航空鋁鋰合金研究進展

李紅萍，葉凌英，鄧運來，張新明

(1.中南大學材料科學與工程學院，湖南 長沙 410083)(2.中國商飛上海飛機設(shè)計研究院，上海200232)

?

航空鋁鋰合金研究進展

李紅萍1，2，葉凌英1，鄧運來1，張新明1

(1.中南大學材料科學與工程學院，湖南 長沙 410083)(2.中國商飛上海飛機設(shè)計研究院，上海200232)

葉凌英

面對航空鋁合金材料受到復合材料激烈競爭以及新一代飛機對結(jié)構(gòu)材料的苛刻需求，研究人員不斷地研發(fā)新型高綜合性能航空鋁合金及其加工技術(shù)，發(fā)展大規(guī)格材料及材料/構(gòu)件一體化加工原理與技術(shù)。與復合材料相比，新型鋁鋰合金在減重、控制風險和降低生產(chǎn)、加工和維修成本方面具有優(yōu)勢，通過發(fā)展新型鋁鋰合金和先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計已成為支撐新一代飛機發(fā)展的重要技術(shù)手段。簡要綜述了鋁鋰合金國內(nèi)外發(fā)展歷史及不同階段典型合金成分、性能及應用情況，介紹了鋁鋰合金超塑性技術(shù)的發(fā)展及其在航空航天領(lǐng)域的應用，闡述了新型鋁鋰合金的成分設(shè)計發(fā)展方向及組織調(diào)控模式，分析了鋁鋰合金在航空航天領(lǐng)域的應用前景。

鋁鋰合金；航空航天；超塑性；合金成分；微觀組織

1 前 言

在航空航天工業(yè)中，為了節(jié)省燃料、提高飛行速度和有效載荷等，減重是永恒不變的主題，這使新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料一直成為研究和開發(fā)的熱點[1]。正是在這種需求背景下，特別是20世紀70年代的能源危機推動了鋁鋰合金的發(fā)展。在鋁合金中，每添加1%鋰，可使其密度下降3%，彈性模量提高6%[2]。鋁鋰合金由于具有密度低、彈性模量高、比強度高和比剛度高、疲勞裂紋擴展速率低和高、低溫性能較好等特點，在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應用。近年來，航空鋁合金的發(fā)展受到了復合材料的競爭，如波音787客機復合材料用量達到了50%，鋁合金只占20%；空客公司的A350復合材料用量提高到52%。但與復合材料相比，新型鋁鋰合金在減重、控制風險和降低生產(chǎn)、加工和維修成本方面具有明顯優(yōu)勢，通過發(fā)展新型鋁鋰合金和先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計已成為支撐新一代飛機發(fā)展的重要技術(shù)手段。

2 國內(nèi)外鋁鋰合金的發(fā)展概況

鋁鋰合金的發(fā)展大體上可劃分為3個階段，相應出現(xiàn)的鋁鋰合金產(chǎn)品可以劃分成三代[2]。第一階段為初步發(fā)展階段，該階段的時間跨度大約為20世紀50年代至60年代初，所開發(fā)出的鋁鋰合金為第一代鋁鋰合金。雖然早在l924年德國材料專家就開發(fā)出第一個含Li的鋁合金Scleron合金[3]，但是直到1958年美國Alcoa公司研究成功2020合金并工業(yè)化生產(chǎn)出其合金板材后，鋁鋰合金才真正引起人們的注意。美國將2020合金用于制造海軍RA-5C軍用預警飛機的機冀蒙皮和尾冀水平安定面，獲得了6%的減重效果[4]。隨后，1961年前蘇聯(lián)開發(fā)出成分類似2020合金的BAЛ23合金[5]。第一代主要鋁鋰合金的化學成分如表1所示。

表1 第一代主要鋁鋰合金的化學成分[6]

第二階段為大發(fā)展階段，或是繁榮階段，該階段的時間跨度為20世紀70年代至80年代后期。在這一時期，70年代爆發(fā)的能源危機給航空工業(yè)帶來了巨大的壓力，迫切要求飛機輕量化，該階段研究的主要目標是采用低密度的鋁鋰合金代替航空航天飛行器中廣泛采用的傳統(tǒng)鋁合金2024和7075等，以達到減重的目的。在此階段，成功研制出低密度型、中強耐損傷型和高強型等一系列較為成熟的鋁鋰合金產(chǎn)品，其中具有代表性的合金有：美國Alcoa公司為替代7075-T6合金研制的2090合金的薄厚板及擠壓材[7]；法國Pechiney公司為替代2024-T3合金研制的2091T8X板材[8]；英國Alcan公司為替代2024-T3合金研制的8090合金[9]，前蘇聯(lián)研制的1420鋁鋰合金等[10]。第二代主要鋁鋰合金的化學成分如表2所示，總體上看，第二代鋁鋰合金的鋰的重量百分數(shù)大于2%，與傳統(tǒng)的2000和7000系鋁合金相比，采用第二代鋁鋰合金重量可以減輕7～10%，彈性模量提高10～16%，并且具有更好的疲勞性能[6]。但是，第二代鋁鋰合金仍存在以下問題[4]：①合金的各向異性問題較普通鋁合金嚴重；②合金的塑韌性水平較低；③熱暴露后會嚴重損失韌性；④大部分合金不可焊，降低了減重效果，鉚接時往往表現(xiàn)出較強的缺口效應；⑤強度水平較低，難以與7000系超高強鋁合金競爭等。因此，進入90年代以后，人們針對鋁鋰合金的上述問題，開始開展第三代鋁鋰合金的研究。

表2 第二代主要鋁鋰合金的化學成分[6]

第三代主要鋁鋰合金的化學成分如表3所示[11,12]。在性能水平上，第三代鋁鋰合金較以往鋁鋰合金都有較大幅度的提高，其中低各向異性鋁鋰合金和高強可焊鋁鋰合金是第三代鋁鋰合金的發(fā)展方向。目前，國外已有多種鋁鋰合金的生產(chǎn)達到工業(yè)化水平[13]。美、歐等國已能生產(chǎn)6～10 t重的鑄錠，而俄羅斯已具備生產(chǎn)25 t重鑄錠的能力。美國Alcoa公司鋁鋰合金年產(chǎn)量已超過3600 t，根據(jù)需要可迅速擴大到年產(chǎn)9000 t。英國Alcan公司和法國Pechiney公司聯(lián)合建造的鋁鋰合金生產(chǎn)廠年產(chǎn)量可達10000 t。

國內(nèi)鋁鋰合金的研究開始于20世紀60年代初，比前蘇聯(lián)和歐美發(fā)達國家起步晚[14]。東北輕合金加工廠基于美國鋁業(yè)公司研發(fā)的2020鋁鋰合金，開發(fā)出我國首批S141鋁鋰合金板材。但該合金由于塑性指標低等原因未實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和實際應用。之后我國鋁鋰合金的研究無明顯進展，鮮有報道。直到“七五”期間，人們逐漸認識到鋁鋰合金在航空航天、軍工等領(lǐng)域的戰(zhàn)略地位，國家開始立項支持，鋁鋰合金再次成為研究重點。在此期間，產(chǎn)學研密切合作，并瞄準鋁鋰合金國際發(fā)展趨勢，開始研發(fā)中等強度的鋁鋰合金，取得了一定的進展，但未實現(xiàn)具體應用。到了“八五”，我國鋁鋰合金的研究邁上了新的臺階，研究內(nèi)容更加廣泛和深入，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代鋁鋰合金：Al-4.4Mg -1.5Li-0.2Ag-0.12Zr合金和Al-(2.0～2.4)Cu-(1.9～2.4)Li-(1.0～1.5)Mg-(0.06～0.13)Zr合金。這兩種合金分別相當于國外的1420和2090鋁鋰合金。國內(nèi)在“八五”期間建立了熔鑄1 t級鋁鋰合金的能力，生產(chǎn)出鋁鋰合金小規(guī)格板、型材。進入“九五”，我國對鋁鋰合金的研究經(jīng)費投入進一步加大，并通過引進俄羅斯的技術(shù)，實現(xiàn)了從1 t級鋁鋰合金鑄錠向6 t級的跨越。與此同時，研究的重點轉(zhuǎn)向第三代“高強鋁鋰合金”。通過梳理總結(jié)國際上第三代鋁鋰合金(如典型牌號Weldalite 049系列合金)的主合金元素、微合金化和熱處理技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，國內(nèi)成功在工業(yè)化條件下試制出大規(guī)格2195鋁鋰合金擠壓管材和板材，并且達到了美國生產(chǎn)的AA2195合金的性能水平。進入“十五”后，研發(fā)重點為開發(fā)新型高強高韌鋁鋰合金以及進一步提高2195鋁鋰合金的綜合性能和工程化生產(chǎn)技術(shù)水平，這一期間主要成果如完成了我國自主研發(fā)的第三代鋁鋰合金2A97合金的生產(chǎn)試制和國內(nèi)牌號注冊，標志著我國鋁鋰合金成分控制、熔煉鑄造和熱處理技術(shù)等方面技術(shù)的進步。到“十一五”后，在總裝備部的大力支持下，我國繼續(xù)開展了始于“十五”期間的“一型兩用”鋁鋰合金的工程化研制工作。此外，國內(nèi)鋁鋰合金的研究朝著低密度耐損傷鋁鋰合金薄板、高強鋁鋰合金型材、低密度高模量鋁鋰合金、低應力熱處理等方向發(fā)展，成為熱門研究領(lǐng)域。從“六五”開始到“十一五”，經(jīng)歷近30年的研究與探索后，在鋁鋰合金的合金化成分設(shè)計原理與技術(shù)、強韌化方法、抗疲勞、抗腐蝕以及可焊性等方面積累了豐富的研究成果與經(jīng)驗。進入“十二五”以來，大規(guī)格高強高韌鋁鋰合金厚板的應用技術(shù)研究和全面實現(xiàn)“一型兩用”的研究目標是鋁鋰合金研究發(fā)展的主要努力方向。

表3 部分第三代鋁鋰合金的化學成分[11,12]

3 鋁鋰合金超塑性研究及應用

鋁鋰合金密度小、比強度、比彈性模量高，是理想的航空航天結(jié)構(gòu)材料[15]。但是，鋁鋰合金室溫塑性差，成形時易開裂、力學性能各向異性比傳統(tǒng)鋁合金嚴重[15,16]。通過形變熱處理(Thermomechanical Processing，TMP)可以使鋁鋰合金獲得細晶組織，從而實現(xiàn)超塑性，利用超塑成形(Superplastic Forming，SPF)技術(shù)制備鋁鋰合金薄壁整體構(gòu)件，可以進一步減輕重量、減少零件數(shù)量、降低成本、提高零部件整體剛度和可靠性，給航空航天制造業(yè)帶來了巨大的社會與經(jīng)濟效益[17]。在美國、英國及歐洲其它國家、前蘇聯(lián)和俄羅斯、日本等國，將該技術(shù)列入國家高技術(shù)發(fā)展計劃，作為發(fā)展航天工業(yè)的重要手段，超塑鋁鋰合金構(gòu)件已經(jīng)成功地應用于各種航天器和各類軍用、民用飛機上[13,18]。應用部位主要有機身框架、襟翼翼肋、電子設(shè)備蓋扳、飛機前舵、垂直安定面、整流罩、進氣道唇口、發(fā)動機通道門、飛機檢修艙門及一些壁板件。

1981年Wadsworth等[19]在Lockhead Palo Alto實驗室最先開始Al-Li系合金的超塑性研究，這一研究導致大量Al-Li系合金超塑性的發(fā)現(xiàn)，主要研究工作集中在晶粒細化工藝的開發(fā)、晶粒與空洞組織演變、變形條件優(yōu)化、變形機理等方面[20-27]。比較有代表性的有2090、2091、8090、8091、1420、1421、1443、2195等第二代、第三代鋁鋰合金，它們經(jīng)過一定的形變熱處理都可以獲得可觀的超塑性，延伸率可達400%～1000%[28-31]。并且大量超塑性鋁鋰合金已經(jīng)進入實用階段[32]，例如：1991年英國British Aerospace公司用8090鋁鋰合金成功制造出軍用飛機的艙門，使成本降低68%、減重23%。英國還用8090合金通過SPF工藝制造了EAP戰(zhàn)斗機起落架艙門，使零件數(shù)量從96個減至11個、減重達到20%、成本節(jié)約56%。日本住友金屬公司與三菱公司也開發(fā)出了用于SPF成形的鋁鋰合金，并加工出了飛機隔板門整體成形件。麥道公司于1990年3月試飛考驗的、用SPF A1-Li合金(8090)制造的F-15B鷹戰(zhàn)斗機的整流罩，是一個形狀像機翼前緣的雙曲度零件，長3.66 m，寬40.6 cm，深30.5 cm，它替代了由2個鈑金件和1個鑄件裝配成的構(gòu)件。1989年馬丁和雷諾兩家公司合作研制出適宜低溫條件下作燃料貯箱使用的超高強WeldliteTM049鋁鋰合金，該系列鋁鋰合金在一個很寬的溫度和應變速率范圍內(nèi)具有很好的超塑性，在變形溫度507 ℃，沒有反壓，應變速率較高(4×10-3s-1)情況下，可獲得829%的延伸率[33]。采用WeldaliteTM049鋁鋰合金進行超塑性成形運載火箭貯箱半球圓頂蓋的試驗，在460 ℃、4.5×10-3s-1，加4.14 MPa反壓，變形時間38 min，厚度應變可達1020%[34]。1420合金也具有良好的超塑性成形性能，通過對原始板坯進行形變熱處理，可獲得晶粒尺寸為5～8 μm的細晶板材，在成形溫度為470 ℃，應變速率為5×10-4～5×10-5s-1的變形條件下，流動抗力為1～5 MPa，超塑性延伸率可達350～450%[35]。俄羅斯已用1420鋁鋰合金超塑性薄板成形了許多飛機零部件，其中有些零部件尺寸可達1200 mm×600 mm。但由于1420鋁鋰合金塑性差，采用包含冷軋或溫軋的傳統(tǒng)形變熱處理方法對其進行晶粒細化時板材很容易開裂[36]，國外近年來轉(zhuǎn)向采用大塑性變形(SPD,Severe Plastic Deformation)的方法細化1420鋁鋰合金的晶粒組織，如采用等通道角擠壓技術(shù)(ECAP,Equal Channel Angular Pressing)可獲得晶粒尺寸為0.4～1.6 μm的1420鋁鋰合金[37-40]，在330 ℃、3.3×10-3s-1的變形條件下，延伸率可達550%以上[41]。采用高壓扭轉(zhuǎn)(HPT,High-Pressure Torsion)同樣可以將該合金的晶粒尺寸細化到微米至亞微米級，并獲得了750%的超塑性延伸率[42,43]，但這兩種方法制備工件規(guī)格較小，限制其在工業(yè)上的應用[44]。大規(guī)格細晶1420鋁鋰合金板材的工業(yè)化制備技術(shù)是解決其薄壁結(jié)構(gòu)件成形的最有效方法。但國外關(guān)于這些先進鋁鋰合金超塑性的研究主要集中在超塑性變形行為方面，由于保密的原因，對超塑性細晶板材的制備工藝研究報道很少。

我國對超塑性鋁鋰合金的研究開始于20世紀80年代末，劉志義研究了2091鋁鋰合金的電致超塑性，通過施加電場提高了合金的超塑性變形速度[45]。劉慶對溫軋態(tài)Al-2.25Li-2.75Zr-1.10Mg-0.12Zr合金的超塑性變形的力學行為、微觀組織和空洞行為進行了系統(tǒng)研究，通過不同應變速率的兩階段拉伸提高了合金的超塑性延伸率，并分析了其變形機理[46]。北京航空制造工程研究所利用2091鋁鋰合金超塑性成形工藝成功制造出國產(chǎn)某型號殲擊機前機身酒精箱口蓋內(nèi)蒙皮零件，有效地解決了原來采用LY12鋁合金落壓成形時破裂、起皺、粗晶等嚴重的質(zhì)量問題，降低成本20%，減重15%，并且提高了零件的質(zhì)量和合格率，是我國首次將鋁鋰合金超塑性成形技術(shù)應用于航空領(lǐng)域[32]。由于普通鋁鋰合金不能通過超塑性成形工藝加工成形，必須通過形變熱處理工藝來獲得細小穩(wěn)定的晶粒組織，國內(nèi)中南大學、東北大學等單位在細晶鋁鋰合金板材制備方面做了大量的研究工作。在“八五”期間，東北大學采用累積疊軋法獲得超塑性鋁鋰合金板材，但該方法工序復雜，要求高，未能在工業(yè)中實現(xiàn)應用。杜予晅[47]對2195鋁鋰合金的晶粒細化工藝和超塑性進行了大量的研究，建立了2195鋁鋰合金超塑性板材的強時效、低剪應變梯度軋制、快速再結(jié)晶退火為特征的形變熱處理技術(shù)。采用該技術(shù)可將晶粒尺寸細化至約10 μm，但其晶粒組織具有不均勻性，沿板材厚度方向呈層狀分布，表層晶粒細小等軸，中心層晶粒組織粗大呈扁平狀。劉穎維[48]在杜予晅建立的2195鋁鋰合金形變熱處理工藝的基礎(chǔ)上，在過時效工序前增加了預變形技術(shù)，提高了晶粒細化程度并改善了晶粒組織的不均性。在“十五”、“十一五”期間，中南大學采用高溫強時效、強應變軋制的形變熱處理技術(shù)，在西南鋁業(yè)(集團)有限公司試制出國產(chǎn)超塑性鋁鋰合金板材，板材尺寸達2000 mm×1200 mm×2 mm(長×寬×厚)，在細晶鋁鋰合金薄板工業(yè)化制備技術(shù)上取得了突破性進展[49]。

4 新型鋁鋰合金研究及應用

4.1 新型鋁鋰合金的成分設(shè)計與組織調(diào)控

新型鋁鋰合金屬于Al-Cu-Li系合金，與第二代鋁鋰合金相比，主合金元素的發(fā)展方向為增加Cu含量和降低Li含量。此外還添加了少量Mg，Mn，Zn，Ag，Sc 等微合金化元素。主合金元素Cu主要作用是形成強化相T1(Al2CuLi)和θ′型(類Al2Cu)強化相。Cu同時可以形成增加韌性的T2(Al6CuLi3)相。T1相易于在亞晶界和位錯處形核，所以時效前進行預變形處理可顯著提高合金力學性能。Li的作用是增加強度和減小合金密度，因為Li不但參與T1、T2和θ′型相的形成，同時可以形成強化相δ′(Al3Li)。添加Mg主要是起到強化作用，Mg可加速GP區(qū)形核從而促進T1相析出，同時抑制δ′相的生長。復合添加Mg和Ag能產(chǎn)生更大的時效強化效果。Zn通常固溶在基體中，起到增加抗腐蝕性能的作用。Mn的添加是形成非共格的Al20Cu2Mn3彌散相，促進塑性變形的均勻滑移，提高損傷容限，同時可以控制形變熱處理過程中的晶粒尺寸和織構(gòu)。Zr，Sc添加的主要作用是形成控制再結(jié)晶的共格β′(Al3Zr)、Al3Sc粒子。基于上述組織控制原理的新型鋁鋰合金組織模式如圖1所示。

圖1 新型鋁鋰合金組織調(diào)控模式[50]Fig.1 Microstructure design mode of new aluminum lithium alloys[50]

4.2 新型鋁鋰合金的性能特點及應用

近年來，國際上已有關(guān)于第四代鋁鋰合金的報道。第四代鋁鋰合金的概念是在2009年的一次國際會議上由Roger Digby提出。與第三代相比，第四代鋁鋰合金的鋰含量進一步降低，強度、斷裂韌性提升，伸長率有所降低，而其他性能基本仍能達到第三代鋁鋰合金的水平，如圖2所示。目前，世界上Alcoa和Alcan兩大鋁業(yè)公司已經(jīng)著手開發(fā)新一代鋁鋰合金。

圖2 第三代、第四代鋁鋰合金以及2524合金的性能比較[14]Fig.2 Properties comparison among the third generation,the fourth generation Al-Li alloys,and 2524 Al-Li alloy [14]

美、俄、歐等國鋁鋰合金軋制、擠壓、鍛造的生產(chǎn)技術(shù)已達到常規(guī)鋁合金水平，并已在航天航空領(lǐng)域進入實用階段。美國麥道公司采用俄羅斯研制的1460鋁鋰合金制造出直徑4.5 m的液氧貯箱，通過了室溫、液氮溫度和飛行測試，獲得了37%的減重效果[51]。美國“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機外貯箱(直徑8.4 m、長46.1 m)采用2195鋁鋰合金替代2219合金，重量減輕5%，強度提高30%，共減重3.4 t[52]。 2050、2196、2198等最新研制出的第三代鋁鋰合金在先進的空客A350、A380飛機上都得到了應用，表4給出了部分第三代鋁鋰合金在航空航天飛行器上的應用實例[50,53-55]。載客量最大的空客A380客機采用新一代2199鋁鋰合金制造了飛機的機身蒙皮、地板梁、電子設(shè)備安裝架等構(gòu)件，并替代了2524-T3薄板等，實現(xiàn)了幾百千克的減重效果[32]。美國鋁業(yè)公司為波音787客機生產(chǎn)了先進的鋁鋰合金，用于制造翼梁、發(fā)動機吊架等零件，并考慮機體的部分現(xiàn)用鈦合金也改為采用先進的鋁鋰合金替代。俄羅斯研制的新一代型號為MS-2的客機也大量使用了先進鋁鋰合金。我國目前應用最為廣泛和成熟的為第二代鋁鋰合金，如從俄羅斯引進的1420鋁鋰合金(國產(chǎn)牌號為5A90)深沖模鍛件已實現(xiàn)在某型號導彈上的批量應用，該合金薄板也實現(xiàn)在某新型戰(zhàn)機蒙皮上的應用。近幾年來，隨著我國大飛機項目的推進，第三代鋁鋰合金的應用也取得進展，例如在中鋁公司西南鋁業(yè)(集團)有限責任公司成功試制出大飛機項目所需的第三代2099鋁鋰合金直徑為Φ540 mm圓錠，實現(xiàn)了我國生產(chǎn)多組元、高合金化鋁鋰合金鑄錠的突破。2010年12月1日，中國航空工業(yè)集團公司采用由美國鋁業(yè)公司達文波特軋制廠提供的新一代鋁鋰合金成功制造出C919國產(chǎn)大型客機的機身等直部段，如圖3所示。該等直段尺寸規(guī)格為：7.45 m×4.2 m×4.2 m(長×寬×高)，為國產(chǎn)C919客機七大部段之一，這是我國民用飛機制造中首次使用鋁鋰合金材料[56]。隨著鋁鋰合金研究的不斷深入，我國鋁鋰合金的應用也將更加廣泛。

圖3 C919客機機身的鋁鋰合金等直部段[56]Fig.3 Straight segment of C919 airplane frame fabricated by the Al-Li alloy[56]

AlloyDensity/g·cm-3ProductsformApplication14602.60PlatesStoragetankofliquidoxygen21952.71PlatesStoragetankofliquidoxygenofspaceshuttle20982.70Mediumplates,sheetsFuselageofmilitaryaircraft21982.70Mediumplates,sheetsFuselageskins21962.63SectionsFloorbeams,floorstructure,fuselagestiffeners20992.63SectionsFuselagestructures,lowerwingstringers21992.64Mediumplates,sheetsFuselageskins,lowerwingskins20502.70PlatesFuselageframes,lowerwingreinforcements

5 結(jié) 語

客機的大發(fā)展強勁地拉動了對鋁鋰合金的市場需求，面對復合材料等新型飛行器用結(jié)構(gòu)材料對傳統(tǒng)航空鋁合金材料的競爭沖擊，新型鋁鋰合金在減重、控制風險和降低生產(chǎn)、加工和維修成本方面具有優(yōu)勢，通過發(fā)展新型鋁鋰合金和先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計已成為支撐新一代飛機發(fā)展的重要技術(shù)手段。與美國、俄羅斯相比，在鋁鋰合金材料生產(chǎn)方面中國仍有不小差距。中國應加大鋁鋰合金研發(fā)力量，擺脫跟蹤型研究狀態(tài)，深入研究鋁鋰合金成分、塑性變形和熱處理工藝、微觀組織和性能之間的關(guān)系，形成具有自主創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)的新一代鋁鋰合金體系。同時應該提高鋁鋰合金工業(yè)化生產(chǎn)能力，升級擴大西南鋁業(yè)(集團)有限責任公司的鋁鋰合金熔鑄能力或新建鋁鋰合金熔鑄生產(chǎn)線，滿足航空航天領(lǐng)域?qū)π滦弯X鋰合金的迫切需求。

References

[1]Lavernia E J,Grant N J.JournalofMaterialsScience[J],1987,22(5):1521-1529.

[2]Rioja R J.MaterialsScienceandEngineeringA[J],1998,257(1):100-107.

[3]Yin Dengfeng(尹登峰)，Zheng Ziqiao(鄭子樵).MaterialsReview(材料導報)[J],2003,17(2):18-20.

[4]Yang Shoujie(楊守杰)，Lu Zheng(陸 政)，Su Bin(蘇 彬)，etal.JournalofMaterialsEngineering(材料工程)[J],2001(5):44-47.

[5]Friedlander I N,Bratukhin A G,Davydov V A.SovietAl-LiAlloysofAerospaceApplications[C].Garmisclr Partenkirchen:DMG Verlag,1992:35-42.

[6]Rioja R J,Graham R H.AdvancedMaterialsandProcesses[J],1992,141(6):23-26.

[7]Bretz P E,Sawtell R R.Aluminium-LithiumAlloys:Progress,ProductsandProperties[C].London:Institute of Metals,1986:47-56.

[8]Meyer P,Dubost B.ProductionofAluminium-LithiumAlloyswithHighSpecificProperties[C].London:Institute of Metals,1986:37-46.

[9]Peel C J,Evans B,Mcdarmaid D.CurrentStatusofUKLightweightLithiumContainingAluminiumAlloys[C].London:Institute of Metals,1986:449-454.

[10]Fridlyander I N,Sandler V S.MetalScienceandHeatTreatment[J],1988,30(8):36-38.

[11]The Aluminum Association.International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys [R].

[12]Xiao Yaqing(肖亞慶)，Xie Shuisheng(謝水生)，Liu Jingan(劉靜安)，etal.PracticalManualofAluminumProcessingTechnology(鋁加工技術(shù)實用手冊)[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2005.

[13]Qiu Huizhong(邱惠中).AerospaceMaterials&Technology(宇航材料工藝)[J],1998(4):39-43.

[14]Xie Lei(謝 磊).DissertationforMaster(碩士論文)[D].Changsha:Central South University,2013.

[15]Immarigeon J,Holt R T,Koul A K,etal.MaterialsCharacterization[J],1995,35(1):41-67.

[16]Lavernia E J,Srivatsan T S,Mohamed F A.JournalofMaterialsScience[J],1990,25(2):1137-1158.

[17]Mao Wenfeng(毛文鋒)，Song Feiling(宋飛靈)，Zhu Yiyuan(朱義元).AviationEngineering&Maintenance(航空制造工程)[J],1994(4):29-32.

[18]Cui Jianzhong(崔建忠)，Zeng Meiguang(曾梅光)，Zhang Caipei(張彩培)，etal.AerospaceMaterials&Technology(宇航材料工藝)[J],1990(2):24-28.

[19]Wadsworth J,Henshall C A,Nieh T G.Superplastic Aluminum-Lithium Alloys[C].London:Institute of Metals,1986:199-212.

[20]Philips V A.Metallography[J],1986,19(3):265-283.

[21]Srinivasan M N,Goforth R E,Balasubramanian R.MaterialsCharacterization[J],1992,29(3):397-406.

[22]Wadsworth J,Pelton A R,Lweis R E.MetallurgicalTransactionsA[J],1985,16A(12):2319-2332.

[23]Pandey M C,Wadsworth J,Mukherjee A K.MaterialsScienceandEngineeringA[J],1986,80(2):169-179.

[24]Ha T K,Chang Y W.ScriptaMetallurgicaEtMaterialia[J],1995,32(6):809-814.

[25]Avramovic-Cingara G,Aust K T,Perovic D D,etal.CanadianMetallurgicalQuarterly[J],1995,34(3):265-273.

[26]Chokshi A H,Mukherjee A K.MaterialsScienceandEngineeringA[J],1989,110(3):49-60.

[27]Liu Q,Huang X,Yang J,etal.ScriptaMetallurgicaEtMaterialia[J],1991,25(2):387-392.

[28]Du Y X,Zhang X M,Ye L Y,etal.TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina[J],2006,16(S3):s1379-s1382.

[29]Kaibyshev R,Osipova O.MaterialsScienceandTechnology[J],2005,21(10):1209-1216.

[30]Fan W J.ThesisforDoctorate(博士論文)[D].Winnipeg:The University of Manitoba,1998.

[31]Kridli G T.ThesisforDoctorate(博士論文)[D].Columbia:University of Missouri-Columbia,1997.

[32]Zhang Lingyun(張凌云)，Qi Guigen(祁桂根).MetalFormingTechnology(金屬成形工藝)[J],2001,19(3):1-3.

[33]Ma B T,Pichens J R.Superplastic Formability of Al-Cu-Li Alloy Weldalite 049[R].NASA Contractor Report,1991.

[34]Swanson G M,Loechel L W.NetShapeProcessesandPropertiesofWeldaliteTM049Components[C].Oberursel:DGM,1992:982-985.

[35]Fridlyander J N,Kolobnev N I,Khokhlatova L B,etal.Aluminium[J],1992,68(4):334-336.

[36]Kaibyshev R,Shipilova K,Musin F,etal.MaterialsScienceandTechnology[J],2005,21(4):408-418.

[37]Furukawa M,Berbon P,Langdon T G,etal.MetallurgicalandMaterialsTransactionsA[J],1998,29(1):169-177.

[38]Mazilkin A A,Myshlyaev M M.JournalofMaterialsScience[J],2006,41(12):3767-3772.

[39]Valiev R Z,Islamgaliev R K,Alexandrov I V.ProgressinMaterialsScience[J],2000,45(1):103-189.

[40]Furukawa M,Iwahashi Y,Horita Z,etal.ActaMaterialia[J],1997,45(11):4751-4757.

[41]Horita Z,Furukawa M,Nemoto M,etal.MaterialsScienceForum

[J],1997,243-245:239-244.

[42]Valiev R Z,Islamgaliev R K,Stolyarov V V,etal.MaterialsScienceForum[J],1998,269-272:969-974.

[43]Mishra R S,Valiev R Z,Mcfadden S X,etal.PhilosophicalMagazineA[J],2001,81(1):37-48.

[44]Du Yuxuan(杜予晅)，Zhang Xinming(張新明).MaterialsReview(材料導報)[J],2006,20(11):241-244.

[45]Liu Zhiyi(劉志義).ThesisforDoctorate(博士論文)[D].Shenyang:Northeastern University,1993.

[46]Liu Qing(劉 慶).ThesisforDoctorate(博士論文)[D].Harbin:Harbin Institute of Technology,1991.

[47]DU Yuxuan(杜予晅).ThesisforDoctorate(博士論文)[D].Changsha:Central South University,2007.

[48]Liu Yingwei(劉穎維).ThesisforDoctorate(博士論文)[D].Changsha:Central South University,2008.

[49]Ye Lingying(葉凌英).ThesisforDoctorate(博士論文)[D].Changsha:Central South University,2010.

[50]Giummarra C,Thomas B,Rioja R J.New Aluminum Lithium Alloys for Aerospace Applications[R].2009.

[51]Fridlyander I N.MetalScienceandHeatTreatment[J],2001,43(1):6-10.

[52]Xia Deshun(夏德順).MissilesandSpaceVehicles(導彈與航天運載技術(shù))[J],2000(5):5-10.

[53]Knuwer M,Schumacher J,Ribes H,etal.2198-Advanced Aluminium-Lithium Alloy for A350 Skin Sheet Application[R].2009.

[54]Lequeu P,Lassince P,Warner T.Aluminum Alloy Advances for the Airbus A380 [R].AM&P,2007

[55]Williams J C,Starke Jr E A.ActaMaterialia[J],2003,51(19):5775-5799.

[56]Xu Yixin(徐一新).中航工業(yè)洪都交付C919機身等直段部段[N].ChinaAviationNews(中國航空報),2010-12-04.

(本文為本刊約稿，編輯 惠 瓊)

Progress of Aerocraft Al-Li Alloys

LI Hongping1,2,YE Lingying1,DENG Yunlai1,ZHANG Xinming1

(1.School of Materials Science and Engineering,Central South University,Changsha 410083,China)(2.Shanghai Aircraft Design and Research Institute of COMAC,Shanghai 200232,China)

In order to face the fierce substitution competition from the composites and other structural materials and meet the strict requirements of new generation airplane for the service performance of the aluminium alloys,scientists and engineers need to keep developing new aluminium alloys with comprehensive performance and their processing technology,and to investigate the processing principle and technology of material/structural parts integration.Compared with the composites,new generation aluminium-lithium alloys are lighter,with lower risk,less expensive to manufacture,operate and repair than composites-intensive planes.It becomes an important technology to support new generation airplanes by new aluminium-lithium alloys in combination with advanced structural concepts.The development history of aluminium-lithium alloys and typical alloy compositions,properties and applications in different stages are briefly reviewed,as well as the superplasticity technology of aluminium-lithium alloys and their application in aerospace industries.The development trade of composition design and microstructure control in new generation aluminium-lithium alloys are introduced,and their application prospect is discussed.

Al-Li alloy; aerospace; superplastic; alloy composition; microstructure

2015-12-23

國家自然科學基金資助項目(51205419); 科技部“973”計劃項目(2012CB619501)

李紅萍，女，1975年生，高級工程師

葉凌英，男，1981年生，博士，副教授，Email:lingyingye@csu.edu.cn

10.7502/j.issn.1674-3962.2016.11.07

TG146.21

A

1674—3962 (2016)11-0856-07