第二章輕金屬及超-鋁合金

1、第二章第二章 輕金屬及超高強(qiáng)度鋼輕金屬及超高強(qiáng)度鋼主要內(nèi)容主要內(nèi)容 鋁合金：鋁合金特點(diǎn)、分類、合金化、牌號、制造工藝及鋁合金：鋁合金特點(diǎn)、分類、合金化、牌號、制造工藝及鋁合金航空中的應(yīng)用鋁合金航空中的應(yīng)用 鈦及鈦合金：鈦合金分類及其主要特征，鈦合金組織與性鈦及鈦合金：鈦合金分類及其主要特征，鈦合金組織與性能關(guān)系，鈦合金的制造工藝，鈦合金在航空中的應(yīng)用能關(guān)系，鈦合金的制造工藝，鈦合金在航空中的應(yīng)用 鎂及鎂合金：鎂合金的特點(diǎn)及合金化，鎂合金的分類，鎂鎂及鎂合金：鎂合金的特點(diǎn)及合金化，鎂合金的分類，鎂合金的制造工藝，鎂合金在航空中的應(yīng)用合金的制造工藝，鎂合金在航空中的應(yīng)用 超高強(qiáng)度鋼：超高強(qiáng)度鋼的性

2、質(zhì)分類，超高強(qiáng)度鋼在航空超高強(qiáng)度鋼：超高強(qiáng)度鋼的性質(zhì)分類，超高強(qiáng)度鋼在航空中的應(yīng)用中的應(yīng)用重點(diǎn)：鋁、鈦、鎂合金的分類、牌號及在航空中的應(yīng)用重點(diǎn)：鋁、鈦、鎂合金的分類、牌號及在航空中的應(yīng)用難點(diǎn)：鋁合金強(qiáng)化特點(diǎn)；鈦合金分類及其主要特征，鈦難點(diǎn)：鋁合金強(qiáng)化特點(diǎn)；鈦合金分類及其主要特征，鈦 合金組織與性能關(guān)系合金組織與性能關(guān)系 鋁合金鋁合金 一、鋁合金性能特點(diǎn)一、鋁合金性能特點(diǎn) 1.純鋁的特點(diǎn)及應(yīng)用純鋁的特點(diǎn)及應(yīng)用（1）性能特點(diǎn)）性能特點(diǎn): 面心立方（面心立方（fcc),密度小密度小;導(dǎo)電導(dǎo)電及導(dǎo)熱及導(dǎo)熱 性能好性能好;抗大氣腐蝕性好抗大氣腐蝕性好;塑性高塑性高;強(qiáng)強(qiáng) 度度低低;無磁性無磁性;無打擊火

3、花無打擊火花;加工工藝性好等。加工工藝性好等。（2）純鋁的分類及應(yīng)用）純鋁的分類及應(yīng)用高純鋁高純鋁 L0104工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁 L16鋁箔、蜂窩結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電材鋁箔、蜂窩結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電材料、鋁合金表面包覆材料料、鋁合金表面包覆材料（2） 種類：種類：Cu、Mg、Zn、Mn、Si等等（3）強(qiáng)化途徑）強(qiáng)化途徑時效強(qiáng)化（析出強(qiáng)化）時效強(qiáng)化（析出強(qiáng)化）與析出相結(jié)構(gòu)和特性相關(guān)與析出相結(jié)構(gòu)和特性相關(guān)固溶強(qiáng)化（晶格畸變）固溶強(qiáng)化（晶格畸變）MgCuSiMnZn2.鋁的合金化鋁的合金化（1）目的：）目的：提高強(qiáng)度、硬度提高強(qiáng)度、硬度二、鋁合金的分類l鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖(圖2-1)。圖2-1鋁合金的典型相

4、圖 相圖相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度變化的規(guī)律，度變化的規(guī)律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)理工藝的重要依據(jù)。 根據(jù)組元數(shù)根據(jù)組元數(shù), , 分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。Fe-C二元相圖二元相圖三元相圖三元相圖鋁合金鋁合金的分類的分類形變鋁合金形變鋁合金鑄造鋁合金鑄造鋁合金 （ZL）不能熱處理不能熱處理強(qiáng)化鋁合金強(qiáng)化鋁合金（LF） 能熱處理能熱處理強(qiáng)化鋁合金強(qiáng)化鋁合金LY、LC、LD三、鋁合金的強(qiáng)化 固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化：常溫下在鋁中溶解度大的元素（溶常溫

5、下在鋁中溶解度大的元素（溶質(zhì)），以固溶體形式存在于鋁合金中。溶質(zhì)原子質(zhì)），以固溶體形式存在于鋁合金中。溶質(zhì)原子使鋁使鋁晶格發(fā)生畸變晶格發(fā)生畸變，提高合金強(qiáng)度；，提高合金強(qiáng)度；主要的起強(qiáng)化作用添加元素有：主要的起強(qiáng)化作用添加元素有：Cu、Zn、Mg、Si和和Li(能形能形成金屬間化合物成金屬間化合物)等。鋁合金的強(qiáng)化機(jī)理主要有固溶強(qiáng)化、等。鋁合金的強(qiáng)化機(jī)理主要有固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化等，但沉淀強(qiáng)沉淀強(qiáng)化、亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化等，但沉淀強(qiáng)化最重要，作用最大，高強(qiáng)度的鋁合金都是沉淀強(qiáng)化的。化最重要，作用最大，高強(qiáng)度的鋁合金都是沉淀強(qiáng)化的。1、保持溶劑的晶格特征。

6、、保持溶劑的晶格特征。2、溶質(zhì)原子溶入導(dǎo)致固溶體的晶格畸變而使金屬強(qiáng)度、硬、溶質(zhì)原子溶入導(dǎo)致固溶體的晶格畸變而使金屬強(qiáng)度、硬 度提高度提高即即固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化，同時有較好的塑性和韌性。因，同時有較好的塑性和韌性。因 此此常作為結(jié)構(gòu)材料的基本相常作為結(jié)構(gòu)材料的基本相。 3、在物理性能方面，隨溶質(zhì)原子濃度的增加，固溶體的電、在物理性能方面，隨溶質(zhì)原子濃度的增加，固溶體的電 阻率下降，電阻升高，電阻溫度系數(shù)減小。阻率下降，電阻升高，電阻溫度系數(shù)減小。固溶體固溶體 沉淀強(qiáng)化：沉淀強(qiáng)化：高溫高溫下溶解度大、下溶解度大、常溫常溫下溶解下溶解度小的元素，在度小的元素，在常溫常溫下形成各種下形成各種沉淀相沉淀

7、相，使合金強(qiáng)化。鋁合金的熱處理強(qiáng)化使合金強(qiáng)化。鋁合金的熱處理強(qiáng)化(固溶處固溶處理理+時效時效)實(shí)際上就是利用了沉淀強(qiáng)化原理。實(shí)際上就是利用了沉淀強(qiáng)化原理。沉淀強(qiáng)化原理和時效處理工藝沉淀強(qiáng)化原理和時效處理工藝圖圖2.2 Al- 4% Cu二元合金相圖二元合金相圖在在高溫高溫時時Cu在在Al中溶解度中溶解度大，常溫時溶解度小。對大，常溫時溶解度小。對于含于含Cu為為4%的的Al-Cu二元二元合金，合金，550時，時，Cu可全可全部溶于部溶于Al中形成中形成固溶體。固溶體。冷卻到常溫后，絕大多數(shù)冷卻到常溫后，絕大多數(shù)Cu以以GP區(qū)或區(qū)或相相的形式析出。的形式析出。GP區(qū)或區(qū)或相會阻礙形變過程相會阻礙

8、形變過程中的位錯移動，提高了硬度中的位錯移動，提高了硬度和強(qiáng)度。和強(qiáng)度。GP區(qū)區(qū)：Guinier和和Preston發(fā)現(xiàn)并研究發(fā)現(xiàn)并研究 為溶質(zhì)原子（為溶質(zhì)原子（Cu）的富集區(qū)）的富集區(qū)加熱固溶加熱固溶淬火過飽和淬火過飽和時效析出時效析出l可熱處理強(qiáng)化變形鋁合可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金的熱處理方法：金的熱處理方法：固溶固溶處理處理 + 時效時效。l固溶處理固溶處理是指將合金加是指將合金加熱到固溶線以上，保溫?zé)岬焦倘芫€以上，保溫 并快速冷卻后獲得過飽并快速冷卻后獲得過飽 和的單相固溶體組織的處理。和的單相固溶體組織的處理。 時效時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保是指將過飽和的固溶體加熱到

9、固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。 或：在固溶處理后的合金隨時間延續(xù)而發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)化或：在固溶處理后的合金隨時間延續(xù)而發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)化的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 時效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時間有關(guān)。時效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時間有關(guān)。 溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現(xiàn)峰值，超過峰值時間，析出相聚集長大，強(qiáng)現(xiàn)峰值，超過峰值時間，析出相聚集長大，強(qiáng)度下降，為度下降，為過時效過時效。隨時效溫度提高，峰值強(qiáng)隨時效溫度提高，峰值強(qiáng)度下降，出現(xiàn)峰值的時間提前。度下降，出現(xiàn)峰值的時間提前。在室溫下進(jìn)行的時效稱在室溫下進(jìn)行的

10、時效稱自然時效自然時效；在加熱；在加熱條件下進(jìn)行的時效稱條件下進(jìn)行的時效稱人工時效人工時效。 含含4%Cu的鋁合金自然時效曲線的鋁合金自然時效曲線含含4%Cu的鋁合金在不同溫度下的的鋁合金在不同溫度下的 人工時效曲線人工時效曲線四、鋁合金的牌號四、鋁合金的牌號 GB 3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為: 鋁合金鋁合金的分類的分類形變鋁合金形變鋁合金鑄造鋁合金鑄造鋁合金 （ZL）不能熱處理不能熱處理強(qiáng)化鋁合金強(qiáng)化鋁合金（LF） 能熱處理能熱處理強(qiáng)化鋁合金強(qiáng)化鋁合金LY、LC、LD1.防防銹銹鋁鋁合金合金 ( LF ) : Al Mn 通過固溶強(qiáng)化提

11、高鋁合金的通過固溶強(qiáng)化提高鋁合金的 強(qiáng)度和抗蝕性強(qiáng)度和抗蝕性 ( 比純鋁好比純鋁好 )。 例如例如:LF21。 Al Mg 通過固溶強(qiáng)化提高鋁合金的通過固溶強(qiáng)化提高鋁合金的 強(qiáng)度和抗蝕性強(qiáng)度和抗蝕性 ( 比純鋁輕比純鋁輕 )。 例如例如:LF2、LF6等。等。 用途：用途： 多用于制造要求受力小、質(zhì)輕、多用于制造要求受力小、質(zhì)輕、 耐腐蝕的沖壓、焊接結(jié)構(gòu)件，耐腐蝕的沖壓、焊接結(jié)構(gòu)件， 如航空油箱、油管、鉚釘、制冷裝如航空油箱、油管、鉚釘、制冷裝 置結(jié)構(gòu)件以及日用器皿等置結(jié)構(gòu)件以及日用器皿等飛機(jī)翼梁飛機(jī)翼梁( (腹板為硬鋁合金腹板為硬鋁合金) )2.硬硬鋁鋁合金合金 ( LY ) : Al Cu

12、 Mg (Mn)通過通過時效強(qiáng)化時效強(qiáng)化提鋁合提鋁合金強(qiáng)度金強(qiáng)度,但但耐蝕性不高耐蝕性不高。LY1、LY11、LY12。主要是用來制造中等強(qiáng)度的飛機(jī)隔框、翼肋、主要是用來制造中等強(qiáng)度的飛機(jī)隔框、翼肋、鉚釘、螺旋槳、蒙皮等結(jié)構(gòu)件。鉚釘、螺旋槳、蒙皮等結(jié)構(gòu)件。 3.超超硬硬鋁鋁合金合金 ( LC ) : Al Zn Mg Cu (Cr、Mn) 通過時效通過時效強(qiáng)化和形成的強(qiáng)化相強(qiáng)化和形成的強(qiáng)化相,使鋁合金達(dá)到使鋁合金達(dá)到最高的最高的硬度和強(qiáng)度硬度和強(qiáng)度。但。但耐蝕耐蝕性較差性較差,易應(yīng)力腐蝕，易應(yīng)力腐蝕，缺口敏感性高缺口敏感性高。LC4、LC9。 多用于制造受力大的多用于制造受力大的重要構(gòu)件，例如

13、飛機(jī)重要構(gòu)件，例如飛機(jī)大梁、起落架等。大梁、起落架等。 飛機(jī)主起落架飛機(jī)主起落架4.鍛鍛鋁鋁合金合金 ( LD ) : Al Mg Si Cu 具有良好的熱塑性具有良好的熱塑性,通過固溶通過固溶處理和人工時效來提高鋁合金的力學(xué)性能。處理和人工時效來提高鋁合金的力學(xué)性能。 LD5、LD6、LD10。制造形狀復(fù)雜、比強(qiáng)度要求較高的受力結(jié)構(gòu)件，制造形狀復(fù)雜、比強(qiáng)度要求較高的受力結(jié)構(gòu)件，如離心式壓氣機(jī)的葉輪、飛機(jī)操縱系統(tǒng)中的搖如離心式壓氣機(jī)的葉輪、飛機(jī)操縱系統(tǒng)中的搖臂等臂等 。壓氣機(jī)葉片壓氣機(jī)葉片1.鑄鑄造造鋁鋁 硅硅合金合金 ( ZL101ZL111 ) :活塞活塞( (裙部為鋁硅合金裙部為鋁硅合金

14、) ) ZL102合金鑄造組織 ( 化染 ) 552.鑄鑄造造鋁鋁 銅銅合金合金 ( ZL201ZL203 ) : 有較高的強(qiáng)度、塑性及耐熱性有較高的強(qiáng)度、塑性及耐熱性,但鑄但鑄 造性能和耐蝕性較差。造性能和耐蝕性較差。 鋁銅合金鑄造組織 ( 化染 ) 210汽缸頭汽缸頭3.鑄鑄造造鋁鋁 鎂鎂合金合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有較高的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性有較高的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性,但鑄但鑄 造性能和耐熱性較差。造性能和耐熱性較差。 鋁鎂合金鑄造組織 (化染) 150鼓風(fēng)機(jī)用密封件鼓風(fēng)機(jī)用密封件(ZL102)(ZL102)及抗空架件及抗空架件(ZL301)(ZL301)4.鑄鑄造造鋁鋁

15、 鋅鋅合金合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的鑄造性具有良好的鑄造性,經(jīng)變質(zhì)處理和經(jīng)變質(zhì)處理和時效處理后時效處理后,強(qiáng)度高強(qiáng)度高,但耐蝕性差。但耐蝕性差。大型空壓機(jī)活塞大型空壓機(jī)活塞(ZL401)(ZL401)國際表示國際表示：采用：采用4位數(shù)字標(biāo)記法。第位數(shù)字標(biāo)記法。第1位表示屬于哪種位表示屬于哪種主要合金系；第主要合金系；第2位表示合金的改型；第位表示合金的改型；第3、4位表示合位表示合金的編號。金的編號。合金系合金系四位數(shù)字標(biāo)記四位數(shù)字標(biāo)記合金系合金系四位數(shù)字標(biāo)記四位數(shù)字標(biāo)記99.00%鋁鋁1xxx鋁鎂硅鋁鎂硅6xxx鋁銅鋁銅2xxx鋁鋅鋁鋅7xxx鋁錳鋁錳3xxx其他其

16、他8xxx鋁硅鋁硅4xxx備用備用9xxx鋁鎂鋁鎂5xxx表2-1 變形鋁合金標(biāo)記法注意：國內(nèi)第2個字符為字母（A為原合金，B、C、D等為不同次數(shù)的改性合金）；國際第2個字符為數(shù)字（0為原合金，1、2、3等為不同次數(shù)的改性合金）。代號代號名稱名稱狀態(tài)代號狀態(tài)代號熱處理狀態(tài)熱處理狀態(tài)F自由加工狀態(tài)自由加工狀態(tài)T3固溶、冷作、自然時效固溶、冷作、自然時效O退火狀態(tài)退火狀態(tài)T4固溶、自然時效固溶、自然時效H加工硬化狀態(tài)加工硬化狀態(tài)T6固溶、人工時效固溶、人工時效W固溶熱處理狀態(tài)固溶熱處理狀態(tài)T7固溶、過時效固溶、過時效T熱處理狀態(tài)熱處理狀態(tài)T8固溶、冷作、人工時效固溶、冷作、人工時效狀態(tài)代號狀態(tài)代號

17、說明與應(yīng)用說明與應(yīng)用T73固溶及時效達(dá)到規(guī)定的力學(xué)性能和抗應(yīng)力腐蝕性能固溶及時效達(dá)到規(guī)定的力學(xué)性能和抗應(yīng)力腐蝕性能T74與與T73狀態(tài)定義相同，但抗拉強(qiáng)度大于狀態(tài)定義相同，但抗拉強(qiáng)度大于T73，小于，小于T76T76與與T73狀態(tài)定義相同，但抗拉強(qiáng)度大于狀態(tài)定義相同，但抗拉強(qiáng)度大于T73、T74，抗應(yīng)力腐，抗應(yīng)力腐蝕性能低于蝕性能低于T73、T74，但其抗剝落腐蝕性能仍較好，但其抗剝落腐蝕性能仍較好表2-2 鋁合金的狀態(tài)代號 鑄造鋁合金鑄造鋁合金 制造工藝過程主要包括合金的制造工藝過程主要包括合金的熔煉熔煉、鑄造成形鑄造成形、熱處理熱處理及及表面處理表面處理等等31四、鋁合金的制造工藝四、鋁合

18、金的制造工藝 熔煉熔煉精煉處理精煉處理變質(zhì)處理變質(zhì)處理細(xì)化處理細(xì)化處理鑄造成形鑄造成形砂型鑄造砂型鑄造金屬型鑄造金屬型鑄造低壓鑄造低壓鑄造差壓鑄造差壓鑄造真空吸鑄法真空吸鑄法石膏型精密鑄造法石膏型精密鑄造法表面處理表面處理包括機(jī)械精整、陽極氧化、鍍層、化學(xué)拋光包括機(jī)械精整、陽極氧化、鍍層、化學(xué)拋光和電解拋光、化銑、修補(bǔ)、涂漆、噴丸和拋丸等和電解拋光、化銑、修補(bǔ)、涂漆、噴丸和拋丸等 變形鋁合金變形鋁合金 變形鋁合金的各種制品是由鑄坯經(jīng)過塑性變形而獲得，變形鋁合金的各種制品是由鑄坯經(jīng)過塑性變形而獲得，其塑性變形加工方法主要包括軋制、擠壓和鍛造等。變形其塑性變形加工方法主要包括軋制、擠壓和鍛造等。變

19、形鋁制品由于有改進(jìn)表面質(zhì)量、增強(qiáng)表面抗氧化能力和表面鋁制品由于有改進(jìn)表面質(zhì)量、增強(qiáng)表面抗氧化能力和表面著色等方面需要，通常也會引入表面處理環(huán)節(jié)。著色等方面需要，通常也會引入表面處理環(huán)節(jié)。1.1.鑄坯的制備鑄坯的制備 變形鋁合金變形鋁合金鑄坯鑄坯的組織和性能，對其半成品和成品的的組織和性能，對其半成品和成品的組織性能存在遺傳性影響，所以熔煉與鑄造環(huán)節(jié)在變形鋁組織性能存在遺傳性影響，所以熔煉與鑄造環(huán)節(jié)在變形鋁合金生產(chǎn)中顯得非常重要，主要包括合金生產(chǎn)中顯得非常重要，主要包括熔體凈化、熔體變質(zhì)熔體凈化、熔體變質(zhì)處理和鑄坯成型處理和鑄坯成型等三個方面。等三個方面。32332.2.軋制軋制 軋制是軋件由摩

20、擦力拉進(jìn)旋轉(zhuǎn)軋軋制是軋件由摩擦力拉進(jìn)旋轉(zhuǎn)軋輥之間，受到壓縮而產(chǎn)生塑性變形的過輥之間，受到壓縮而產(chǎn)生塑性變形的過程。程。 按板帶材生產(chǎn)的厚度分類，可分為按板帶材生產(chǎn)的厚度分類，可分為厚板、中厚板、薄板及鋁箔。其中厚度厚板、中厚板、薄板及鋁箔。其中厚度8.0mm的稱為厚板；厚度為的稱為厚板；厚度為5.08.0mm的稱為中厚板；厚度為的稱為中厚板；厚度為0. 25.0mm的稱的稱為薄板；國內(nèi)通常將厚度小于為薄板；國內(nèi)通常將厚度小于0.2mm的的稱為鋁箔。稱為鋁箔。 簡單軋制過程示意圖簡單軋制過程示意圖343.3.擠壓擠壓 擠壓是對放在擠壓筒擠壓是對放在擠壓筒內(nèi)的金屬坯料施加外力，內(nèi)的金屬坯料施加外力

21、，使之從特定的模孔中流出，使之從特定的?？字辛鞒觯@得所需斷面形狀和尺寸獲得所需斷面形狀和尺寸的一種塑性加工方法。的一種塑性加工方法。常用的擠壓方法常用的擠壓方法工藝特點(diǎn) 金屬在擠壓筒內(nèi)處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，因此可以充分發(fā)揮金屬的塑性，提高變形能力； 能生產(chǎn)各種復(fù)雜形狀的實(shí)心和空心型材（取決于芯軸形狀）； 生產(chǎn)靈活性大； 但與軋制相比，產(chǎn)量低，成本高，成品率低，加工費(fèi)用高。364.4.鍛造鍛造 鍛造又稱鍛壓，是利用金屬塑性變形以得到一定形狀的制品，同鍛造又稱鍛壓，是利用金屬塑性變形以得到一定形狀的制品，同時提高金屬機(jī)械性能的壓力加工方法。時提高金屬機(jī)械性能的壓力加工方法。 鋁合金鍛造可以在鍛錘、

22、機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、頂鍛機(jī)、擴(kuò)孔機(jī)鋁合金鍛造可以在鍛錘、機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、頂鍛機(jī)、擴(kuò)孔機(jī)等各種鍛造設(shè)備上進(jìn)行，可以自由鍛、模鍛、頂鍛、輥鍛和擴(kuò)孔。等各種鍛造設(shè)備上進(jìn)行，可以自由鍛、模鍛、頂鍛、輥鍛和擴(kuò)孔。 但鍛造只能單件生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低；但鍛造只能單件生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低； 按照鍛造所處溫度不同，可以分為冷鍛和熱鍛；按照鍛造所處溫度不同，可以分為冷鍛和熱鍛； Figure 14.4 (a)拔長，(b) 滾圓 (c) 擴(kuò)孔.自由鍛自由鍛五、鋁合金在飛機(jī)上的應(yīng)用五、鋁合金在飛機(jī)上的應(yīng)用 航空鋁合金的發(fā)展大致劃分為航空鋁合金的發(fā)展大致劃分為5 5個階段個階段靜強(qiáng)度需求階段靜強(qiáng)度需求階段(1906(19

23、06年至年至5050年代末年代末) 2024) 2024、7075-T67075-T6抗腐蝕性能需求階段抗腐蝕性能需求階段(60(60年代年代) 7075-T73(T76) 7075-T73(T76)綜合性能需求階段綜合性能需求階段(60(60年代末至年代末至7070年代末年代末) 7050-T74) 7050-T74強(qiáng)烈的減重需求和高可靠性需求階段強(qiáng)烈的減重需求和高可靠性需求階段(80(80年代初至年代初至9090年代初年代初) ) Al-Li 7055-T77 7150-T77 2524-T3Al-Li 7055-T77 7150-T77 2524-T3降低制造成本的需求階段降低制造成本的

24、需求階段(90(90年代初至今年代初至今) )。先進(jìn)加工技術(shù)。先進(jìn)加工技術(shù)39 變形鋁合金在飛機(jī)上的應(yīng)用主要為變形鋁合金在飛機(jī)上的應(yīng)用主要為2系系A(chǔ)l-Cu合金合金(硬鋁硬鋁)和和7系系A(chǔ)l-Zn合金合金(超硬鋁超硬鋁)。 2系鋁合金的代表型號是系鋁合金的代表型號是2024，名義成分為，名義成分為Al-4.4Cu-1.5Mg-0.6Mn（重量百分比）。該合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上應(yīng)用廣（重量百分比）。該合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上應(yīng)用廣泛。其特點(diǎn)為：強(qiáng)度中等，可熱處理強(qiáng)化，泛。其特點(diǎn)為：強(qiáng)度中等，可熱處理強(qiáng)化，T3狀態(tài)下斷裂狀態(tài)下斷裂韌性高；耐蝕性不好，易發(fā)生晶間腐蝕，薄板需包覆工業(yè)純韌性高；耐蝕性不好，易發(fā)生晶間

25、腐蝕，薄板需包覆工業(yè)純鋁以提高耐蝕性，或在鋁以提高耐蝕性，或在T8狀態(tài)下使用。狀態(tài)下使用。 另外另外2524作為作為2系合金的較新改型，已經(jīng)應(yīng)用于系合金的較新改型，已經(jīng)應(yīng)用于B777客機(jī)。客機(jī)。 7系合金的代表型號是系合金的代表型號是7075，名義成分為，名義成分為Al-5.6Zn-2.5Mg-1.6Cu-0.26Cr（重量百分比）。該（重量百分比）。該型號合金的特點(diǎn)為：型號合金的特點(diǎn)為：T6態(tài)強(qiáng)度最高，但抗蝕性態(tài)強(qiáng)度最高，但抗蝕性差、斷裂韌性不好；差、斷裂韌性不好；T73態(tài)耐蝕性好，但強(qiáng)度相態(tài)耐蝕性好，但強(qiáng)度相比比T6態(tài)下降約態(tài)下降約15%。 7055是是7系中合金化程度最高、強(qiáng)度最高的型號

26、。系中合金化程度最高、強(qiáng)度最高的型號。7055-T77已經(jīng)用于已經(jīng)用于B777主結(jié)構(gòu)。主結(jié)構(gòu)。 7085是是7系中一種新型的超高強(qiáng)度鋁合金，具有系中一種新型的超高強(qiáng)度鋁合金，具有各種優(yōu)異性能，是下一代超高強(qiáng)度鋁合金厚板各種優(yōu)異性能，是下一代超高強(qiáng)度鋁合金厚板的代表。的代表。應(yīng)用部位應(yīng)用部位應(yīng)用的鋁合金應(yīng)用的鋁合金機(jī)身蒙皮機(jī)身蒙皮2024-T3, 7075-T6, 7475-T6機(jī)身桁條機(jī)身桁條7075-T6, 7075-T73, 7475-T76, 7150-T77機(jī)身框架機(jī)身框架/隔框隔框2024-T3, 7075-T6, 7050-T6機(jī)翼上部蒙皮機(jī)翼上部蒙皮7075-T6, 7150-T

27、6, 7055-T77機(jī)翼下部蒙皮機(jī)翼下部蒙皮2024-T3, 7475-T73機(jī)翼下部桁條機(jī)翼下部桁條2024-T3, 7075-T6, 224-T39機(jī)翼下壁板機(jī)翼下壁板2024-T3, 7075-T6, 7175-T73翼肋和翼梁翼肋和翼梁2024-T3, 7010-T76, 7150-T77尾翼尾翼2024-T3, 7075-T6, 7050-T76表表2.3 2系和系和7系鋁合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用系鋁合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用鋁合金應(yīng)用情況FOR TRAINING ONLY飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)(所用材料大部分是鋁合金)高比強(qiáng)鋁合金機(jī)翼鋁合金的新發(fā)展鋁合金的新發(fā)

28、展鋁鋰合金鋁鋰合金 所謂鋁鋰合金是指含鋰（所謂鋁鋰合金是指含鋰（Li）元素的鋁合金，其中）元素的鋁合金，其中Li并不并不一定作為最主要的添加元素存在于合金當(dāng)中，比如一定作為最主要的添加元素存在于合金當(dāng)中，比如2系含系含Li鋁合金，其主要添加元素是鋁合金，其主要添加元素是Cu而非而非Li。以。以Li為主要添加元為主要添加元素的合金一般歸入素的合金一般歸入8系系其他合金系中。其他合金系中。 Li是密度最低的金屬元素，其比重僅為是密度最低的金屬元素，其比重僅為0.53，而且在添加，而且在添加Li的鋁合金中，的鋁合金中，Li在時效處理時能以在時效處理時能以(Al3Li)相的形式析出，相的形式析出，起到

29、沉淀強(qiáng)化作用。所以，含起到沉淀強(qiáng)化作用。所以，含Li鋁合金具有密度低、強(qiáng)度鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高、模量大等優(yōu)勢，如每添加高、模量大等優(yōu)勢，如每添加1%的的Li，合金密度減小，合金密度減小3%，彈性模量提高彈性模量提高6%，加，加23%的的Li，密度減小，密度減小10%，約降低，約降低重量重量20%。 Al-Li合金也有缺點(diǎn)，其合金也有缺點(diǎn)，其塑性和韌性差，缺口敏感性大，塑性和韌性差，缺口敏感性大，材料加工及產(chǎn)品生產(chǎn)困難，價(jià)格較貴材料加工及產(chǎn)品生產(chǎn)困難，價(jià)格較貴，大概是硬鋁價(jià)格的，大概是硬鋁價(jià)格的23倍。所以目前在飛機(jī)結(jié)構(gòu)，特別是在民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)中倍。所以目前在飛機(jī)結(jié)構(gòu)，特別是在民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)中用量還不大。但隨著新型合金性能的改進(jìn)、制造工藝的發(fā)用量還不大。但隨著新型合金性能的改進(jìn)、制造工藝的發(fā)展，及在海水中萃取展，及在海水中萃取Li的技術(shù)獲得成功的技術(shù)獲得成功(Li的價(jià)格將大幅的價(jià)格將大幅下降下降)，含，含Li合金在飛機(jī)上鋁合金中的比例將會得到提高。合金在飛機(jī)上鋁合金中的比例將會得到提高。46空中客車空中客車 A350復(fù)合材料用量復(fù)合材料用量 37%鋁鋰合金用量鋁鋰合金用量23%鋁合金用量鋁合金用量11%鈦合金用量鈦合金用量9%鋼用量鋼用量14%其它用量其它用量6