154英尺 直径27 6英尺 欧洲EH 101对潜多用途武装直升机 采用8090 2091 5091铝锂合金减重200Kg 机 EFA战斗机采用8090 2090等铝锂合金厚板薄板 制作零部件达2000件 占总体结构部件的20 空中客车A330 340分别采用了8090挤压件 厚板 锻件和2090薄板 使用部位如图所示 中国 六五 期间 东北轻合金加工厂仿制过2020合金 七五 期间 由西南铝加工厂 原中南工大 东北大学等单位研制2091合金 八五 期间 由上述单位研制1420和2090合金 并自行研制 建成我国第一台一吨级铝合金熔铸机组 九五 期间 从俄罗斯引进的6吨铝合金熔铸机组 验收投产 现已能生产 650mm圆锭 310 1280 3000mm扁锭 由中南大学 西南铝加工厂研制的2195合金 已挤压成 360