第2讲-铝锂合金的研究现状与进展

1、郑子樵 黄兰萍 陈志国 蒋 呐*中南大学材料科学与工程学院 *西南铝业（有限）责任公司技术中心1、前言2、铝锂合金的研究进展3、铝锂合金性能改善的新进展4、铝锂合金的微合金化5、铝锂合金的应用6、结束语1、前言 Li的密度是0.534g/cm3，是元素周期表中最轻的金属元素。 铝合金的密度(g/cm3)= 2.71+0.024Cu+0.018Zn+0.022Mn-0.079Li-0.01Mg- 0.004Simass% 弹性模量 E(Gpa)= 71+1.22Liat% 表 1 几种金属结构材料的比 强度、比模量比较 材料的种类密度（g/cm3)抗拉强度 b(Gpa)线弹性系数E(Gpa)比强

2、度b/比弹性E/钢高强度钢7.8686-1372205,8009.7-17.92,690Ti合金6Al-4V4.4980109,76022.72,550Al合金2024-T32.8548.872,03020.02,6257075-T62.8480.272,03017.52,6252090-T82.6568.478,98822.33,1002091-T82.6529.278,98820.83,1008090-T82.549081,04620.03,308Weldalite 0492.7695.876,04826.22,8742、铝锂合金的研究进展 199419941992199019851988

3、1958196519891993Vaclite(Comalco)1984196119248090, 8091(Alcan)8090,2091(Pechiney)01420(Soviet)X2020(Alcoa)Navalite, C155 (Alcoa)2096,2097 (Alcoa)2197(Reynolds)Al-905XL(Inco)2195(Martin Marrietta)5091 (Navalite)23(Soviet)Scleron(Gemany)01430,01440, 01450 (Soviet)2090(Alcoa) Weldalite 049 (Martin Marri

4、etta,Reynolds) 2094,2095(Martin Marrietta) 8093(Pechiney)合金牌号注册时间开发 国LiCuMgAgZrMnCrZnOthersAl密度g/cm320201942 USA 1.0 4.5 - - - 0.8 - -0.15Cdbal -20901984.8 USA1.92.62.4 3.0 0.3 -0.08 0.15 0.050.050.10 -bal -20911985.8 France1.72.31.8 2.51.11.9 -0.04 0.16 0.100.10.25 -bal -20941990.6 USA0.71.44.4 5.2

5、0.25 0.80.25 0.60.04 0.18 0.25 -0.25 -bal 2.7220951990.6 USA0.71.53.9 4.60.25 0.80.25 0.60.04 0.18 0.25 -0.25 -bal 2.6821951992.11 USA0.81.23.7 4.30.25 0.80.25 0.60.08 0.16 0.25 -0.25 -bal 2.7120961993.4 USA1.31.92.3 3.00.25 0.80.25 0.60.04 0.18 0.25 -0.25 -bal 2.6220971993.6 USA1.21.82.5 3.1 0.4 -0

6、.08 0.160.10.6 -0.35 -bal -21971993.9 USA1.31.72.5 3.1 0.3 -0.08 0.150.10.5 -0.05 -bal -50911992.1 USA1.21.4 -3.74.2 - - - - -1.01.3C bal -80901985.3 EAA2.22.71.0 1.60.61.3 -0.04 0.16 0.10.10.25 - bal -80911990.2 U K2.42.81.6 2.20.51.2 -0.08 0.16 0.10.10.25 -bal -8093 - France1.92.61.0 1.60.91.6 -0.

7、04 0.14 0.10.10.25 -bal -表2 欧美国家铝锂合金化学成分表合金牌号注册时间开发 国LiCuMgAgZrMnCrZnOthersAl密度g/cm31420 -Russia 2.2 - 5.0 - 0.1 0.5 - - -bal2.47 2.491421 -Russia1.8 2.1 -4.9 5.5 -0.08 0.15 - - -0 1 0.2Scbal2.47 2.491430 - Russia1.5 1.91.5 1.82.5 3.0 -0.08 014 - - -Sc，Be，Ybal 2.581423 -Russia1.8 2.1 -3.2 4.2 -0.06

8、0.1 - - -0.1 0.2Scbal2.48 2.521440 -Russia 2.1 1.4 1.0 - 0.1 - - -0.05Bebal 2.481429 -Russia1.8 2.3 -4.8 6.0 -0.08 0.15 - - -0.2 0.3Bebal2.45 2.471441 -Russia 1.9 1.7 0.9 - 0.1 - - - -bal -1451 -Russia1.5 1.82.7 3.2 - -0.08 0.16 - - - -bal 2.601450 -Russia 2.1 3.0 - - 0.1 - - -0.03Cebal 2.581470 -Ru

9、ssia2.3 2.60.3 0.81.2 1.90.2 0.6Ti 0.08 0.140.05 0.6Ni - - -bal -1460 -Russia2.0 2.52.5 3.5 - - 0.15 - - -0.03Ce，0.1SCbal 2.58BA23 -Russia0.9 1.44.8 5.3 - -0.1 0.2Cd0.4 0.8Mn - - -bal 2.58表3 前苏联铝锂合金化学成分表 和传统铝合金相比,铝锂合金性能存在的问题： 塑性和韧性较低，短横向强度较低，各向异性较大，存在热稳定性问题(70左右) 铝锂合金塑韧性低的原因： (Al3Li) 的超点阵结构，Na、K、Ca等

10、碱金属杂质在晶界偏聚，氢脆， 晶界平衡相沉淀 铝锂合金塑韧性的改善： 3、铝锂合金性能的改善和新进展 合金化 形变热处理 分级时效低Li化纯净化 各向异性的改善： 过时效 微合金化改变弥散相种类 如 C458合金（Al-1.8Li-2.6Cu-0.6Mn-0.6Mg-0.6Zn-0.08Zr) 状态02040608090欠时效380370350320360380过时效410405400400405410 表4 铝锂合金薄板材欠时效和过时效在不同方向的屈服强度（Mpa)值的比较b Ksi0.2 Ksi %E MsiL79691111.2LT76601211.44571551411.1ST7063

11、10 拉伸方向030456090轧制方向655566393552628偏离轧制方向60586579559566628交叉轧制表5 按轧制方向和偏离轧制方向60拉伸的2195板材在不同方向上的屈服强度值（Mpa)的比较再结晶热稳定性的改善： 时效处理后的铝锂合金在70下长时间保温后，其强度增加，而韧性值大大降低，这是铝锂合金在飞机机体上使用的一大障碍。 热稳定性差的原因： 残留在固溶体中的锂、铜等合金元素，在热暴露时，进一步析出(如T1、)。 改善的措施： 降低Li 含量(如:第三代铝锂合金Li含量一般在1.5%左右); 多级时效稀土元素的作用 添加元素：Y、Ce、La 稀土作用： 细化沉淀相或

12、使之均匀分布，如，T1，S 相；4、铝锂合金的微合金化减少杂质原子向晶界的偏聚；延缓再结晶过程和细化晶粒尺寸；减少沿晶断裂的倾向，提高断裂韧性微量Sc的合金化作用(Al3Sc, Al3 (Sc,Zr)： 细化铸锭组织，改善铸造性能； 提高合金强度(细晶强化，弥散强化，亚结构强化)； 提高合金的再结晶温度； 改变、S强化相的尺寸和分布； 改善焊接性能； 取样方向1420合金1421合金bMPa0.2Mpa%bMpa0.2Mpa%纵 向410260749033010横 向39026074403207短横向31025033903105表6 1420和1421(含Sc)合金模锻件的力学性能Ag、Mg的

13、微合金化作用： 在2195合金中，微量Ag、Mg的添加显著提高合金强度，促进T1(Al2CuLi)相析出。Ag、Mg的作用机理： Ag、Mg减少层错能，导致基体111面上层错形成，为T1相形成提供晶体学条件(fcchcp) Ag、Mg在111面上形成细小析出物(Mg3Ag、Ag2Al)，作为非均匀形核点。 Ag、Mg偏析于析出物/基体界面，减少新相形核界面应变能。 Ag、Mg形成Co-clusters GP区T1相。5、铝锂合金的应用 俄罗斯： 70年代，1420合金用于米格-29机身、油箱、座舱等，并将铆接结构改为焊接结构，减重24%。 80年代，1460合金取代2219，用于制造运载火箭能

14、源号低温储箱。 此外，俄罗斯还将铝锂合金用于暴风雪号航天飞机，米格-33、苏-27、雅克-36、安-70T，图-144、图-1204等军民飞机, 如苏-27Ck,铝锂合金用量占3%。 美国： 50年代，将最早的工业铝锂合金2020用于海军RA-5C预警飞机，使飞机总重量减轻6%。 80年代，将2090用于C-47军用运输机的隔框、地板、蒙皮、垂直尾翼，总量2846公斤。 90年代末，将第三代铝锂合金2197/2097用于F-16后隔框、BL19 大梁，已装机850架。 90 年代，根据ADP3106 (Advanced cryogenic tank program 3106)计划，用2195取代2219制造奋进号航天飞机外储箱，使储箱重量减轻3.4吨。（液氢、液氧储箱长154英尺，直径27.6英尺。） 欧洲 EH-101对潜多用途武装直升机采用8090、2091、5091铝锂合金减重200Kg/机 EFA战斗机采用8090、2090等铝锂合金厚板薄板，制作零部件达2000件，占总体结构部件的20%。 空中客车A330/340分别采用了8090挤压件、厚板、锻件和2090薄板，使用部位如图所示。 中国 “六五”期间，东北轻合金加工厂仿制过2020合金； “七五”期间，由西南铝加工厂、原中南工大、东北大学等单位研制2091合金； “八五”期间，由上述单位研