4 铝-锂合金在航天航空工业中的应用

　　自1924年，第一个含锂的铝合金Sclreoul(Al-12Zn-3 Cu-0.6Mn-0.1Li)诞生以来，铝锂合金已经有70年的历史，70 年来，铝锂合金历经了艰难和波折，冲破了层层障碍，已经走向了工业生产和应用。
　　50年代，美国对铝锂合金产生兴趣，Alcoa公司克服了其熔炼上的难点，于 1957年生产出了含锂 1.1％ 的铝锂合金，命名为2020合金。1958年美国航空公司对其做了首次评估，就塑性、韧性问题进行了评估。次年将其用于海军警戒机的机翼皮和尾翼水平安定面。减重效益6％，先后服役20 年，未发现腐蚀、应力腐蚀、疲劳破坏等问题。60年代，美国航空界 开 始 采 用USAF 航空损伤容限设计准则，2020合金因缺口敏感性高和断裂韧性低而难以被接受，于1969年放弃该合金。2020合金失败的另一个原因是技术先进性不够，锂含量仅 1％，比重下降 3％和刚度提高6％的幅度有限，加之铜的含量达 4.5％，合金的比重仍较高。
　　正当美国铝锂合金研究降温时，原苏联开始了铝锂合金的研究，研制出独特的1420合金（Al-Li-Mg-Zr）系，锂含量达到 1.5%～2.6％，含镁达4%～7％，比2020合金的比重更低而弹性模量更高，1971年用于航空器，逐步扩大到苏 27、米格25、米格29、舰载飞机图204 等多种飞机上，1420合金成功的另一个重要的原因是具有优良的焊接性，可采用氩弧焊、电子束焊、离子焊和电阻焊焊接，材料本生减重效益12％，用焊接代替铆接，省去了连接固件和密封胶圈减重效益12％。后来在1420的基 础上又进一步研究出1421、1423、1424等合金，强度明显改善，且抗蚀性更佳、焊接性更优。目前，俄罗斯已初步形成了一个包括可焊、中强、高强的铝锂合金系列，铝锂合金已经成为俄罗斯最重要的航天航空用轻合金之一。与复合材料、钛合金一同构成了新型航天航空新材料的三足鼎立局面。
　　70年代末期，铝锂合金的研究再度受到西方重视，其原因有四个方面：一是石油危机冲击了航空界，为了减轻重量以降低航运成本，对高强度、高弹性模量、低比重材料的需求更加迫切。二是受复合材料发展的冲击，需研究新型的铝合金。三是原苏联成功地将铝合金用于军用飞机的刺激。四是新合金系的出现，使铝锂合金的技术优势进一步显示出来。这样西欧于 80 年代初推出809合金2091合金，用于取代2024合金，与此同时美国推出了高强型的2090合金，作为7075合金的换代产品。这些合金的共同特点是：有较高的锂含量（2％ ～ 3％），比2020合金的弹性模量更高而比重更低，同时他们都含有少量的锆，在未再结晶强织构状态下使用未再结晶强织构状态下使用。 80年代末西方国家已基本完成了铝锂合金的制造技术研究，拥有工业化生产能力，形成一个初步的铝合金系列，研究的重点转入应用方面。

　　4.1 铝锂合金的种类、 特性及用途

　　铝锂合金具 有低的密度、高的比强度和比刚度，用其代替常规的高强度铝合金可使构件质量减轻 10％～20％，刚度提高15％～20％，国外现有20多个牌号的铝锂合金可进行工业化生产， 并可提供各种形式的半成品件。