44材料工程/2OO1年5期
铝锂合金研究进展
DevelopmentofAluminum-LithiumAlloys
杨守杰 陆
政 苏
彬 戴圣龙 刘伯操 颜鸣皋(北京航空材料研究院 北京1OOO95)
(InstituteofAeronauticalMaterials Beijing1OOO95 hina)
摘要 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划分成了三代 并重点介绍了第三代铝锂合金
的发展情况 其最引人瞩目的是高强可焊铝锂合金的兴起和低各向异性厚板材的生产 分析认为 第三代铝锂合金的发展趋势是有针对性地提高合金的某方面性能 关键词 铝锂合金 各向异性 性能中图分类号 TG111.5文献标识码 A
文章编号 1OO1-43S1(2OO1)O5-OO44-O4
YANGShou-jie LUZheng SUBin DaiSheng-long LIUBo-cao YanMing-gao
Abstract Thehistoryofaluminum-lithiumalloyswasreviewed.Itcanbeconcludedthatthealloyscouldbeclassifiedthreegenerationsaccordingtotimeandtheirproperties.Furthermore thede-velopmentofthethirdgenerationofAl-Lialloyswereinvestigatedindetail.AtendencyofthethirdgenerationofAl-LialloysistodevelopsomenewalloyswithcertaineXcellentproperties.Keywords aluminum-lithiumalloy anisotropy property在铝合金中加入金属元素锂(Li) 可在降低合金密度的同时提高合金的弹性模量 研究表明 在铝合金中每添加1%的Li 可使合金密度降低3% 而弹性模量提高6% 并可保证合金在淬火和人工时效后硬化效果良好 因此 铝锂合金作为一种低密度 高弹性模量 高比强度和高比刚度的铝合金 在航空航天领域显示出了广阔的应用前景 铝锂合金的材料制备及零件制造工艺都与普通铝合金无原则上的差别 可沿用普通铝合金的技术和设备 用铝锂合金替代飞机上使用的传统铝合金 不需要对适航条例作大的修改 另外 铝锂合金的成形 维修等都较复合材料方便 成本也远远低于复合材料 因此 铝锂合金是当代航空航天结构的重要候选材料之一[1~4]
的塑韧性水平太低 不能满足新航空设计标准的要求 因此并未取得进一步的应用 Alcoa公司于1969年停止了2O2O合金的生产 此后 铝锂合金在欧美等国进入了一个相对停滞的时期
2O世纪7O年代爆发的能源危机给航空工业带来了巨大的压力 所以 迫切要求飞机轻量化 复合材料的兴起也给传统铝工业造成潜在的威胁 这些都推动了人们对铝锂合金的重新重视 铝锂合金也因此进入了新的发展阶段 即第二阶段 第二阶段可称之为大发展阶段 或是繁荣阶段 该阶段的时间跨度为2O世纪7O年代至SO年代后期 在这一时期 铝锂合金得到了迅猛发展 共召开了六次国际铝锂合金专题会议 对铝锂合金进行了全面研究 在此阶段 研制成功了低密度型 中强耐损伤型和高强型等一系列较为成熟的铝锂合金产品 其中具有代表性的合金有 前苏联研制成功的142O合金 美国Alcoa公司研制出的2O9O合金 英国Alcan公司的SO9O和SO91合金 法国Pechiney公司开发出的2O91合金等 这些铝锂合金具有密度低 弹性模量高等优点 其主要目标是直接替代航空航天飞行器中采用的传统铝合金2O24 7O75等 它们都获得了一定的应用[S] 142O合金是目前应用最为成熟的铝锂合金 俄罗斯在Mig29 Su-27 Su-35等战斗机及一些中 远程导弹弹头壳体上都采用了142O合金构件 美国对2O9O合金在 -17运输机及ATF高级教练机上进行了装机试验 SO9O合金在欧洲的EFA2OOO战斗机 EH1O1直升机以及
1
铝锂合金发展简史
铝锂合金的发展大体上可划分为三个阶段 相应
出现的铝锂合金产品可以划分成三代 第一阶段为初步发展阶段 该阶段的时间跨度大约为2O世纪5O年代至6O年代初 虽然早在1924年德国的材料专家就开发出了第一个含Li的铝合金Scleron[5] 但是 直到1957年美国Alcoa公司研究成功2O2O合金[6] 1961年前苏联开发出BAI23合金[7] 铝锂合金才真正引起人们的注意 美国将2O2O合金应用于海军RA-5 军用预警飞机的机翼蒙皮和尾翼水平安定面上 获得了6%的减重效果[6] 但由于这些第一代铝锂合金产品
铝锂合金研究进展
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为第三代铝锂合金 其中对高强可焊合金和低各向异性合金的研究最多.是第三代铝锂合金的发展方向
ABBO/B4O大型客机中也进行了大量装机试验
经过ZO世纪SO年代的大发展.铝锂合金取得了令人瞩目的研究和应用成果 但是.人们发现第二代铝锂合金本身仍存在以下问题2D合金的各向异性问题较普通铝合金严重;@合金的塑韧性水平较低; 热暴露后会严重损失韧性;@大部分合金不可焊.降低了减重效果.铆接时往往表现出较强的缺口效应;@强度水平较低.难以与7OOO系超高强铝合金竞争等 因此.进入9O年代以后.人们针对铝锂合金的上述问题.开发出了一些具有一定特殊优势的铝锂合金 铝锂合金的发展也因此进入了第三发展阶段 目前.已开发出的新型铝锂合金主要有高强可焊的146O[9]和Weldalite系列[1O]合金.低各向异性的AF/
[11][ZZ]
C-4S9.AF/C-45S合金.高韧的ZO97.Z197合金.高抗疲劳裂纹的C-155合金[1Z].及经特殊真空的
[1B]
XT系列合金等 这些新出现的铝锂合金可统称之
2
第三代铝锂合金的成分及性能
第一代铝锂合金现已很少使用.而第二代铝锂合
金也已进入工业化生产和商品化应用阶段 近几年来.由于一些具有特殊优异性能的第三代铝锂合金的兴起.铝锂合金的研究重又引起了人们的兴趣 表1和表Z给出了第三代主要铝锂合金产品的成分及性能 可见.在合金成分设计上.第三代铝锂合金降低了Li含量.而增加了Cu含量.并且往往添加一些新的合金化元素Ag.Mn.Zn等;在性能水平上.第三代铝锂合金较以往铝锂合金都有了较大幅度的提高.其中尤以低各向异性铝锂合金和高强可焊铝锂合金最引人注目
表1
Table1
Li
146OWeldaliteO49
ZO94ZO95ZO96Z195WeldaliteZ1O
ZO97Z197AF/C4S9AF/C45S
1.9~Z.5O.7~1.S1.B1.11.B~1.9O.S~1.Z1.B1.Z~1.S1.B~1.7Z.11.7
第三代主要铝锂合金的化学成分
ThecompositionofthethirdgenerationofAl-Lialloys
CuZ.5~B.5
Mg
ZrO.1ZO.14O.14O.14O.14O.14O.14O.14O.1ZO.O5O.OS
Ag O.Z5~O.S
O.4O.4O.Z5~O.6O.Z5~O.6
O.4
Zn
Mn
OthersSc2O.1O~O.ZO
Ti
Z.B~5.ZO.Z5~O.S4.54.Z
O.4O.9
Z.B~B.OO.Z5~O.9B.7~4.BO.Z5~O.S4.5Z.5~B.1Z.5~B.1Z.7Z.7
O.4O.B5O.Z5O.BO.B
3
低各向异性铝锂合金的研制
铝锂合金比普通铝合金有着更为严重的各向异
D大部分铝锂合金的纵向性能与横向性能有较大差别.通常在与轧制方向成45 -6O 方向上拉伸强度降低15%以上;@在强度高的位向上断裂韧性低; 在强度低的位向上裂纹扩展速率高
铝锂合金由于塑韧性水平较低.因此.有关铝锂合金断裂韧性的各向异性问题是更加突出的问题 一些铝锂合金在纵向~L+45 ~长横向及短横向上的断裂韧性值见表B
织构的形成与合金成分~机械变形以及热处理制度等密切相关 近年来.降低铝锂合金各向异性的研究已取得了突破性的进展 Lynch.Blankenship和Starke等人采用高温短时保温+快冷水淬的再时效工艺.使SO9O-TS771板材获得的强度仅损失7%.而
性问题 铝锂合金的各向异性与多种因素有关.这些因素主要有2D元素Li能促使合金的各向异性.即使Li含量少于O.5%.也会带来较大的织构密度;@合金使用态多为扁平的未再结晶组织; 合金在使用
[14]
态下具有较强的晶体学织构;@析出相的形状~惯析面~变形特点等对各向异性也有一定的影响 为控制铝锂合金的各向异性.目前采用的主要方法有2D降低Li含量;@添加或减少合金化元素; 采用合适的中间热处理和最终热处工艺.以降低或改善合金中的织构 这些严重的织构对合金的性能有着重大影响2
46
表2
Table2
合金牌号
材料状态20mm厚板挤压型材
1460
冷轧薄板纵向冷轧薄板横向冷轧薄板45
Weldalite049
20942095
挤压棒材T6挤压棒材T8挤压棒材T6挤压棒材T8挤压棒材T6挤压棒材T87.8mm板T6纵向7.8mm板T6横向7.8mm板T645
Weldalite210
挤压棒材T6挤压棒材T838mm厚板T8(L)38mm厚板T8(LT)38mm厚板T8(ST)热轧厚板T8纵向热轧厚板T8横向热轧厚板T845 12.7mm厚板T8纵向12.7mm厚板T8横向12.7mm厚板T845
材料工程/2001年5期
一些第三代铝锂合金的典型性能
ThepropertieSofthethirdgenerationofAl-LialloyS
Ob/MPa[***********][***********][***********][***********]503
O0.2/MPa[***********][***********][***********][***********]419
6/%8.00.86.08.011.03.75.34.58.53.88.09.812.112.62.87.54.08.02.03.01.53.010.78.912.8
KI
C/MPa-
m1/2
20 24.242.433.637.9
2195
2197
AF/C489
AF/C458
短横向断裂韧性提高60%的效果,从而降低了该合金的各向异性[15,16],美国空军Wright材料实验室与Dayton大学及Alcoa公司合作,共同开发出了低各向异性的AF/C-489和AF/C-458新型变形铝锂合金[11,22],该系列合金具有低的各向异性,这主要归因于两个方面,一是合金中含有0.3%的Mn,Al6Mn粒子能够抑制合金的再结晶,细化晶粒,降低合金的各向异性;二是合金在轧制过程中加入一次中间热处理的新工艺,中间热处理的目的是促进再结晶的发生,降低织构的强度,文献[17]提出了多个评价各向异性的参数,其中重点研究了平面内各向异性IPA(In-PlateAniSotropy)与织构的关系,结果发现,IPA受BraSS织构({110})影响最大,BS织构密度越大,合金的IPA值也越大,合金的各向异性越明显,
到1990年,已可生产多种标准成分的1460合金半成
表3Table3
铝锂合金不同位向上的断裂韧性ThefracturetoughneSSondifferentorientofAl-LialloyS
合金及其状态
L
2090T8E412091T8X8090T8X8091T8X
36 55
KC或KIC/MPa-m1/2
45 33 49
L-T26463620
S-T1725139
品,1460合金中含有少量的稀土元素Sc,Sc可以大幅度提高铝锂合金的综合性能,总的说来,1460合金与1201相比,6b~60.2分别提高25%和35%,质量减轻20%-25%,疲劳寿命提高20%-30%,而焊接性能相当[18],俄罗斯在6能源号7运载火箭中用1460合金制作了长26m,直径6.5m的超低温燃料储箱,麦道公司的X-33运载火箭验证机DC-AX中,也采用了俄罗斯制造的长2.1m,直径2.43m的液氧储箱,图别列夫设计局计划用1460合金在图 156飞机上制造三
4
高强可焊铝锂合金的研制和应用
从1987年开始,全俄航空材料研究院就着手研制新的高强度~可焊铝锂合金,准备用以替代1201铝合金(相当于美国的2219合金),合金牌号定为1460,
铝锂合金研究进展
47
将再一次成为人们注目的焦点O而有针对性地提高合金的强塑性~韧性以及其成型加工性能 如低各向异性~良好的可焊性等~将是新一代铝锂合金发展的思路O
参考文献
[1][2]RGrimes~AJCornish~WSMillerandMAReynolds.MetalsandMaterials~19S5~1,357.
EJLavernia~NJGrand.JournalofMaterialsScience~19S7~22,个液化天然气的低温储箱~这种箱子长6m~直径1m~厚度6mm~安装在机身下~是飞机上的承力结构O此外~图别列夫设计局还计划在更先进的图-204~图-334飞机的低温燃料箱上使用1460合金制造O美国的Reynolds金属公司和MartinMaritta公司(现为LookheedMartin公司)合作~也在20世纪S0年代后期开发出了Weldalite铝锂合金系列~主要包括2094~2095~2096~2195等牌号O这些合金强度可达690MPa~其强度水平居铝合金前列O此外~Wel-dalite系列在多种焊接工艺下均可形成致密的焊缝~不易形成气孔和裂缝~其焊缝抗拉强度和断裂韧性较2219合金均提高30%左右O迄今为止~2195合金是
Weldalite家族中应用最广的铝锂合金
[19~20]
O1994年~美国航空航天管理局(NASA)选用2195合金制作
LookheedMartinMannedSpaceSystemE航天飞机的~超轻型油箱 ~该油箱长46.SSm~直径S.3Sm~用2195替代2219后强度提高30%~减重5%~达3400kgO
上述高强可焊铝锂合金均属于Al-Cu-Li系~与第二代铝锂合金相比~其Cu/Li比高出很多~这主要是因为人们发现片状的T1相(Al2CuLi)是铝合金中最具有潜力的强化相~高Cu/Li比成分下~合金的主要析出强化相是T1而不是6/相(Al3Li)~当加入合金元素Ag后~还可大大提高合金的强度O此外对铝锂合金可焊性与合金成分的研究表明~高Cu/Li比合金的焊接性能更好O
近来~全俄轻合金研究院~全俄航空材料研究院和德国的Daimler-BenZResearchandTechnology(Dasa)合作~在1460合金成分的基础上加入0.5%Mg~0.3%Mn~研制成功了一种新型高强可焊铝锂合金~该合金屈服强度比1460提高5%~而延伸率提高100%~合金的断裂韧性达112MPa-m1/2(注,KO值)~即使在S5C下暴露1000h~断裂韧性仍高达S9MPa-m1/2O它可用来替代不可焊的7075~7050合金和可焊的2219合金[21]O
s
结束语
高强可焊铝锂合金的兴起和低各向异性厚板材
的生产是近年来铝锂合金研究中取得的最大进展O这主要是因为一方面人们的兴趣已不再放在低密度上~而是更加看重Li的加入可获得好的其它性能方面;另一方面是因为人们对铝锂合金的合金化和生产~成形工艺过程进行了更加深入的研究O可以预见~随着新合金的不断涌现及成熟合金的推广应用~铝锂合金
521.
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收稿日期,2000-05-10;修订日期,2001-02-0S
作者简介,杨守杰(1974-)~男~博士研究生~主要从事铝锂合金及高强铝合金的研究O联系地址,北京S1信箱2分箱(100095)O
本文编辑,全宏声
.
铝锂合金研究进展
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
杨守杰， 陆政， 苏彬， 戴圣龙， 刘伯操， 颜鸣皋， YANG Shou jie， LU Zheng， SUBin， DAI Sheng-long， LIU Bo cao， Yan Ming gao北京航空材料研究院,
材料工程
JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING2001(5)30次
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引用本文格式：杨守杰.陆政.苏彬.戴圣龙.刘伯操.颜鸣皋.YANG Shou jie.LU Zheng.SU Bin.DAI Sheng-long.LIUBo cao.Yan Ming gao 铝锂合金研究进展[期刊论文]-材料工程 2001(5)
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(InstituteofAeronauticalMaterials Beijing1OOO95 hina)
摘要 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划分成了三代 并重点介绍了第三代铝锂合金
的发展情况 其最引人瞩目的是高强可焊铝锂合金的兴起和低各向异性厚板材的生产 分析认为 第三代铝锂合金的发展趋势是有针对性地提高合金的某方面性能 关键词 铝锂合金 各向异性 性能中图分类号 TG111.5文献标识码 A
文章编号 1OO1-43S1(2OO1)O5-OO44-O4
YANGShou-jie LUZheng SUBin DaiSheng-long LIUBo-cao YanMing-gao
Abstract Thehistoryofaluminum-lithiumalloyswasreviewed.Itcanbeconcludedthatthealloyscouldbeclassifiedthreegenerationsaccordingtotimeandtheirproperties.Furthermore thede-velopmentofthethirdgenerationofAl-Lialloyswereinvestigatedindetail.AtendencyofthethirdgenerationofAl-LialloysistodevelopsomenewalloyswithcertaineXcellentproperties.Keywords aluminum-lithiumalloy anisotropy property在铝合金中加入金属元素锂(Li) 可在降低合金密度的同时提高合金的弹性模量 研究表明 在铝合金中每添加1%的Li 可使合金密度降低3% 而弹性模量提高6% 并可保证合金在淬火和人工时效后硬化效果良好 因此 铝锂合金作为一种低密度 高弹性模量 高比强度和高比刚度的铝合金 在航空航天领域显示出了广阔的应用前景 铝锂合金的材料制备及零件制造工艺都与普通铝合金无原则上的差别 可沿用普通铝合金的技术和设备 用铝锂合金替代飞机上使用的传统铝合金 不需要对适航条例作大的修改 另外 铝锂合金的成形 维修等都较复合材料方便 成本也远远低于复合材料 因此 铝锂合金是当代航空航天结构的重要候选材料之一[1~4]
的塑韧性水平太低 不能满足新航空设计标准的要求 因此并未取得进一步的应用 Alcoa公司于1969年停止了2O2O合金的生产 此后 铝锂合金在欧美等国进入了一个相对停滞的时期
2O世纪7O年代爆发的能源危机给航空工业带来了巨大的压力 所以 迫切要求飞机轻量化 复合材料的兴起也给传统铝工业造成潜在的威胁 这些都推动了人们对铝锂合金的重新重视 铝锂合金也因此进入了新的发展阶段 即第二阶段 第二阶段可称之为大发展阶段 或是繁荣阶段 该阶段的时间跨度为2O世纪7O年代至SO年代后期 在这一时期 铝锂合金得到了迅猛发展 共召开了六次国际铝锂合金专题会议 对铝锂合金进行了全面研究 在此阶段 研制成功了低密度型 中强耐损伤型和高强型等一系列较为成熟的铝锂合金产品 其中具有代表性的合金有 前苏联研制成功的142O合金 美国Alcoa公司研制出的2O9O合金 英国Alcan公司的SO9O和SO91合金 法国Pechiney公司开发出的2O91合金等 这些铝锂合金具有密度低 弹性模量高等优点 其主要目标是直接替代航空航天飞行器中采用的传统铝合金2O24 7O75等 它们都获得了一定的应用[S] 142O合金是目前应用最为成熟的铝锂合金 俄罗斯在Mig29 Su-27 Su-35等战斗机及一些中 远程导弹弹头壳体上都采用了142O合金构件 美国对2O9O合金在 -17运输机及ATF高级教练机上进行了装机试验 SO9O合金在欧洲的EFA2OOO战斗机 EH1O1直升机以及
1
铝锂合金发展简史
铝锂合金的发展大体上可划分为三个阶段 相应
出现的铝锂合金产品可以划分成三代 第一阶段为初步发展阶段 该阶段的时间跨度大约为2O世纪5O年代至6O年代初 虽然早在1924年德国的材料专家就开发出了第一个含Li的铝合金Scleron[5] 但是 直到1957年美国Alcoa公司研究成功2O2O合金[6] 1961年前苏联开发出BAI23合金[7] 铝锂合金才真正引起人们的注意 美国将2O2O合金应用于海军RA-5 军用预警飞机的机翼蒙皮和尾翼水平安定面上 获得了6%的减重效果[6] 但由于这些第一代铝锂合金产品
铝锂合金研究进展
45
为第三代铝锂合金 其中对高强可焊合金和低各向异性合金的研究最多.是第三代铝锂合金的发展方向
ABBO/B4O大型客机中也进行了大量装机试验
经过ZO世纪SO年代的大发展.铝锂合金取得了令人瞩目的研究和应用成果 但是.人们发现第二代铝锂合金本身仍存在以下问题2D合金的各向异性问题较普通铝合金严重;@合金的塑韧性水平较低; 热暴露后会严重损失韧性;@大部分合金不可焊.降低了减重效果.铆接时往往表现出较强的缺口效应;@强度水平较低.难以与7OOO系超高强铝合金竞争等 因此.进入9O年代以后.人们针对铝锂合金的上述问题.开发出了一些具有一定特殊优势的铝锂合金 铝锂合金的发展也因此进入了第三发展阶段 目前.已开发出的新型铝锂合金主要有高强可焊的146O[9]和Weldalite系列[1O]合金.低各向异性的AF/
[11][ZZ]
C-4S9.AF/C-45S合金.高韧的ZO97.Z197合金.高抗疲劳裂纹的C-155合金[1Z].及经特殊真空的
[1B]
XT系列合金等 这些新出现的铝锂合金可统称之
2
第三代铝锂合金的成分及性能
第一代铝锂合金现已很少使用.而第二代铝锂合
金也已进入工业化生产和商品化应用阶段 近几年来.由于一些具有特殊优异性能的第三代铝锂合金的兴起.铝锂合金的研究重又引起了人们的兴趣 表1和表Z给出了第三代主要铝锂合金产品的成分及性能 可见.在合金成分设计上.第三代铝锂合金降低了Li含量.而增加了Cu含量.并且往往添加一些新的合金化元素Ag.Mn.Zn等;在性能水平上.第三代铝锂合金较以往铝锂合金都有了较大幅度的提高.其中尤以低各向异性铝锂合金和高强可焊铝锂合金最引人注目
表1
Table1
Li
146OWeldaliteO49
ZO94ZO95ZO96Z195WeldaliteZ1O
ZO97Z197AF/C4S9AF/C45S
1.9~Z.5O.7~1.S1.B1.11.B~1.9O.S~1.Z1.B1.Z~1.S1.B~1.7Z.11.7
第三代主要铝锂合金的化学成分
ThecompositionofthethirdgenerationofAl-Lialloys
CuZ.5~B.5
Mg
ZrO.1ZO.14O.14O.14O.14O.14O.14O.14O.1ZO.O5O.OS
Ag O.Z5~O.S
O.4O.4O.Z5~O.6O.Z5~O.6
O.4
Zn
Mn
OthersSc2O.1O~O.ZO
Ti
Z.B~5.ZO.Z5~O.S4.54.Z
O.4O.9
Z.B~B.OO.Z5~O.9B.7~4.BO.Z5~O.S4.5Z.5~B.1Z.5~B.1Z.7Z.7
O.4O.B5O.Z5O.BO.B
3
低各向异性铝锂合金的研制
铝锂合金比普通铝合金有着更为严重的各向异
D大部分铝锂合金的纵向性能与横向性能有较大差别.通常在与轧制方向成45 -6O 方向上拉伸强度降低15%以上;@在强度高的位向上断裂韧性低; 在强度低的位向上裂纹扩展速率高
铝锂合金由于塑韧性水平较低.因此.有关铝锂合金断裂韧性的各向异性问题是更加突出的问题 一些铝锂合金在纵向~L+45 ~长横向及短横向上的断裂韧性值见表B
织构的形成与合金成分~机械变形以及热处理制度等密切相关 近年来.降低铝锂合金各向异性的研究已取得了突破性的进展 Lynch.Blankenship和Starke等人采用高温短时保温+快冷水淬的再时效工艺.使SO9O-TS771板材获得的强度仅损失7%.而
性问题 铝锂合金的各向异性与多种因素有关.这些因素主要有2D元素Li能促使合金的各向异性.即使Li含量少于O.5%.也会带来较大的织构密度;@合金使用态多为扁平的未再结晶组织; 合金在使用
[14]
态下具有较强的晶体学织构;@析出相的形状~惯析面~变形特点等对各向异性也有一定的影响 为控制铝锂合金的各向异性.目前采用的主要方法有2D降低Li含量;@添加或减少合金化元素; 采用合适的中间热处理和最终热处工艺.以降低或改善合金中的织构 这些严重的织构对合金的性能有着重大影响2
46
表2
Table2
合金牌号
材料状态20mm厚板挤压型材
1460
冷轧薄板纵向冷轧薄板横向冷轧薄板45
Weldalite049
20942095
挤压棒材T6挤压棒材T8挤压棒材T6挤压棒材T8挤压棒材T6挤压棒材T87.8mm板T6纵向7.8mm板T6横向7.8mm板T645
Weldalite210
挤压棒材T6挤压棒材T838mm厚板T8(L)38mm厚板T8(LT)38mm厚板T8(ST)热轧厚板T8纵向热轧厚板T8横向热轧厚板T845 12.7mm厚板T8纵向12.7mm厚板T8横向12.7mm厚板T845
材料工程/2001年5期
一些第三代铝锂合金的典型性能
ThepropertieSofthethirdgenerationofAl-LialloyS
Ob/MPa[***********][***********][***********][***********]503
O0.2/MPa[***********][***********][***********][***********]419
6/%8.00.86.08.011.03.75.34.58.53.88.09.812.112.62.87.54.08.02.03.01.53.010.78.912.8
KI
C/MPa-
m1/2
20 24.242.433.637.9
2195
2197
AF/C489
AF/C458
短横向断裂韧性提高60%的效果,从而降低了该合金的各向异性[15,16],美国空军Wright材料实验室与Dayton大学及Alcoa公司合作,共同开发出了低各向异性的AF/C-489和AF/C-458新型变形铝锂合金[11,22],该系列合金具有低的各向异性,这主要归因于两个方面,一是合金中含有0.3%的Mn,Al6Mn粒子能够抑制合金的再结晶,细化晶粒,降低合金的各向异性;二是合金在轧制过程中加入一次中间热处理的新工艺,中间热处理的目的是促进再结晶的发生,降低织构的强度,文献[17]提出了多个评价各向异性的参数,其中重点研究了平面内各向异性IPA(In-PlateAniSotropy)与织构的关系,结果发现,IPA受BraSS织构({110})影响最大,BS织构密度越大,合金的IPA值也越大,合金的各向异性越明显,
到1990年,已可生产多种标准成分的1460合金半成
表3Table3
铝锂合金不同位向上的断裂韧性ThefracturetoughneSSondifferentorientofAl-LialloyS
合金及其状态
L
2090T8E412091T8X8090T8X8091T8X
36 55
KC或KIC/MPa-m1/2
45 33 49
L-T26463620
S-T1725139
品,1460合金中含有少量的稀土元素Sc,Sc可以大幅度提高铝锂合金的综合性能,总的说来,1460合金与1201相比,6b~60.2分别提高25%和35%,质量减轻20%-25%,疲劳寿命提高20%-30%,而焊接性能相当[18],俄罗斯在6能源号7运载火箭中用1460合金制作了长26m,直径6.5m的超低温燃料储箱,麦道公司的X-33运载火箭验证机DC-AX中,也采用了俄罗斯制造的长2.1m,直径2.43m的液氧储箱,图别列夫设计局计划用1460合金在图 156飞机上制造三
4
高强可焊铝锂合金的研制和应用
从1987年开始,全俄航空材料研究院就着手研制新的高强度~可焊铝锂合金,准备用以替代1201铝合金(相当于美国的2219合金),合金牌号定为1460,
铝锂合金研究进展
47
将再一次成为人们注目的焦点O而有针对性地提高合金的强塑性~韧性以及其成型加工性能 如低各向异性~良好的可焊性等~将是新一代铝锂合金发展的思路O
参考文献
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EJLavernia~NJGrand.JournalofMaterialsScience~19S7~22,个液化天然气的低温储箱~这种箱子长6m~直径1m~厚度6mm~安装在机身下~是飞机上的承力结构O此外~图别列夫设计局还计划在更先进的图-204~图-334飞机的低温燃料箱上使用1460合金制造O美国的Reynolds金属公司和MartinMaritta公司(现为LookheedMartin公司)合作~也在20世纪S0年代后期开发出了Weldalite铝锂合金系列~主要包括2094~2095~2096~2195等牌号O这些合金强度可达690MPa~其强度水平居铝合金前列O此外~Wel-dalite系列在多种焊接工艺下均可形成致密的焊缝~不易形成气孔和裂缝~其焊缝抗拉强度和断裂韧性较2219合金均提高30%左右O迄今为止~2195合金是
Weldalite家族中应用最广的铝锂合金
[19~20]
O1994年~美国航空航天管理局(NASA)选用2195合金制作
LookheedMartinMannedSpaceSystemE航天飞机的~超轻型油箱 ~该油箱长46.SSm~直径S.3Sm~用2195替代2219后强度提高30%~减重5%~达3400kgO
上述高强可焊铝锂合金均属于Al-Cu-Li系~与第二代铝锂合金相比~其Cu/Li比高出很多~这主要是因为人们发现片状的T1相(Al2CuLi)是铝合金中最具有潜力的强化相~高Cu/Li比成分下~合金的主要析出强化相是T1而不是6/相(Al3Li)~当加入合金元素Ag后~还可大大提高合金的强度O此外对铝锂合金可焊性与合金成分的研究表明~高Cu/Li比合金的焊接性能更好O
近来~全俄轻合金研究院~全俄航空材料研究院和德国的Daimler-BenZResearchandTechnology(Dasa)合作~在1460合金成分的基础上加入0.5%Mg~0.3%Mn~研制成功了一种新型高强可焊铝锂合金~该合金屈服强度比1460提高5%~而延伸率提高100%~合金的断裂韧性达112MPa-m1/2(注,KO值)~即使在S5C下暴露1000h~断裂韧性仍高达S9MPa-m1/2O它可用来替代不可焊的7075~7050合金和可焊的2219合金[21]O
s
结束语
高强可焊铝锂合金的兴起和低各向异性厚板材
的生产是近年来铝锂合金研究中取得的最大进展O这主要是因为一方面人们的兴趣已不再放在低密度上~而是更加看重Li的加入可获得好的其它性能方面;另一方面是因为人们对铝锂合金的合金化和生产~成形工艺过程进行了更加深入的研究O可以预见~随着新合金的不断涌现及成熟合金的推广应用~铝锂合金
521.
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收稿日期,2000-05-10;修订日期,2001-02-0S
作者简介,杨守杰(1974-)~男~博士研究生~主要从事铝锂合金及高强铝合金的研究O联系地址,北京S1信箱2分箱(100095)O
本文编辑,全宏声
.
铝锂合金研究进展
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
杨守杰， 陆政， 苏彬， 戴圣龙， 刘伯操， 颜鸣皋， YANG Shou jie， LU Zheng， SUBin， DAI Sheng-long， LIU Bo cao， Yan Ming gao北京航空材料研究院,
材料工程
JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING2001(5)30次
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