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  铝锂合金_材料科学_工程科技_专业资料。Al-Li 合金概述及实验:用 AlLi 合金阳极氧化对粘接性能的影响 Al-Li 合金 一、什么是 Al-Li 合金? 定义:Al-Li 合金是指以锂为主要合金元素的新型铝合金。 锂(Li)

  Al-Li 合金概述及实验:用 AlLi 合金阳极氧化对粘接性能的影响 Al-Li 合金 一、什么是 Al-Li 合金? 定义:Al-Li 合金是指以锂为主要合金元素的新型铝合金。 锂(Li)是元素周期表中最轻的金属元素,密度只有 5360kg/m3。在铝中每加 入 1%(质量比)的锂,可使合金密度降低 3%,并增加弹性模量约 6%。 构件质量减轻, 刚度提高。 二、 Al-Li 合金的特点 优点: 1、低密度、高比强度、高比刚度; 2、优良的低温性能; 3、良好的耐腐蚀性能; 4、卓越的超塑成形性能; 5、用其取代常规铝合金,可使构件质量减轻 10%-15%,刚度提高 15%-20%; 6、成形、维修等都较复合材料方便, 成本也远远低于复合材料。 缺点: 1、铝锂合金韧性、塑性较常规铝合金低; 2、各向异性较大; 3、热稳定性差等。 三、Al-Li 合金的发展 1.第一个阶段: 初步发展阶段,时间跨度为 20 世纪 50 年代至 60 年代初。这一阶段研究成 果是以 1957 年美国 Alcoa 研究成功的 2020 合金为代表。 2.第二个阶段: 繁荣发展阶段,时间跨度为 20 世纪 70 年代至 80 年代后期。在这一时期, 对 Al-Li 合金进行了全面研究,Al-Li 合金得到了迅猛发展。 在繁荣发展阶段, 研制成功了低密度型、中强耐损伤型和型等一系列较 为成熟的 Al-Li 合金产品。如前苏联研制成功的 1420 合金、美国 Alcoa 研 制出的 2090 合金、 英国 Alcoa 的 8090 和 8091 合金、法国 Pechiney 开 发出的 2091 合金等。 3.第三阶段: 新型 Al-Li 合金发展阶段。 进入 90 年代以后,人们针对 Al-Li 合金存在诸如 各向异性、 不可焊、 塑韧性及强度水平较低等缺点出了具有一定特殊优势的 Al-Li 合金。 目前,已出的新型 Al-Li 合金,主要有可焊的 1460 和 Weldalite 系列合金;低各向异性 AF/ C489 、AF/ C458 合金;高韧性的 2097 、2197 合金; 高抗疲劳裂纹的 C2155 合金,以及经特殊真空处理的 XT 系列合金等。 四、Al-Li 合金的制备 1.铸锭冶金法(IM) 铸锭冶金法是 Al-Li 合金的主要生产方法。该方法优点是成本较低,可生产 大规模铸锭,但是用该方法制备的 Al-Li 合金,锂的质量分数不超过 3%,很难 满足对轻型合金的要求。 2.粉末冶金法(PM) 粉末冶金法是一种能制备复杂形状形产品的生产技术,也是生产 Al-Li 合金 的重要方法。 该法的生产工艺为粉末制取→粉末成型→粉末烧结。为了提高材料 的性能,科学家已出多种不同的生产工艺(如高温烧结、复压复烧、粉末 锻造、 热等静压、喷射沉积、急冷快速凝固制粉等)。 3.制备方法: 鉴于传统的合金制备方法存在的缺陷, 研究者已经开始探索的一些更好 的制备方法,其中较有代表性的有熔盐电解法和模拟微重力状态制备法 五、Al-Li 合金的生产工艺 1.热处理及精整工艺 所有的铝锂合金都是热处理强化合金。高温加热时,为防止合金半成品表面 “失锂”现象,采用无氧化气氛加热,再经过水冷淬火,后采用拉伸变形使精整 变形量在 2%-7%的范围内。 2.压力加工 3.焊接 4.超塑成型 超塑成形是利用材料在特殊条件下所表现出的超强变形能力,对形状复杂、 精度高、 用常规工艺方法难以加工或难以满足要求的薄壁零件,采用吹塑胀形等 方法进行成型的过程。 六、新型 Al-Li 合金的改善途径 1.微合金化 在铝锂合金中通常加入的合金元素有 Cu、Mg、Zr、Cd、Sc、Ce 等,以影响 合金的析出行为和析出相的化学成分、类型、数量、形状、尺寸和分布,改善晶 界特性,可全面提高合金的各项性能。 2.形变热处理 铝锂合金→固溶处理→冷变形→使合金中形成密布的位错或位错缠结, 成为 S、T1 相非均匀形核的→增大位错不能切割的沉淀相的体积分数,减小合金 的共面滑移及晶界应力集中→进行时效→使时效过程中析出的第二相微粒更为 弥散均匀分布,并减小无析出带宽度→改善合金的综合力学性能。 3.化 用真空纯化法→使合金内的碱金属和氢含量显著降低→使合金韧性显著提 高。 利用真空纯化法,使碱金属含量由原来的(3-6)×10-6 降到 1×10-6 以下, 氢含量也显著降低,合金韧性得到显著提高。用此法制得的 2090 合金的断裂韧 性比碱金属含量大于 5×10-6 的铝锂合金高得多,且在 65℃下 1000h 后韧 性几乎不降低。 4.再结晶、在不同方向上拉伸或冷轧、减小变形量、改变弥散相类型等方法,这 些方法可以改善合金的各向异性。 七、新型铝锂合金的性能特点 (1)适当的密度降低(一般比常规铝合金低 5%-8%,Li1.8%),而不是片面的追 求低密度; (2)更好的强度—韧性平衡; (3)耐损伤、抗疲劳性能优良; (4)各向异性小; (5)耐腐蚀优良; (6)热稳定性好,有较好的耐热性; (7)良好的加工成型性(适用于激光束焊接、搅拌摩 擦焊接、时效成形); (8)更高的性价比。 八、新型铝锂合金产品 新型铝锂合金主要产品形式有中厚板、薄板、挤压型材等,国外已认证或在 飞机上使用的产品牌主要有没铝的 2099、2199、2397 和加铝的 2196、2098、 2198 等,部分铝锂合金具备 AMS 材料规范,主要应用于地板梁、机身蒙皮、长 桁、框、梁、腹板等部位。 九、Al-Li 合金在的应用 1.用铝合金铸件; 2.用大型挤压型材; 3.用铝合金厚板。 Al-Li 合金已经在军用飞机、民用客机和直升飞机上使用或试用,主要用于 机身框架、襟翼翼肋、垂直安定面、整流罩、进气道唇口、舱门、燃油箱等。 法国的 Rafele 军用战斗机以及 Airbus 的 A330, A340 和 A380 等机型的 机翼前后缘、附件盖、座椅滑轨、地板梁、机身与机身蒙皮等部件均使用了铝锂 合金材料。 空客 A380-800 飞机的主舱横梁采用了 2196 铝锂合金锻压件。 A350XWB 机身为混合结构,由铝锂合金机身框、纵梁、肋板、地板梁、起落 架舱等组成“导电网络” ,一方面为飞机上的电子设备提供必要的回;另一方 面能有效防止复合材料不利于电气设备的雷击问题。 C 一 17 在研制中也采用大量 2090 铝锂合金,代替 2024 铝合金来实现降低 结构重量的目标。 图 1.A380 Al-Li 合金的使用 图 2. C919 大型客机铝锂合金机身等直段部段 图 3. 世界机械腕表品牌 Richard Mille(瑞驰 迈迪)

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