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鋁鋰合金：現代飛機新型材料的選擇 鋁鋰合金是什么材料

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鋁鋰合金：現代飛機新型材料的選擇 鋁鋰合金是什么材料

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鋁鋰合金材料是近年來航空航天材料中發展迅速的先進輕質結構材料 。它具有低密度、高彈性模量、高比強度和比剛度、良好的疲勞性能、耐腐蝕性能和焊接性能等諸多優異的綜合性能 。替代常規高強度鋁合金可使結構質量降低10%~20% ， 剛度提高15%~20% 。因此 ， 在航空空航天領域顯示出廣闊的應用前景 。
雖然鋁鋰合金在航空航天領域有著廣闊的應用前景 。但由于其成本高于普通鋁合金 ， 室溫塑性差 ， 屈強比高 ， 各向異性明顯 ， 冷加工時易開裂等 。 ， 很難形成它的成型 。目前只能形成簡單的零件 ， 難以制造復雜的零件 ， 限制了其在結構件中的應用 。近年來 ， 國外鋁鋰合金的研究和成形技術日趨成熟 ， 不僅廣泛應用于軍用飛機和航天器；而且民用飛機使用的鋁鋰合金量也在增加 ， 比如奮進號航天飛機的外艙 ， 空客機A330 /340/380等系列飛機 。在我國 ， 由于鋁鋰合金的熔煉鑄造工藝、板材軋制擠壓技術的不成熟 ， 以及新型鋁鋰合金的研發相對落后 ， 目前在某些型號的航天器上的應用還很少 。
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1.先進鋁鋰合金的發展現狀
根據鋁鋰合金發展的歷史過程和成分特征 ， 可分為三個階段 。
第一階段是初始發展階段 ， 這一階段的時間跨度為20世紀50年代至60年代初 。其主要代表是美國美鋁公司于1957年成功研究的2020合金 ， 應用于海軍RA-5C軍用預警機的機翼蒙皮和尾翼水平安定面 ， 獲得了6%的減重效果 。前蘇聯在20世紀60年代成功研制出BA23合金 。然而 ， 這兩種合金具有延展性低、缺口敏感性高、加工生產困難等特點 。 ， 不能滿足航空空的生產和性能要求 ， 并未得到進一步應用 。
20世紀60年代中期 ， 在能源危機的壓力下 ， 鋁鋰合金被重新估值 ， 進入快速發展階段 ， 即第二階段 。在此期間 ， 鋁鋰合金得到了迅速發展和全面研究 ， 其中具有代表性的合金有:前蘇聯研制的1420合金、美國Alcoa公司的2090合金、英國Alcan公司的8090和8091合金等 。這些合金具有密度低、彈性模量高的優點 ， 可用于替代航空航天空航天器用2xxx和7xx鋁合金 。例如 ， 前蘇聯在米格-29、蘇-35戰斗機和一些遠程導彈彈頭的外殼上使用了1420合金部件 。雖然第二代鋁鋰合金在研究和應用方面取得了顯著的成就 ， 但由于其各向異性嚴重、塑性韌性低、受熱嚴重、韌性喪失、大多數合金不可焊性等原因 ， 很難與7xx鋁合金競爭 。
20世紀80年代末 ， 以美國Weldalite049系列合金為代表的第三代高強度可焊鋁鋰合金相繼研制成功 ， 并成功應用于航空航天空等領域 。目前 ， 新型第三代鋁鋰合金正朝著超強度、超韌性和超低密度方向發展 ， 其中研究最多的是高強度可焊合金和低各向異性合金 。此外 ， 還開發了一種顆?；蚓ы氃鰪奡iC陶瓷的各向同性Al-Li金屬基復合材料 ， 其彈性模量達到130GPa ， 成為航空航天空領域其他復合材料的有力競爭者 。
【鋁鋰合金：現代飛機新型材料的選擇 鋁鋰合金是什么材料】
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2.鋁鋰合金在航空航天網絡中的應用及發展趨勢
據統計 ， 每減輕1kg結構重量 ， 經濟效益可達10倍以上 ， 因此低密度鋁鋰合金受到航天工業的廣泛重視 。鋁鋰合金在許多航空航天部件中已經取代了傳統的高強度鋁合金 。其中 ， 在美國的應用發展非常迅速 ， 尤其是在航空航天行業 。洛克希德·馬丁公司用8090鋁鋰合金制造了大力神運載火箭有效載荷艙 ， 重量減輕了182公斤 。
1994年 ， 為了解決“奮進”號航天飛機外艙超重問題 ， 洛克希德·馬丁公司和雷諾茲金屬公司開發了一種新型2195材料 ， 以取代以前的2219合金 。這種合金的密度比2219合金輕5% ， 而強度比后者高30% 。2195材質的全焊接罐體可減重3405kg ， 其中液氫罐1907kg ， 液氧罐736kg 。直接經濟效益近7500萬美元 ， 因此被稱為超輕重量坦克 。俄羅斯在鋁鋰合金的研究、生產和應用方面一直處于領先地位 。為了提高載荷能力 ， 航天飛機的外燃料箱采用鋁鋰合金 ， 而“能源”號運載火箭的低溫箱采用1460鋁鋰合金 。

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