可焊铝锂合金─—航空航天结构的希望

铝锂合金具有低密度、高比强度和高比刚度等特点，用其代替常规高强铝合金，能使构件的质量减轻8％－20％，刚度提高15％－20％，被认为是21世纪航空航天飞行器主要的结构材料之一。在20世纪80年代第一代铝锂合金得到了迅猛发展。但是，第一代铝锂合金的性能仍有不尽如人意之处：其一是铝锂合金在厚度方向上的韧性不好；其二是在纵轴与横轴相交的45°方向上的强度不够大。为克服第一代铝锂合金的缺点，美国研究人员调整其化学组成及制造工艺，成功地生产出与任何常规高强铝合金同样具有各向同性特点的新一代铝锂合金。第一代铝锂合金如2090…     

铝锂合金研究进展及发展趋势

铝锂合金历经三代发展,形成了完善的材料谱系,具有高比强度、高比韧度、高耐损伤的特点,是一种具有替代传统铝合金潜力,高减重效益的轻质合金,被认为是21世纪飞行器和舰船理想的结构材料。本文回顾了铝锂合金的发展历程,介绍了铝锂合金的成分设计思路、主要制备方法、先进应用技术等方面的研究进展,梳理了铝锂合金的发展趋势,指出成本较高是制约铝锂合金进一步大规模应用的主要问题,提出完善铝锂合金产品类型,开展抗疲劳、耐损伤、低密度铝锂合金研制,研究铝锂合金大型零件的整体制造技术,开发开展铝锂合金时效成形技术,激光焊、搅拌摩擦焊等先进连接技术等应用研究方向。     

先进铝锂合金机身壁板结构承载能力研究

铝合金是目前飞机蒙皮,长桁和框的首选材料。但第三代铝锂合金在密度、断裂、疲劳、耐腐蚀方面明显优于常规铝合金。因此,铝锂合金正逐步在机身结构中得到应用。本文通过有限元模拟和试验相结合的手段对铝锂合金机身壁板结构的压缩、拉伸和剪切承载能力和变形形式进行了分析。研究结果表明,铝锂合金机身壁板结构和常规铝合金壁板结构的失效模式是一致的。     

基于DFR法的Al-Li-S4铝锂合金铆接结构疲劳可靠性分析

Al-Li-S4是新一代铝锂合金,常被用作机身材料,而铆接结构在飞机各个重要受力结构中也具有广泛的应用.为了研究Al-Li-S4铝锂合金铆接结构的疲劳性能,通过试验统计得到两种铆接结构的细节疲劳额定值(DFR),并借助扫描电镜观察其疲劳裂纹的萌生和扩展行为.结果表明:Al-Li-S4铝锂合金铆接搭接结构的DFR值为102.24 MPa,铆钉填充锪窝孔连接结构的DFR值为169.41 MPa;Al-Li-S4铝锂合金疲劳断口的分析表征其具有良好的抗疲劳损伤性能.研究结果可为新型民用飞机选材、疲劳设计和寿命评估提供参考.     

玻璃纤维增强铝锂合金层板单峰过载疲劳寿命性能对比研究

为了研究铝锂合金、纤维金属层板(玻璃纤维增强铝锂合金2/1层板及3/2层板)材料不同加载下的疲劳寿命性能特点,对每种材料进行疲劳寿命试验。通过对每种材料试样施加不同循环特征的循环应力(恒幅循环应力(应力比R=0.06)、单峰拉伸过载、单峰压缩过载),共获得了9种应力-寿命试验数据。使用样本信息聚集原理,拟合出了各材料的P-S-N曲线。通过比较相同材料不同加载方式及相同加载方式不同材料下S-N曲线的差异,结果表明:拉伸过载下3种材料均表现出过载迟滞效应;压缩过载下合金材料表现出加速破坏效应,层板材料表现出一定的延迟效应;不同结构层板之间疲劳性能的优劣与其所受远程应力的大小有一定关系。     

铝锂合金疲劳行为及机理

 本文综述了铝锂合金疲劳的研究进展,包括铝锂合金的疲劳长裂纹、短裂纹、裂纹萌生、光滑和缺口疲劳强度、循环应变行为、过载反应、低温疲劳和腐蚀疲劳、铝锂合金与2000和7000系铝合金疲劳性能的对比、热处理工艺、微观结构、合金成分等对铝锂合金疲劳性能的影响等。     

先进铝锂合金的特点及其在民用飞机上的应用

航空产品通常对其重量有严格要求,当前最有效的减重方法是发展低密度材料。介绍低密度、高强度且具有良好损伤容限特性的铝锂合金材料;通过其与常规铝合金、先进复合材料的性能对比和权衡研究,重点分析第三代先进铝锂合金的性能特点及其在民用飞机上的应用;给出铝锂合金国产化应用建议。研究结果可作为民用飞机设计选材和减重优化的参考和借鉴,有助于铝锂合金材料的推广应用。     

铝锂合金8090+Ce的疲劳断裂特征

研究了铝锂合金8090+Ce的疲劳寿命和断裂特征,并与2024铝合金相对比。结果表明,铝锂合金8090+Ce各应力水平的疲劳寿命均低于2024铝合金;其早期沿晶萌生的微小裂纹一般沿晶纵向扩展,而发展成为非扩展短裂纹,不构成对疲劳寿命的危害;其主断裂面上的短裂纹沿粗滑移带扩展,显示宽而平直的典型脆性疲劳条带;其瞬断方式为穿晶粗滑移带开裂+穿晶和沿晶撕裂的混合型,对应于较小的失稳扩展临界尺寸。     

4种铝合金的应变疲劳力学特性的研究

 分析了 4种铝合金在循环应变作用下的力学行为及材料在纵、横或高向的应变疲劳力学性能的差异。实验结果表明,不同的取样方向对铝合金的应变疲劳寿命的影响主要取决于材料的塑性。4种铝合金在纵、横或高向的循环应力-应变行为均表现为循环硬化。7475 T735 1合金较之其他 3种材料具有较好的应变疲劳特性     

前处理工艺对航空铝锂合金硫酸阳极氧化膜层性能影响

针对一种新研制的航空用Al-Li-Cu-Zn-Mg系铝锂合金,采用了光学显微镜、电子显微镜和能谱分析技术,分析碱腐蚀和三酸脱氧两种不同前处理工艺对铝锂合金硫酸阳极氧化膜层的外观、耐蚀性和疲劳性能的影响规律。结果表明:相比三酸脱氧工艺,碱腐蚀工艺对铝锂合金表面的腐蚀程度较深,晶界处的耐腐蚀能力较差,硫酸阳极氧化膜层表面形成了网状晶界形貌;采用碱腐蚀处理的试样疲劳寿命较三酸脱氧处理试样更低,而不同前处理后经过硫酸阳极氧化的试样疲劳寿命相差不大。不同前处理对铝锂合金的硫酸阳极氧化膜层的耐蚀性的影响不大。     

铝锂合金超塑成形/扩散连接技术研究进展

轻量化材料与结构是现代航空航天工业的发展方向。铝锂合金密度小,比强度、比弹性模量高,是理想的航空航天材料。采用超塑成形/扩散连接工艺成形的空心夹层结构零件具有整体性好、设计自由度大、成形精度高、无残余应力等优点,而且能够大幅减重、降低成本,广泛应用于航空航天领域。针对航空航天领域对新一代复杂多层结构件整体化和轻量化的迫切需求,回顾了国内外铝锂合金的发展历程,介绍了国内外铝锂合金超塑成形、扩散连接以及超塑成形/扩散连接组合技术的发展现状及其在航空航天领域的应用,指出铝锂合金表面致密稳定氧化膜是阻碍其扩散连接接头质量提升的瓶颈问题,讨论去除铝锂合金表面的氧化层以及防止新的氧化层再生的相关工艺与机理,最后展望了铝锂合金超塑成形/扩散连接技术在航空航天领域的应用前景以及未来研究方向。     

某型水陆两栖飞机主结构铝合金材料选用分析

材料选用是飞机研制过程中的一项重要内容,选用材料的好坏直接影响飞机性能的优劣,飞机选材需要考虑多个因素。某型水陆两栖飞机按照疲劳、损伤容限设计原则进行结构设计。通过对某型水陆两栖飞机载荷工况和服役环境的分析,结合飞机基本选材原则和某型水陆两栖飞机结构设计对材料的静强度性能,疲劳、损伤容限性能,耐腐蚀性能等的要求,综合考虑铝合金材料特点、适航性、成本及供货等因素,最终提出某型水陆两栖飞机结构的铝合金材料选材方案。     

Fatigue life prediction model of 2.5D woven composites at various temperatures

As one of the new structural layout in the family of woven composites, 2.5D Woven Composites(2.5D-WC) have recently attracted an increasing interest owing to its excellent properties, i.e. high specific strength and fatigue resistance, in the aerospace and automobile industry. Indepth understanding of the fatigue behavior of this material at un-ambient temperatures is critical for the engineering applications, especially in aero-engine field. Here, fatigue behavior of 2.5D-WC at different temperatures was numerically investigated based on the unit cell approach. Firstly, the unit cell model of 2.5D-WC was established using ANSYS software. Subsequently, the temperature-dependent fatigue life prediction model was built up. Finally, the fatigue lives alongside the damage evolution processes of 2.5D-WC at ambient temperature(20 ℃) and unambient temperature(180 ℃) were analyzed. The results show that numerical results are in good agreement with the relevant experimental results at 20 and 180 ℃. Fatigue behavior of 2.5D-WC is also sensitive to temperature, which is partially attributed to the mechanical properties of resin and the change of inclination angle of warp yarns. We hope that the proposed fatigue life prediction model and the findings could further promote the engineering application of 2.5D-WC, especially in aero-engine field.     

钛合金结构干涉配合铆接疲劳试验研究

干涉配合能提高接头疲劳寿命,已成为目前最有效的强化工艺方法之一。国内外飞机制造中已广泛应用干涉配合,但我国目前飞机制造中的干涉配合铆接只限于铝合金结构。钛合金优越的性能使其在飞机结构中的应用比例大幅提高,但钛合金结构的干涉配合铆接在我国飞机制造中还是一个空白。针对某型机的实际结构对钛合金结构的干涉配合铆接疲劳性能进行了试验研究。研究结果表明,较普通铆接干涉配合铆接可明显提高接头疲劳寿命,加载的应力水平越低,疲劳寿命提高越明显。另外,钉孔间隙等工艺参数对疲劳寿命增益也有较大影响。     

阳极化对航空铝合金疲劳性能的影响

采用S-N曲线研究硫酸阳极化、铬酸阳极化和硼酸硫酸阳极化对航空铝合金疲劳极限的影响.结果表明,对包铝的铝合金,不同阳极化试样的疲劳极限差别很小,对于铝合金基材,硫酸阳极化明显降低材料的疲劳极限,铬酸阳极化使材料的疲劳极限下降,而硼酸-硫酸阳极化不降低材料的疲劳极限.并对造成上述现象的原因进行了讨论.     

铝合金在低温下的力学性能

阐述了铝合金在低温下的力学性能随温度的变化规律：在低温下拉伸性能提高、韧性改善、疲劳强度增加,且介质不同铝合金表现出不同的力学性能。并分析了这些力学性能变化规律的机理,同时对在极低温下某些铝合金锯齿变形的现象、特征、形成机理以及对力学性能的影响作了分析说明。