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铝锂合金应用的现状与前景
Makealittleprogresseveryday,January5th,2020
铝锂合金应用的现状与前景
刘玉海
铝-锂合金是在开发更轻的飞机结构材料过程中应运而生的;十几年
前就已达到批量供应能力;但直到目前;还没有达到未来预期的那样应用
规模;有待于作进一步的开拓工作;把它推上一新台阶..材料生产企业目
前期待着大型客机生产公司能在新型飞机上使用这类合金;从而推动这种
高技术合金向前发展..
70年代后期;材料科学工作者与航空部门的工程技术人员认为;在飞
机用材中大量使用铝-锂合金可能大大减轻其重量;因此;除一些工业发
达国家的官方研究院所外;还有一批大的铝工业公司也先后竞相投入了极
大的精力与财力来开发实用的铝-锂合金及其批量生产工艺..
1993年;彼施涅公司在其研究试验中心建设了一套生产铝-锂合金的
专用设备;年生产能力为450吨;美国铝业公司在其匹兹保的技术研究中
心的中间试验厂内生产这类合金;生产能力为9100吨/年;而加拿大铝业
公司在英国已建立起一个小型规模的铝-锂合金生产厂;生产能力为3000
吨/年..
加拿大的霍默斯认为;铝-锂合金的性能很难一言以蔽之;因为它的
各种性能既与合金化有关;又与热处理工艺密切相关;不过;一般地说;该
合金的强度虽不如钛合金的;但可在保持其高强度性能的同时;可通过不
同的工艺处理使它拥有不同的其他性能..
霍默斯说:“8090合金可以超塑成形;这是它的最可贵的性能之一;
它在高温成形后;仍具有很高的强度性能”..通过超塑成形;可以制得形
状复杂的部件;不但可以减少零件数量;而且可以免除把零件组装成多种
联接工艺..超塑成形是一种特殊的成形工艺;因而成本高昂..
铝-锂合金与其他合金不同之处是;可在空气中淬火;可避免水淬时
产生的唯一热应力变形..加拿大铝业公司批量生产的唯一铝-锂合金是
英国国防部研制的8090合金;该公司从英国政府购得了专利..8090合金
含2.5%锂以及少量的Cu、Mg、Zr和其他元素..霍默斯指出;在实际生产
中;Cu和Mg的含量虽然仍在专利的范围内;但其范围比例控制得很严格;
且成份随产品种类诸如挤压材、轧制厚板或薄板等的不同而加以精细的
调整..
目前;世界上的一些主要飞机制造公司大都购买了铝-锂合金半成品;
用于试制新型飞机;但用量与起步速度;比预计的少与慢;而且迄今主要用
于军用飞机而非客机..在美国已用铝-锂合金制造C17军用运输机的原
型机;英国生产的“西大陆101型”Westland101直升机地板支撑型材是
用铝-锂合金挤压的;而且其未来机型的机舱框架将采用铝-锂合金锻件
制造..
西大陆飞机公司正准备用铝-锂合金制造101型直升机的蒙皮;英
国公司已用铝-锂合金薄板制造欧洲战斗机EFA原型机的机身蒙皮;而
法国达萨尔Dassault公司则用铝-锂合金制造第三次改型的拉法尔
Rafale战斗机原型的主要构架..
铝-锂合金的最大发展潜力无疑是用在下一代空中客车飞机上;这种
在民用客机上的应用一旦成功;不仅其本身具有十分重要的意义;且能证
明这种合金也适用于客机..
然而铝-锂合金目前而且以后仍将是很昂贵的材料;这使得对价格很
敏感的飞机制造公司对该合金的使用很谨慎;只用它制造那些被认为是合
算的零部件..铝-锂合金之所以昂贵;是由下列因素造成的..
首先;锂本身是一种很昂贵的金属..虽然它在8090合金中的含量只
有2.5%;但其价钱比所有其他成份的总价还要多一些..尽管该元素在地
壳中的储量较丰富;但几乎未发现富锂的矿藏;因此;很难大量提取锂..
其次;锂是一种化学上很活泼的金属..生产工艺极复杂;尤其是熔炼
与铸工艺..加拿大铝业公司生产铝-锂合金时;使用了大量氩;因而产品
成本大大提高;同时在熔炼时;必须用价高的特种耐火材料..
第三;在生产铝-锂合金时;其冷作硬化速度比其他大多数铝合金的
快得多;因此如果采用冷加工工艺;如冷轧薄板及冷拨管材;则需要经过多
次退火;提高了生产成本..铝-锂合金的其他性能与大多数常规铝合金的
相当;因此;一旦铸造完了;就可以在常规设备上进行加工..