铝锂合金先进制造技术及其发展趋势

铝锂合金先进制造技术及其进展趋势铝锂合金材料是近年来航空航天材料中进展最为快速的一种先进轻量化构造材料密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高、疲乏性能好综合性能。用其代替常规的高强度铝合金可使构造质量减轻10%~20%，刚度提高15%~20%，因此，在航空航天领域显示出了宽阔的应用前景[1-4]。然而，由于其本钱比一般铝合金高、室温塑性差、屈强比高、各向异性明显、冷加工简洁开裂等，导致其成形难度大，目前只能[5-11]。近且民用飞机铝锂合金的用量也呈增加态势，如“奋进号”航天飞机的外贮箱、空客A330/340/380等系列飞机。在我国，由于铝锂合金熔铸工艺，板料轧制挤压技术不成熟，结了铝锂合金近年来的进展状况以及国内外先进成形技术在铝锂合金中的应用现状及其发出铝锂合金在我国航空航天领域的应用前景。先进铝锂合金进呈现状依据铝锂合金研制的历史进程和成分特点，可以将其划分成31所示[7]。第一阶段为初步进展阶段，该阶段的时间跨度大约为2050601957年美国Alcoa2023RA-5C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[5-7]60研制了BAд23合金。但这两款合金延展性低，缺口敏感性高、加工生产困难等，无法满足航空生产及性能要求，未取得进一步的应用。2060阶段，即其次阶段。在这一时期，铝锂合金得到了迅猛进展和全面争论，其中具有代表性的1420合金，美国Alcoa2090合金，英国Alcan8090和8091合金等[6-11]。这些合金具有密度低、弹性模量高等优点，可用其替代航空航天器局部2xxx7xxx-29、苏-3514207xxx铝合金竞争。2080年月末期，以美国的Weldalite049铝锂合金相继被研发出来，并已成功应用于航空航天等领域中[5-11]。目前，型第三代铝锂SiC陶瓷为增加体的铝锂金属基复合材130GPa，成为在航空航天领域中其他复合材料强有力的竞争者。1420、8090等铝锂合金已应用于航空航天领域。型第三代铝锂合金的争论渐渐成熟，并成功试制出了2195合金的大规格薄壁挤压管材和板材[1-4]。的半连续铸造工艺争论[7]。目前我国已经具备了铝锂合金的大规模研制与开发力量，这对我国航空航天工业先进构造材料的需求具有重要的意义。铝锂合金在航空航天中的应用及其进展趋势1kg10国的应用进展格外快，在航天工业上的应用尤为突出。洛克希德·马丁公司利用8090铝锂合金制造了“大力神”运载火箭的有效载荷舱，减重182kg。1994年，为解决“奋进号”航天飞机外贮箱的超重问题，洛克希德·马丁公司联合雷诺兹金属公司研发出型2195材料2219221953021953405kg1907kg，液氧箱减重736kg7500(SuperLightWeightTank)[6-12]。俄罗斯在铝锂合金的争论、生产和应用方面也始终处于领先地位，为提高载荷14601988年，洛克希德马丁战斗飞机系统公司、航空器系统公司与雷诺兹金属公司共同制定了开发2197合金应用的打算1996年，美国空军F-16后舱甲板及其他零部件。除美国外，其他国家，如俄国、英国、法国等都在乐观推动铝锂合〔WestlanEH101型直升机258090合金制造的，其总质量下降约15%；法国的第三代拉费尔〔Rafele〕战斗机打算用铝锂合金制造其构造框架；俄罗斯在雅克-36、苏-27、苏-36、米格-29、米格-33是用铝锂合金制造的[1-11]A330A340和A380客机上都使用了铝锂合金，其中，A330A3403t桁条等部件，目前最型的A350客机在原有根底上，首次在机身蒙皮上使用全的2198铝锂合金。美国的波音747、777客机、麦道系列飞机等均使用了铝锂合金，其使用部位包C系列飞机机身也将全部承受全的铝锂合金。铝锂合金的先进制造技术及其进展趋势超塑成形及超塑成形/集中连接技术超塑成形及超塑成形/集中连接技术〔SPFSPF/DB〕是利用材料的超塑性，对外形简单、难以加工的薄壁零件，承受吹塑、胀形等方法进展成形的过程，是一种几乎无余量、低本钱得均匀、细小、等轴晶而产生超塑性能。铝锂合金的SPF19801982堡罗国际航空展览会上英国超塑性成形金属公司首次演示了铝锂合金的超塑性现象及其超F零件。美国Weldalite049507℃固溶处理，不加反压，4×10-3应变速率下，延长率可达829%[7-11]。这一应变速率明显高于其他铝合金的应变速率，这对解决超塑工艺速度低的问题有重要意义。俄罗斯已经对1420承受SPF工艺加工了很多飞机的零部件，有的尺寸达1200mm×600mm。国内航天材料及工艺争论所、北京航空制造工程争论所等科研单位针对铝锂合金的SPFSPF/DB超塑成形向超塑成形/集中连接的组合工艺进展，使铝锂合金加工本钱更低，构造更具整体性、轻质量。旋压技术〔SpinForming〕剪切旋压[10]是近年来在传统旋压技术根底上进展起来的型旋压技术而转变其厚度来实现制造圆锥等各种轴对称薄壁件的旋压方式(锥形变薄旋压)。这种成形方Al-Li顶盖。美国“大力神”运载火箭圆顶盖承受30.65m10.7mmWeldalite0491块中部是使用变极性等离子弧焊(VPPA)焊接，经过343℃/4h，旋压时，全部毛坯用火焰加热保持317505℃/0.5h177℃/18h600MPa-196700MPa，且有很好的断裂韧性[13]。“奋进号”航天飞机的外贮箱圆顶盖也承受了一样的旋压技术[10]，并在外贮箱的筒段承受了先进的剪切旋压技术，如图1[14]。1剪切旋压辊锻成形技术〔RollForging〕Al-Li合金特别是Weldalite1420150，用较少投资大批量生产简单锻件。其二，是周密辊锻技术，包括冷精辊技术。在板片类零锻成形的两个方向被成功应用于铝锂合金的环形锻件和带筋条的钣金件船外贮箱的“Y”形框和对接环[10]2[14]。2铝锂合金辊锻成形“Y”形连接框焊接技术〔Welding〕焊接是制造铝锂合金航空航天产品如贮箱、弹头外壳等的主要工艺之一。前苏联争论142010进展了深入的理论争论和探讨[8-15]。20801460承受钨极氢弧焊〔GTAW〕和真空电子束焊〔EB〕1460号”运载火箭贮箱[8-15]。美、欧等国的铝锂合金焊接始于2080是，美国特别留意焊接裂纹的争论。美国承受的焊接方法主要有GTAW、EB、VPPA〔变极性等离子弧焊〕等，并用VPPA法焊接了Weldalite049Alcoa司承受EB12.7mm20901002搅拌摩擦焊和激光焊接技术也开头应用于铝锂合金制造争论〔图3〕[15]。美国洛克希德·马2.3~8.5m2195AI-Li221915%~2630120TA330、A340、A3803铝锂合金激光焊接技术型热处理工艺技术〔HeatTreatment〕铝锂合金的疲乏、断裂韧性等性能，美国航天宇航局就型的2195铝锂合金作了大量的争论工作，开发了双级、三级、五级热处理工艺，使得2195合金的室温断裂韧性和疲乏性能30%，而强度与传统时效相当[16目前我国研发型铝合金的同时，在生产工艺上也做了大量争论。通过的热处理工艺〔T74、T73〕7xxx应力腐蚀开裂性能，并进一步争论开发7xxx7075-T76用于L-1011机翼挤压壁板，7075-T736用于起落架构件、窗框和液压系统部件。但是目前针对铝锂合金铝锂合金热处理工艺的工业化应用。完毕语因此独立开发和研制型高强、高损伤容限铝锂合金是我国铝锂合金将来进展的重要方向。容限是开发型合金面临的重大挑战。铝锂合金在铸造、轧制等技术渐渐成熟的根底上，先进加工制造技术不断拓宽，超塑成形、旋压、辊锻焊接等工艺不断创，并已取得重大的应用成果，然而，由于其自身解决和实现简单构造件的室温钣金成形和热处理工艺是将来我国大型客机用铝锂合金使用质量。参考文献张荣霞,曾元松.铝锂合金的进展、工艺特性及国外应用现状.航空制造技术,2023(增刊):438-441.尹登峰,郑子樵.铝锂合金的争论开发的历史现状．材料导报，2023(2)：19-23.邱惠中.铝锂合金的进展概况及其应用．宇航材料工艺，1993(4)：38-45.刘斌，陈铮铮．铝锂合金的进展与应用．现代机械,2023(4)：7l-75.潘肃．铝锂合金的进展及其工艺特性．航天工艺,1994(5)：40-45.霍红庆，郝维，耿桂宏，等．航天轻型构造材料-铝锂合金的进展.真空与低温,2023(6):63-69.LyttleMTWeftJA.TheplasticanlsotropyofanAl-Li-Cu-Zralloyextrusioninunidirectionaideformation.MetallMaterTransA,1996,27(11):3503-3511．LiHongying,YiTanga,ZengZaide,etal.EffectofagingtimeonstrengthandmicrostructuresofanAl-Cu-Li-Zn-Mg-Mn-Zralloy.MaterialsScienceandEngineeringA,2023(498):314-320.HuangJC,ArdellAJ,Additionrulesandthecontributlonofδ′precipitatestostrengtheningofagedAl-Li-Cualloys.ActaMetall，1988,36(11):2995-3006．HuangJC,ArdellAJ.PrecipitationstrengtheningofbinaryAl-Lialloysbyδ′precipitates．MaterSciEngA,1988,104:149-156.马高山.简单铝锂合金零件热成形技术.北京:化学工业出版社，2023.GuptaRK,NayanN,SharmaSC.DevelopmentandcharacterizationofAl-Lialloys.MaterialsScienceandEngineeringA,2023,420:228-234.钟利萍.1420Al-Li[D].长沙:中南林学院,2023.JohnW,MarciaD,EricH.Recentadvancesinnear-net-shapefabricationofAl-Lialloy2195forlaunchvehicles,NASAResearchReport,2