铝锂合金总结

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1、铝-锂合金归纳总结在铝合金中加入金属元素锂(Li),可在降低合金密度的同时提高合金的弹性模量。研 究表明，在铝合金中每添加1%的L i,可使合金密度降低3% ,而弹性模量提高6% ,并可保 证合金在淬火和人工时效后硬化效果良好。因此，铝锂合金作为一种低密度、高弹性模量、 高比强度和高比刚度的铝合金，在航空航天领域显示出了广阔的应用前景。铝锂合金的发展大体上可划分为三个阶段，相应出现的铝锂合金产品可以划分成三代。 第一代铝锂合金产品的塑韧性水平太低，第二代铝锂合金本身仍存在以下问题：合金的 各向异性问题较普通铝合金严重；合金的塑韧性水平较低；热暴露后会严重损失韧性； 大部分合金不可焊，降低了减重

2、效果，铆接时往往表现出较强的缺口效应;强度水平较 低，难以与7000系超高强铝合金竞争等。第三代铝锂合金的成分及性能表1和表2给出了第三代主要铝锂合金产品的成分及性能。可见，在合金成分设计上， 第三代铝锂合金降低了1 i含量，而增加了3含量，并且往往添加一些新的合金化元素A g, M n, Zn等；在性能水平上，第三代铝锂合金较以往铝锂合金都有了较大幅度的提高，其中 尤以低各向异性铝锂合金和高强可焊铝锂合金最引人注目。表1第三性耍铝握合金的化学成分Table 1 The compositrin of the (hiri generatioa of A IL iilbysLiCnMgZr槌ZnM

3、nO thtrs1倒2 .5-3 50.1)Sc: M4 0.20WeldaliteMO-M-82-J-5.20 2 0-80.14om以1.34 504OH0x4洲l.l4.20.9OH0.4海l.M?0.25-0.9OH021950-9-1234430.25-0-80 14。一加M0-250-25T菁0 1WddiUW1.34.5040.140.4Q.52DS71-M 82-5-3 10350.140-350-b 0- 6Tl d 1521971 一火 17Hl成0 120.05O.H (L 5Ti 0-12AF彻91111030 050.603人玖双1.72.7030.080.603表:

4、-些第三代铝建合金的典型性能Twble 2 The pnoperties of the thiid generatbn of A 1-L i alloys台金脚号材料状态a.AIPatffi.lAl PaZ CyM Pa m-2Cmni彳极3704908.0挤压型材刨攻0.S1440粉虬鞅板纵间5404856.0粉轧薄板横向5604958.0冷轲薄根4553047011.0拼卅棒材T6 询潜呀TS7207146816923.7% 32094排招棒材酉70 e6724-5排压棒材TS717696S.52095航侦棒材T67186X3j.S挤R棒材TS7(H)667S.0207.&nm板T5飙向6

5、125819.S21957. Sum板T5横向59255112- 17.anm 164548912-6Welda lite? 10掰幽材T6 伽涛所T8#= 75&1谕,河方活2.87.5厚板T恶(L) 440妲04.02197厚板 。丁)4404208.03临爬板T8 (ST)4203 S02.024.2热轧厚梅T8耕向洌9003042 4AF.4S9趋轧MTSffiM46S1.533 6燧轴？板Tg 455454745.037 9U.而im摩根T8纵向53049610.7AF/C45S12. 7aun厚叛T8槌向5444?件12.血m厚植TS45”50341912.8低各向异性铝锂合金的研

6、制铝锂合金比普通铝合金有着更为严重的各向异性问题。铝锂合金的各向异性与多种因素 有关，这些因素主要有：元素Li能促使合金的各向异性，即使L i含量少于0.5%,也会 带来较大的织构密度合金使用态多为扁平的未再结晶组织；合金在使用态下具有较强 的晶体学织构；析出相的形状、惯析面、变形特点等对各向异性也有一定的影响。为控制铝锂合金的各向异性，目前采用的主要方法有：降低Li含量；添加或减少 合金化元素；采用合适的中间热处理和最终热处理工艺，以降低或改善合金中的织构。这些严重的织构对合金的性能有着重大影响：大部分铝锂合金的纵向性能与横向性 能有较大差别，通常在与轧制方向成45 60方向上拉伸强度降低1

7、5%以上；在强度 高的位向上断裂韧性低；在强度低的位向上裂纹扩展速率高。铝锂合金由于塑韧性水平 较低，因此，有关铝锂合金断裂韧性的各向异性问题是更加突出的问题。一些铝锂合金在纵 向(L )、L + 45、长横向(L T )及短横向(ST )上的断裂韧性值见表3。采用高温短 时保温+快冷水淬的再时效工艺，使8090-T 8771板材获得的强度仅损失7%，而短横向断裂 韧性提高60%的效果，从而降低了该合金的各向异性。表3铝徨合金不同位向上的断裂制性Table 3 The fracture toughness qil different oiienf oA H alloys.合金段其徂悉EgPa

8、- m-L451L-Ts-iIQ90T8E413-6337617A6258090T0155493613209低各向异性的A F/C-489和AF/C-458新型变形铝锂合金具有低的各向异性，这主要归 因于两个方面：一是合金中含有0.3%的M n, A l6M n粒子能够抑制合金的再结晶，细化晶 粒，降低合金的各向异性；二是合金在轧制过程中加入一次中间热处理的新工艺，中间热 处理的目的是促进再结晶的发生，降低织构的强度。IPA受B rass织构(110 )影 响最大，B s织构密度越大，合金的IPA值也越大，合金的各向异性越明显。1460合金中含有少量的稀土元素Sc，Sc可以大幅度提高铝锂合金的

9、综合性能。总的说 来，1460合金与1201相比，ob、O0.2分别提高25%和35%，质量减轻20% -25%，疲劳寿 命提高20% -30%，而焊接性能相当。Weldalite铝锂合金系列，主要包括2094，2095，2096，2195等牌号。这些合金强度可 达690M Pa，其强度水平居铝合金前列。此外，Weldalite系列在多种焊接工艺下均可形成致 密的焊缝，不易形成气孔和裂缝，其焊缝抗拉强度和断裂韧性较2219合金均提高30%左右。上述高强可焊铝锂合金均属于入l-Cu-L i系，与第二代铝锂合金相比，其Cu/L i比高 出很多，这主要是因为人们发现片状的T1相(A l2CuL i)

10、是铝合金中最具有潜力的强化相， 高Cu/L i比成分下，合金的主要析出强化相是丁 而不是6相(A l3L i)，当加入合金元 素A g后，还可大大提高合金的强度。此外对铝锂合金可焊性与合金成分的研究表明，高 Cu/L i比合金的焊接性能更好。在1460合金成分的基础上加入0.5%M g，0. 3%M n，研制成 功了一种新型高强可焊铝锂合金，该合金屈服强度比1460提高5%，而延伸率提高100%， 合金的断裂韧性达112MPam% (注:Kq值)，即使在85C下暴露1000h，断裂韧性仍高达89M Pa m %。它可用来替代不可焊的7075，7050合金和可焊的2219合金。AI-L i合金的

11、热处理A1-Li合金的热处理有均匀化退火处理、固溶化处理、时效及形变热处理等。合金在加热时，为了防止合金的氧化，通常在保护性气氛中加热；采用分级时效，可改善 合金的韧性，并消除其各向异性；将固溶处理后的合金进行予冷变形，然后再进行时效处理， 可使时效过程中析出的第二相粒子呈均匀、细小、弥散分布，并减少无沉淀带宽度，从而可 提高合金的强韧性。铝锂合金塑韧性的改善归纳起来，铝锂合金塑韧性低的原因有以下几点：6相(Al3Li)相的超点阵结构，与 基体完全共格易产生共面滑移引起局部应变集中；6、T2相的晶界沉淀，引起晶间断裂；Na、 K、Ga等碱金属杂质易在晶界偏析，形成钠脆；Li的存在使铝锂合金含有

12、比一般铝合金更高 的氢，严重地损害铝锂合金的塑韧性。针对铝锂合金的组织特征、强化机制和导致该合金塑韧性低的根本原因，研究者们采取 了下列强韧化措施： 合金化在铝锂合金中添加微量Zr、Sc,分别形成Al3Zr、Al3Sc弥散质点，对基体起 弥散强化和细晶强化作用。此外，加入少量Be可抑制Na在晶界上的偏析；加入Co、Ti、Ge 等元素形成较多的非共格相或脖 的共生相，从而提高塑韧性。分别或同时加入Cu、Mg、Ag 等元素可有效改善铝锂合金的强韧性；首先,Cu、Ag、Mg有固溶强化效果。其次，添加Cu 后促使合金时效时析出O (Al2Cu)和T1(Al2Culi)相，增强了时效硬化效果，而且有助于

13、减 小晶界无脱溶带(PFZ)的宽度；再者Cu、Mg同时添加可在位错或亚晶界处不均匀析出较大体 积分数的S (Al2CuMg)弥散相，位错难以切过而只能绕过，从而降低了Al一Li合金共面滑 移的倾向，并激发其产生交滑移促进合金的均匀变形。最后，在AlCuL 1合金中加入少量 Ag可提高时效强化效果，加速T1相的析出，少量Mg、Ag共同加入形成MgAgclusters能更有 效地促进T1相的析出。 形变热处理对固溶处理后的铝锂合金在时效前进行适当冷变形，可在合金基体中形 成密布的位错或位错缠结，成为S、T1等相非均匀形核的位置，从而增大位错不能切割的 沉淀相的体积分数，减少合金的共面滑移及晶界应力

14、集中。同时，时效前的冷变形可加快沉 淀动力学，使沉淀相更细小均匀地分布、增多，抑制晶界平衡相的形成。 分级时效研究表明，先低温后高温的时效处理能促进大量相弥散，细小、均匀地形 核，并阻止粗大平衡相沿晶界析出和在晶界形成PFZ。此外，分级时效使合金中出现较多的 Al3Li/Al3Zr复合粒子，从而达到改善AlLi合金强韧性的目的。 低Li化低Li化减少了6相析出引起的共面滑移和大量吸氢引起的氢脆，但这是以 牺牲密度为代价而达到提高韧性和热稳定性的目的。 纯净化利用真空纯化法，使碱金属总含量由原来的310ppm降到1ppm以下,H含量也 显著降低，从而使合金韧性显著提高 2090AlL 1合金，其断裂韧性比碱金属含量大于5ppm 的AlLi合金的高得多，且在65笆下暴露1000h后韧性几乎不降低。各向异性的改善AlL 1合金的各向异性比常规铝合金的高，这种差别主要是由较高