4 铝-锂合金在航天航空工业中的应用
自1924年，第一个含锂的铝合金Sclreoul(Al-12Zn-3 Cu-0.6Mn-0.1Li)诞生以来，铝锂合金已经有70年的历史，70 年来，铝锂合金历经了艰难和波折，冲破了层层障碍，已经走向了工业生产和应用。
50年代，美国对铝锂合金产生兴趣，Alcoa公司克服了其熔炼上的难点，于 1957年生产出了含锂 1.1％ 的铝锂合金，命名为2020合金。1958年美国航空公司对其做了首次评估，就塑性、韧性问题进行了评估。次年将其用于海军警戒机的机翼皮和尾翼水平安定面。减重效益6％，先后服役20 年，未发现腐蚀、应力腐蚀、疲劳破坏等问题。60年代，美国航空界 开 始 采 用USAF 航空损伤容限设计准则，2020合金因缺口敏感性高和断裂韧性低而难以被接受，于1969年放弃该合金。2020合金失败的另一个原因是技术先进性不够，锂含量仅
1％，比重下降 3％和刚度提高6％的幅度有限，加之铜的含量达 4.5％，合金的比重仍较高。
正当美国铝锂合金研究降温时，原苏联开始了铝锂合金的研究，研制出独特的1420合金（Al-Li-Mg-Zr）系，锂含量达到 1.5%～2.6％，含镁达4%～7％，比2020合金的比重更低而弹性模量更高，1971年用于航空器，逐步扩大到苏 27、米格25、米格29、舰载飞机图204 等多种飞机上，1420合金成功的另一个重要的原因是具有优良的焊接性，可采用氩弧焊、电子束焊、离子焊和电阻焊焊接，材料本生减重效益12％，用焊接代替铆接，省去了连接固件和密封胶圈减重效益12％。后来在1420的基 础上又进一步研究出1421、1423、1424等合金，强度明显改善，且抗蚀性更佳、焊接性更优。目前，俄罗斯已初步形成了一个包括可焊、中强、高强的铝锂合金系列，铝锂合金已经成为俄罗斯最重要的航天航空用轻合金之一。与复合材料、钛合金一同构成了新型航天航空新材料的三足鼎立局面。
70年代末期，铝锂合金的研究再度受到西方重视，其原因有四个方面：一是石油危机冲击了航空界，为了减轻重量以降低航运成本，对高强度、高弹性模量、低比重材料的需求更加迫切。二是受复合材料发展的冲击，需研究新型的铝合金。三是原苏联成功地将铝合金用于军用飞机的刺激。四是新合金系的出现，使铝锂合金的技术优势进一步显示出来。这样西欧于 80 年代初推出809合金2091合金，用于取代2024合金，与此同时美国推出了高强型的2090合金，作为7075合金的换代产品。这些合金的共同特点是：有较高的锂含量（2％ ～
3％），比2020合金的弹性模量更高而比重更低，同时他们都含有少量的锆，在未再结晶强织构状态下使用未再结晶强织构状态下使用。 80年代末西方国家已基本完成了铝锂合金的制造技术研究，拥有工业化生产能力，形成一个初步的铝合金系列，研究的重点转入应用方面。
4.1 铝锂合金的种类、 特性及用途
铝锂合金具 有低的密度、高的比强度和比刚度，用其代替常规的高强度铝合金可使构件质量减轻 10％～20％，刚度提高15％～20％，国外现有20多个牌号的铝锂合金可进行工业化生产， 并可提供各种形式的半成品件（特性见表 1）。
中强可焊铝锂合金1420是一种低密度、中等强度、耐蚀又可焊的航天航空用结构件。主要用于中厚板、薄板、型棒材及锻件等多种结构件生产。中强铝锂合金还有2091，它有较好的低温韧性和抗应力腐蚀性，主要用于高速飞行器的壳体、低温容器和战斗机后隔框等。高强度铝锂合金主要以铜为主强化元素的2000系铝锂合，它不仅具有高强度、高模量、可焊性、低比重的优点，并在耐热性、抗蚀性等方面显著优于以锌为主强化元素的7000系普通铝合金。主要用于航天飞机超轻储箱、机身内部承受高载荷的部件、火箭的燃烧和液氧容器等，同时中强和高强铝锂合金分别取代了2XXX以及7XXX等合金在航天航空工业中使用。
因锂的熔点低，又比铝轻得多，这给熔制合金过程中加锂带来了困难，如果加锂时保护不好，锂浮到液面上燃烧，会引起合金的烧损，使合金中锂的成分更难控制。因锂的比重很小，加入铝中易引起成分偏析，增加烧制合金的难度。铝锂合金在铸造时容易发生合金氧化，也容易发生破坏性爆炸事故，因此熔铸铝锂合金不能采用传统的铝合金生产工艺和装备。铝锂合金的组织层状化，铝锂合金的未结晶晶粒结构亦称为层状组织， 其强化韧性的原理是利用扁平未再结晶晶粒结构减轻沿晶开裂的危害并得到特殊的韧化机制。层状组织的主要不足是横短向性能偏低。
郑州船王