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。     

1420铝锂合金典型构件超塑成形研究

采用超塑成形工艺制备了1420铝锂合金盒形结构试验件.通过有限元模拟及微观组织观察,分析了温度对1420铝锂合金超塑性的影响,超塑成形后试验件的壁厚分布及材料的超塑成形断裂机制.结果表明:有限元模拟能够很好地预测超塑成形后试验件的壁厚分布;当成形温度为520℃时,1420铝锂合金表现出良好的超塑性变形能力;在超塑成形过程中,随着变形量的增加,材料内部空洞的交连和聚合是导致1420铝锂合金最终破坏的主要机制.     

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。     

科技信息二则

铝锂合金的焊接 铝锂合金的优点是密度低、弹性模量高,能显著减轻构件的重量。目前国外研究得较多的是高纯度二元铝锂合金如(按重量百分比):Al-0.9Li、Al-1.6Li、Al-2.8Li、Al-3.8Li和AI-4.7Li。另一种是苏联的01420铝锂合金,其材料成分(按重量百分比)是Al-5Mg-2Li-0.1Zr。过去飞机工业中的铝锂合金构件大多采用机械连接,现在普遍都在研究超塑性成形、焊接和胶接等连接方法。实验证明,钨极氩气保护焊、电子束焊等焊接方法均可成功地用于铝锂合金的焊接。但在焊接铝锂合金构件时应谨慎地选择焊丝和焊剂、焊前表明制备方法及焊接参数。     

铝锂合金板材冲压成形极限研究

通过对 2 0 90 ,2 0 91和 80 90铝锂合金板材的冲压成形性能试验和杯突试验 ,获得了铝锂合金板材冲压成形极限图 ,提供了工艺参数数据     

铝锂合金的各向异性及其对拉深成形的影响

本文从各向异性指数r、硬化指数n出发,分析二种铝锂合金的r、n试验数据,并通过对薄板拉深成形试验,讨论了铝锂合金的各向异性对拉深成形的影响。     

超塑性的研究进展、应用和存在的问题

本文简要介绍了国内外陶瓷、金属间化合物、铝锂合金和金属基复合材料超塑性研究的最新进展以及超塑性的较新应用;阐述了超塑等温成形工艺现存的问题及发展方向。     

铝锂合金DB／SPF技术研究

本文简要概述了铝锂合金扩散连接技术的现状，研究了８０９０铝锂合金在氩气和真空保护条件下的扩散连接，并介绍了两种８０９０扩散连接／超塑成形（ＤＢ／ＳＰＦ）试件的制造方法。     

铝锂合金曲面件超低温成形工艺

针对铝锂合金室温成形性差和热成形性能弱化的难题,利用发现的超低温下伸长率与硬化指数同时提高的双增效应,提出铝锂合金曲面件超低温成形新工艺。通过2195铝锂合金板材在不同温度和热处理状态下的超低温变形行为研究,确定发生双增效应的临界温度为低于-140℃,伸长率可提高至40%以上、硬化指数达到0.44;利用建立的超低温成形工艺实验装置,首次试制出直径200 mm的2195铝锂合金球底曲面件,深径比达到0.55、成形极限提高104%;阐明超低温成形试件壁厚分布规律与回弹规律,最大减薄率为10.3%。     

铝锂合金的超塑性

本文阐述了含锂量不同的铝锂合金的超塑性。这些合金是采用铸锭冶金法和快速凝固粉末冶炼法制成的。这样制成的铝锂合金并没有超塑性,需要热处理才能获得。热处理后合金的延伸率大为增加,变形率的敏感系数也提高了,活性能也由适合晶内扩散转变为适合晶界扩散。文中还把铝锂合金与常用不含锂的铝合金热处理后的性能作了对比。     

基于滚弯预变形的新型Al-Li-Cu-Mg合金蠕变时效成形试验研究

开展新型A1-Li-Cu-Mg合金薄壁板蠕变时效成形试验研究.通过对固溶态和T8态板料的蠕变拉伸性能和单曲率弯曲回弹率进行对比,掌握了新型铝锂合金蠕变时效成形特征,发现新型铝锂合金蠕变时效成形能力较差,单纯靠蠕变时效成形,无法成形出最终零件型面.本文提出基于滚弯预变形的蠕变时效复合成形工艺方法,满足了目标零件型面要求,对新一代飞机机身结构件的制造提供理论及数据参考.     

先进材料与工艺在机载导弹上的研究与应用

先进材料和工艺在机载导弹中的应用是实现机载导弹优异性能的基础和前提.主要讨论了用于机载导弹的复合材料、高温钛合金、铝锂合金、金属间化合物等先进材料和近无余量成形、超精密加工等先进工艺的特点以及国内外的发展概况.     

2060铝锂合金冷模热成形界面换热系数确定的实验与算法

2060铝锂合金具有密度低、比强度高等优势,在航空航天零件制造领域已得到广泛应用。通过冷模热成形工艺可以提高2060铝锂合金成形性,减少开裂、拉毛、回弹等缺陷的发生,后续时效处理可以提高零件整体刚度。然而在实际成形过程中缺乏对温度场的准确预测,即缺乏2060铝锂合金在变压强下界面换热行为的准确描述,无法对成形效果进行评估。本文利用冷模热成形界面换热测试平台,对不同压强下2060铝锂合金与H13热作模具钢的换热行为进行测试研究,基于考虑模具钢变热物性参数的显式有限差分法反算模具表面温度,计算得到不同压强下的界面换热系数,并与Beck反传热算法进行对比,两者计算结果相近。实验结果显示2060铝锂合金IHTC随压强增大而增大,在20 MPa下IHTC=1.906 6 kW/（m²·K）。改进的有限差分法具有计算效率高、速度快、反映实际模具内部温度场、误差较低等优点,可拓展应用于其他薄板材料在冷模热成形条件下的界面换热系数求解。     

工艺动态

铝锂合金在俄罗斯航空工业中的应用俄罗斯航空航天工业已在铝锂合金方面进行了多年的开发工作。本世纪８０年代初，当时的苏联就已将铝锂合金应用于飞机及火箭，提高了产品的性能，例如１４２０铝锂合金被用于米格－２９飞机的焊接结构机身油箱，１９８５年１４２０铝锂合...     

大飞机铝锂合金等直段研制关键技术

结合等直段研制开展铝锂合金先进结构设计、分析方法及其验证技术研究,通过铝锂合金机身段典型铝锂合金结构件关键制造环节的工艺研究,突破铝锂合金机身典型结构件的高效、高品质加工制造技术,并验证先进装配工艺及机身部段件对接工艺方案,可为某大型客机机身结构大量采用铝锂合金奠定基础。     

新的铝锂合金连接技术

超塑成形铝锂合金有许多性能上的优点,并可采用现有的超塑成形技术来生产零件,但如何将超塑成形与扩散连接完美地结合起来以生产复杂多层结构,尚有一定难度.由于     

我国飞机板金成形技术发展的展望

板金件的加工在整个飞机制造过程中占有重要地位,其成形技术是航空工业的基础技术之一。文章阐述了铝锂合金、未来的新机板金件、新机寿命要求以及超塑成形/扩散连接等方面对成形技术提出的新课题;指出了板金成形的数控化是势在必行;文末对发展板金成形提出了五点建议。     

大型客机铝锂合金型材拉弯成形关键技术

铝锂合金作为一种先进轻量化结构材料,以其密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高、抗疲劳性能好、耐腐蚀及焊接性能好等优异的综合性能被用于大型客机的零件如框缘类零件制造。然而,铝锂合金因室温塑性差、屈强比高、各向异性明显的特点,冷加工容易开裂,成形困难。拉弯成形工艺能成形屈强比大的弯曲零件且弯曲精度高、回     

新型高强铝锂合金热变形工艺及其变形后的组织性能

研究了锻造温度、锻造比等对新型高强铝锂合金成形质量的影响,总结了新型高强铝锂合金在不同锻造比下的组织性能变化规律.结果表明:锻造比为3～7时,合金热处理后径向抗拉强度均大于500 MPa,并且其径向抗拉强度明显高于轴向;并且随着锻造比的增大,晶粒尺寸也逐渐增大.     

玻璃纤维-铝锂合金层板机翼前缘结构的成型工艺研究

以机翼前缘典型件为成型目标,研究了玻璃纤维-铝锂合金超混杂复合层板(NFMLs)大曲率构件的自成形工艺。研究发现,自成形工艺可实现NFMLs机翼前缘等大曲率构件的成型,贴膜度高、厚度均匀性好、无显著分层缺陷、成型过程未形成较大的残余应力,为超混杂复合材料在飞机机翼蒙皮结构中的应用研究提供参考。