2.7.1  铝合金

2.7.1 铝合金

1.Al-Cu-Mg合金系(2000系列)

为提高2024的断裂韧性,通过控制合金中的Fe、Si杂质量并调整溶质元素的量,美国研制出了2124、2048和2524等合金。其中新型合金2524已广泛用于大型客机机身,在强度相当的条件下,其断裂韧性和抗疲劳能力明显优于2024。

2000系合金的高温蠕变强度很高,典型合金有2618和2219。其中2219合金是一种焊接性、耐热性、韧性都很好的合金,主要用作航空油箱材料。

为了进一步降低2219合金中的Fe、Si杂质量,提高Cu含量使之达到固溶极限以上,开发了韧性更高的2419、2021及2004合金,而且2004合金超塑性能良好。

研究发现,微量Ag(~0.1at.%)可促进所有含Mg铝合金的时效强化。由此开发出的典型合金有Al-4Cu-0.3Mg-0.4Ag和Al-6.3Cu-0.4Mg-0.4Ag-0.3Mn-0.2Zr。与其他2000系合金相比,前者具有优良的蠕变性能;后者既具有较高的室温强度,又提高了高温和蠕变性能。

目前,法国也发明了一种高蠕变强度的含Ag铝合金(法国专利No.5738735)。

2.Al-Zn-Mg-(Cu)合金系(7000系列)

对于7000系合金,长期困扰的问题是7079-T6和7075-T6等合金抗应力腐蚀开裂性差,为此开发了T73热处理工艺。T73热处理对防止应力腐蚀很有效,但与T6处理相比,材料强度降低了15%。因此,很多研究都围绕着如何获得T6的强度又具有T73的抗应力腐蚀性能。通过调整成分和工艺,出现了7049、7050、7150和7033等合金;添加Zr代替Cr,开发了7010和7012合金;在T73之前对合金进行热变形;采用T77处理工艺的合金,如7055-T7751,用于某客机以承受压缩载荷为主的上机翼翼面,使其重量减少了6350N。英国于1999年6月开发并在美国注册的7034合金,则具有优秀的损伤容限。

3.Al-Li合金系(铝锂合金)

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。

以锂为主要合金元素的新型铝合金,隶属于2000系列(Al-Li-Cu-Zr)和8000系列(Al-Li-Cu-Mg-Zr)的范畴。其最大特点是密度低(相对密度仅约1.7),比强度、比刚度高,耐热性和抗应力腐蚀性能好,可进行热处理强化。

Al-Li合金已经在军用飞机、民用客机和直升机上使用或试用,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。

按时间顺序和性能特点可将铝锂合金的发展趋势划分为三代:

第一代以1957年美国Alcoa公司研究成功的2020合金为代表,但塑性、韧性差。

第二代为20世纪70~80年代发展起来的铝锂合金,其中具有代表性的合金有:前苏联的1420、美国的2090、英国的8090和8091及法国的2091等,这些合金具有密度低、弹性模量高等优点,都已获得了一定的应用,其中1420是目前最为成熟的铝锂合金。

进入20世纪90年代以后,针对第二代铝锂合金本身存在的各向异性、不可焊、塑韧性及强度水平较低等问题,开发出了一些具有特殊优势的第三代新型铝锂合金。如高强可焊的1460和Weldalite系列合金、低各向异性的AF/C489和AF/C458合金、高韧的2097和2197合金、高抗疲劳裂纹的C-155合金、及经特殊真空的XT系列合金及超轻的8024Al-Li-Zr合金(1999年注册)等。其中对高强可焊合金和低各向异性合金的研究最多,是第三代铝锂合金的发展方向。