铝锂合金及其在航天工业上的应用

综述了铝锂合金发展的三个阶段及三个阶段铝锂合金的性能特点。重点阐述了Cu、Li等主合金元素以及Mg、Ag、Zn、Mn、Sc、Zr、In和稀土Ce等微合金化元素在第三代铝锂合金中的合金化作用;这些微合金化元素可改变合金中原有析出相的尺寸、形状、分布,或促使新的强化相析出,也可以细化晶粒、控制再结晶。总结了铝锂合金在航天工业中的应用实践及在将来的应用计划。     

稀土高强铝锂合金力学性能及微观变形行为

在 2 0 90铝锂合金和添加微量稀土铈的 2 0 90铝锂合金 (2 0 90 +Ce)的拉伸性能测试的基础上 ,利用TEM技术对拉伸试样中位错组态进行了观察 ,探讨宏观力学性能与微观变形行为间的联系。结果表明 ,2 0 90 +Ce铝锂合金仍表现出较明显的共面滑移特征 ,所不同的是其滑移带比较细密均匀 ,并且具有交滑移特征 ;而不含稀土的普通 2 0 90铝锂合金中共面滑移带较粗 ,且带与带间距宽 ;弱束暗场观察发现 ,2 0 90 +Ce铝锂合金中某些大角度晶界上及附近存在较强的应变衬度 ,这说明该合金仍存在较强的局域应变倾向     

一种铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能及微观组织研究

研究了C24S-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能及微观组织。通过焊接工艺参数的优化,获得了无孔洞缺陷、焊缝质量优异的接头,强度系数约82%。拉伸时塑性变形及断裂集中于焊缝处。基材晶粒呈薄饼状,沿轧制方向拉长;焊核区为细小等轴的再结晶晶粒,平均晶粒尺寸约2.3μm,大部分晶界是大于15°的大角度晶界;热机影响区的晶粒在焊接过程中发生了偏转和变形。C24S-T8铝锂合金基材强化相包括T1相(Al2CuLi)、θ’相(Al2Cu)和S’相(Al2CuMg);热机影响区及焊核区内强化相完全溶解,造成硬度下降。     

铝锂合金热机械处理研究进展

综述了热机械处理对新型铝锂合金强韧化机制影响的研究,深入分析讨论了热机械处理对铝锂合金晶粒结构和沉淀相等显微组织演变规律的影响。通过热机械处理改变主要沉淀相的析出顺序和析出行为,促进基体形成细小、弥散和均匀分布的以δ′,θ″/θ′,T1,S″S′相为主的联合强化组织,抑制晶界沉淀相的析出和长大以及晶界无析出带的宽化,能够显著改善铝锂合金的强度和塑韧性匹配。经过固溶处理基体溶质原子和空位密度显著上升,淬火后形成这些缺陷过饱和固溶体为随后时效析出提供了动力。预变形和预时效促进了基体细小弥散的沉淀相δ′相或G. P.区均匀形核析出,在高温时效调节和稳定沉淀相尺寸和体积分数,获得T1、θ″/θ′和δ′相混合组织。新型和特殊热机械处理调控主要强化相δ′,θ″/θ′,T1相析出比例、尺寸和取向,细化晶粒和优化晶粒结构。最后指出应开发大规格轧制板材和热锻件的应力时效等新型热机械处理工艺,以满足大型航空飞机和重型运载火箭对轻质高性能铝锂合金需求。     

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…     

2091—T651铝锂合金晶间腐蚀电化学机理

本文用多电极体系模拟２０９１－Ｔ６５１铝锂合金的晶界组成，研究了该合金的晶间腐蚀机理。结果表明，在腐蚀介质中，存在于２０９１－Ｔ６５１铝锂合金晶界区域的Ｔ１、Ｓ、Ｒ、Ａｌ（α）及２０９１合金沿晶界组成大量的腐蚀微电池，其中Ｔ１和２０９１合金分别是主要阳极和阴极，从而导致合金的晶界腐蚀。     

预变形对铝锂合金强度和韧性的影响

研究了时效前预变形对铝锂合金强度和韧性的影响,分析了时效前的预变形使冲压体件强度和塑性提高的原因。结果表明：铝锂合金2090与时效处理相匹配的最佳预变形量为5%～10%;而对于Mg/Cu=0.4的8090,其预变形量以6%～8%为佳;对于Mg/Cu=0.8的8090,其预变形量以2%～6%为佳。     

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。     

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。     

铝锂合金的性能特点及其在飞机中的应用研究

回顾了铝锂合金的发展历史,按时间顺序和性能特点将铝锂合金分成了三代,并重点介绍了第三代铝锂合金的优点和发展情况;分析研究了铝锂合金的性能特点与优势,指出提高铝锂合金性能的主要途径：微合金化、形变热处理、再结晶、在不同方向上拉伸或冷轧、减小变形量、改变弥散类型等;介绍了铝锂合金在国外先进飞机上的应用情况,为铝锂合金的应用提供参考;针对民用飞机,提出了铝锂合金的结构设计要求及方法。     

X2A66铝锂合金高温变形过程中的微观组织演变

研究了X2A66铝锂合金在高温变形过程中的微观组织及析出相的演变规律。结果表明,在变形温度为420℃,应变速率为0.01s~(–1)时,在变形初期,X2A66铝锂合金基体中亚晶组织不完整,同时出现少量动态再结晶晶粒;随着变形量增加,可以观察到平直且清晰的晶界,当变形量大于80%时,部分晶界内出现大量位错,在析出相周围产生位错缠结。X2A66在高温变形过程中T_1相出现破碎回溶的现象,同时在变形过程中动态析出δ'相。T_1相的破碎回溶使基体重新达到过饱和状态,尤其是Li元素的过饱和促进了δ'相的析出。处于晶界内部的析出相能阻碍位错运动,提升再结晶晶粒的形核率。钉扎在晶界上的析出相能有效阻碍晶界及亚晶界的运动从而降低动态再结晶速率。     

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。     

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.     

固溶前退火处理对2050铝锂合金冷轧薄板力学性能与组织的影响

采用拉伸性能测试、电子背散射衍射分析(EBSD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),研究了固溶前退火处理(300℃/4 h,400℃/2 h)对2050铝锂合金冷轧薄板T8时效后力学性能、晶粒组织和析出相的影响。研究结果表明:固溶前退火处理导致2050铝锂合金冷轧薄板固溶态不完全再结晶数量增多,晶粒长厚比增大,小角度晶界比例增加,同时使合金Goss织构密度增大。T8时效后主要强化相为T_1相和θ′相。固溶前退火处理可导致后续T8时效时T_1相在不同{111}_(Al)面上析出差异,其中部分{111}_(Al)面上T_1相析出减少,而预拉伸变形时承受高分切应力{111}_(Al)面上T_1相析出增加,从而影响合金的力学性能。固溶前300℃/4 h退火处理可使T8时效后合金屈服强度和抗拉强度提高,伸长率基本保持不变。     

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。     

国内铝锂合金基础研究及应用技术开发

总结了国内在铝锂合金主合金元素Cu、Li以及微合金元素Mg、Ag、Zn、稀土的(微)合金化效果及作用机理方面的研究结果。在主合金元素的研究方面,重点阐述了铝锂合金强度随Cu+Li总原子分数及Cu/(Cu+Li)原子分数比例增加而提高,但晶间腐蚀(IGC)抗力则随Cu/Li比增加而逐渐降低的规律及相关机理。在微合金化元素研究方面,主要阐述了Mg+X(X=Ag/Zn)添加促进T_1(Al_2CuLi)相形核并提高铝锂合金力学性能的机理,其强化效果的规律表现为:Mg+Ag+ZnMg+AgMg+ZnMg,同时还阐明了添加微量Zn元素提高铝锂合金IGC抗力,而添加微量Ag则降低IGC抗力的现象及其机理;另外,还总结了稀土(RE)元素分别在高Cu/Li比铝锂合金(以T1相为主强化相)及低Cu/Li比铝锂合金[以δ'(Al_3Li)相为主强化相]中的不利影响及有利影响的作用机理。除此之外,简述了国内航天用2195铝锂合金旋压、摩擦搅拌焊、氩弧焊、化铣等应用技术的开发情况。     

铝锂合金的发展、工艺特性及国外应用现状

按铝锂合金的发展阶段综述了其成分和性能特点,详细论述了二代铝锂合金各向异性产生的原因及解决方法;对铝锂合金在国外的应用进行了简要归纳,分析了铝锂合金今后的发展趋势.     

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。     

铝锂合金机身壁板抗压能力对比

本文通过有限元计算及试验两种方法对比分析了铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板与铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板的抗压能力。通过分析验证得到了两种机身壁板的抗拉承载能力,并比较出了两种壁板的抗压承载能力强弱。分析结果表明,铝锂合金蒙皮和挤压铝锂合金长桁组成的机身壁板抗压承载能力高于等截面的铝锂合金蒙皮和钣弯7000系列高强度铝合金长桁所组成的壁板。     

铝锂合金高速铣削力的试验研究

针对新型轻量化航空结构材料铝锂合金的高速切削加工,研究分析了切削速度和每齿进给量对其切削力的影响规律,同时对高速铣削铝锂合金、7085、6061和Ly12过程中的切削力进行了对比试验研究。试验结果表明,高速铣削铝锂合金时,随着每齿进给量的提高,切削力显著增大;随着切削速度的提高,切削力变化趋势并不明显,呈现出先稍有增大后又逐渐减小的趋势;高速铣削铝锂合金与高速铣削7085、6061和Ly12时的切削力变化规律相似,数值接近。