铝锂合金研究进展
铝锂合金研究进展
Development of Aluminum-Lithium Alloys
杨守杰陆政苏彬戴圣龙刘伯操颜鸣皋(北京航空材料研究院北京1OOO95) YANG Shou-jie LU Zheng SU Bin Dai Sheng-long LIU Bo-cao Yan Ming-gao
(Institute of Aeronautical Materials Beijing1OOO95 hina)
摘要回顾了铝锂合金的发展历史按时间顺序和性能特点将铝锂合金划分成了三代并重点介绍了第三代铝锂合金的发展情况其最引人瞩目的是高强可焊铝锂合金的兴起和低各向异性厚板材的生产分析认为第三代铝锂合金的发展趋势是有针对性地提高合金的某方面性能
关键词铝锂合金各向异性性能
中图分类号TG111.5文献标识码A文章编号1OO1-43S1(2OO1)O5-OO44-O4
Abstract The history of aluminum-lithium alloys was reviewed.It can be concluded that the alloys could be classified three generations according to time and their properties.Further more the de-velopment of the third generation of Al-Li alloys were investigated in detail.A tendency of the third generation of Al-Li alloys is to develop some new alloys with certain eXcellent properties.
Key words aluminum-lithium alloy anisotropy property
在铝合金中加入金属元素锂(Li)可在降低合金密度的同时提高合金的弹性模量研究表明在铝合金中每添加1%的Li可使合金密度降低3%而弹性模量提高6%并可保证合金在淬火和人工时效后硬化效果良好因此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铝锂合金的材料制备及零件制造工艺都与普通铝合金无原则上的差别可沿用普通铝合金的技术和设备用铝锂合金替代飞机上使用的传统铝合金不需要对适航条例作大的修改另外铝锂合金的成形维修等都较复合材料方便成本也远远低于复合材料因此铝锂合金是当代航空航天结构的重要候选材料之一[1~4]
1铝锂合金发展简史
铝锂合金的发展大体上可划分为三个阶段相应出现的铝锂合金产品可以划分成三代第一阶段为初步发展阶段该阶段的时间跨度大约为2O世纪5O年代至6O年代初虽然早在1924年德国的材料专家就开发出了第一个含Li的铝合金Scleron[5]但是直到1957年美国Alcoa公司研究成功2O2O合金[6]1961年前苏联开发出BAI23合金[7]铝锂合金才真正引起人们的注意美国将2O2O合金应用于海军RA-5军用预警飞机的机翼蒙皮和尾翼水平安定面上获得了6%的减重效果[6]但由于这些第一代铝锂合金产品的塑韧性水平太低不能满足新航空设计标准的要求因此并未取得进一步的应用Alcoa公司于1969年停止了2O2O合金的生产此后铝锂合金在欧美等国进入了一个相对停滞的时期
2O世纪7O年代爆发的能源危机给航空工业带来了巨大的压力所以迫切要求飞机轻量化复合材料的兴起也给传统铝工业造成潜在的威胁这些都推动了人们对铝锂合金的重新重视铝锂合金也因此进入了新的发展阶段即第二阶段第二阶段可称之为大发展阶段或是繁荣阶段该阶段的时间跨度为2O 世纪7O年代至SO年代后期在这一时期铝锂合金得到了迅猛发展共召开了六次国际铝锂合金专题会议对铝锂合金进行了全面研究在此阶段研制成功了低密度型中强耐损伤型和高强型等一系列较为成熟的铝锂合金产品其中具有代表性的合金有前苏联研制成功的142O合金美国Alcoa公司研制出的2O9O合金英国Alcan公司的SO9O和SO91合金法国Pechiney公司开发出的2O91合金等这些铝锂合金具有密度低弹性模量高等优点其主要目标是直接替代航空航天飞行器中采用的传统铝合金2O24 7O75等它们都获得了一定的应用[S]142O合金是目前应用最为成熟的铝锂合金俄罗斯在Mig29 Su-27 Su-35等战斗机及一些中远程导弹弹头壳体上都采用了142O合金构件美国对2O9O合金在-17运输机及ATF高级教练机上进行了装机试验SO9O合金在欧洲的EFA2OOO战斗机EH1O1直升机以及
44材料工程/2OO1年5期
A B B O/B4O大型客机中也进行了大量装机试验
经过Z O世纪SO年代的大发展.铝锂合金取得了令人瞩目的研究和应用成果但是.人们发现第二代铝锂合金本身仍存在以下问题2D合金的各向异性问题较普通铝合金严重;@合金的塑韧性水平较低;
热暴露后会严重损失韧性;@大部分合金不可焊.降低了减重效果.铆接时往往表现出较强的缺口效应; @强度水平较低.难以与7OOO系超高强铝合金竞争等因此.进入9O年代以后.人们针对铝锂合金的上述问题.开发出了一些具有一定特殊优势的铝锂合金铝锂合金的发展也因此进入了第三发展阶段目前.已开发出的新型铝锂合金主要有高强可焊的146O[9]和Weldalite系列[1O]合金.低各向异性的AF/ C-4S9[11].AF/C-45S合金[Z Z].高韧的Z O97.Z197合金.高抗疲劳裂纹的C-155合金[1Z].及经特殊真空的XT系列[1B]合金等这些新出现的铝锂合金可统称之为第三代铝锂合金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
2第三代铝锂合金的成分及性能
第一代铝锂合金现已很少使用.而第二代铝锂合金也已进入工业化生产和商品化应用阶段近几年来.由于一些具有特殊优异性能的第三代铝锂合金的兴起.铝锂合金的研究重又引起了人们的兴趣表1和表Z给出了第三代主要铝锂合金产品的成分及性能可见.在合金成分设计上.第三代铝锂合金降低了Li含量.而增加了Cu含量.并且往往添加一些新的合金化元素Ag.Mn.Zn等;在性能水平上.第三代铝锂合金较以往铝锂合金都有了较大幅度的提高.其中尤以低各向异性铝锂合金和高强可焊铝锂合金最引人注目
表1第三代主要铝锂合金的化学成分
Table1The composition of the third generation of Al-Li alloys
Li Cu Mg Zr Ag Zn Mn Others 146O 1.9~Z.5Z.5~B.5O.1Z Sc2O.1O~O.Z O Weldalite O49O.7~1.S Z.B~5.Z O.Z5~O.S O.14O.Z5~O.S
Z O94 1.B 4.5O.4O.14O.4
Z O95 1.1 4.Z O.9O.14O.4
Z O96 1.B~1.9Z.B~B.O O.Z5~O.9O.14O.Z5~O.6
Z195O.S~1.Z B.7~4.B O.Z5~O.S O.14O.Z5~O.6 Z O97 1.Z~1.S Z.5~B.1O.B5O.14O.B5O.1~O.6Ti2O.15 Z197 1.B~1.7Z.5~B.1O.Z5O.1Z AF/C4S9Z.1Z.7O.B O.O5O.6O.B AF/C45S 1.7Z.7O.B O.OS O.6O.B 3低各向异性铝锂合金的研制 铝锂合金比普通铝合金有着更为严重的各向异性问题铝锂合金的各向异性与多种因素有关.这些因素主要有2D元素Li能促使合金的各向异性.即使Li含量少于O.5%.也会带来较大的织构密度[14];@合金使用态多为扁平的未再结晶组织;合金在使用态下具有较强的晶体学织构;@析出相的形状~惯析面~变形特点等对各向异性也有一定的影响为控制铝锂合金的各向异性.目前采用的主要方法有2D降低Li含量;@添加或减少合金化元素;采用合适的中间热处理和最终热处工艺.以降低或改善合金中的织构这些严重的织构对合金的性能有着重大影响2D大部分铝锂合金的纵向性能与横向性能有较大差别.通常在与轧制方向成45 -6O 方向上拉伸强度降低15%以上;@在强度高的位向上断裂韧性低;在强度低的位向上裂纹扩展速率高 铝锂合金由于塑韧性水平较低.因此.有关铝锂合金断裂韧性的各向异性问题是更加突出的问题一些铝锂合金在纵向 织构的形成与合金成分~机械变形以及热处理制度等密切相关近年来.降低铝锂合金各向异性的研究已取得了突破性的进展Lynch.Blankenship和Starke等人采用高温短时保温+快冷水淬的再时效工艺.使SO9O-T S771板材获得的强度仅损失7%.而 54 铝锂合金研究进展 表2一些第三代铝锂合金的典型性能 Table2The propertieS of the third generation of Al-Li alloyS 合金牌号材料状态O b/MPa O0.2/MPa6/%K I C/MPa-m1/2 1460 20mm厚板 挤压型材 冷轧薄板纵向 冷轧薄板横向 冷轧薄板45 570 620 540 560 530 490 530 485 495 470 8.0 0.8 6.0 8.0 11.0 Weldalite049挤压棒材T6 挤压棒材T8 720 714 681 692 3.7 5.3 2094挤压棒材T6 挤压棒材T8 706 717 672 696 4.5 8.5 2095挤压棒材T6 挤压棒材T8 718 700 683 667 3.8 8.020 21957.8mm板T6纵向 7.8mm板T6横向 7.8mm板T645 612 592 522 581 551 489 9.8 12.1 12.6 Weldalite210挤压棒材T6 挤压棒材T8 758 751 731 733 2.8 7.5 2197 38mm厚板T8(L) 38mm厚板T8(LT) 38mm厚板T8(ST) 440 440 420 420 420 380 4.0 8.0 2.024.2 AF/C489热轧厚板T8纵向 热轧厚板T8横向 热轧厚板T845 550 538 545 500 468 474 3.0 1.5 3.0 42.4 33.6 37.9 AF/C45812.7mm厚板T8纵向 12.7mm厚板T8横向 12.7mm厚板T845 530 544 503 496 475 419 10.7 8.9 12.8 短横向断裂韧性提高60%的效果,从而降低了该合金的各向异性[15,16],美国空军Wright材料实验室与Dayton大学及Alcoa公司合作,共同开发出了低各向异性的AF/C-489和AF/C-458新型变形铝锂合金[11,22],该系列合金具有低的各向异性,这主要归因 于两个方面,一是合金中含有0.3%的Mn,Al 6Mn 粒 子能够抑制合金的再结晶,细化晶粒,降低合金的各向异性;二是合金在轧制过程中加入一次中间热处理的新工艺,中间热处理的目的是促进再结晶的发生,降低织构的强度,文献[17]提出了多个评价各向异性的参数,其中重点研究了平面内各向异性IPA(In-Plate AniSotropy)与织构的关系,结果发现,IPA受BraSS织构({110}<112>)影响最大,BS织构密度越大,合金的IPA值也越大,合金的各向异性越明显, 4高强可焊铝锂合金的研制和应用 从1987年开始,全俄航空材料研究院就着手研制新的高强度~可焊铝锂合金,准备用以替代1201铝合金(相当于美国的2219合金),合金牌号定为1460,到1990年,已可生产多种标准成分的1460合金半成 表3铝锂合金不同位向上的断裂韧性 Table3The fracture toughneSS on different orient of Al-Li alloyS 合金及其状态 K C或K IC/MPa-m1/2 L45 L-T S-T 2090T8E4136332617 2091T8X4625 8090T8X55493613 8091T8X209品,1460合金中含有少量的稀土元素Sc,Sc可以大幅度提高铝锂合金的综合性能,总的说来,1460合金与1201相比,6b~60.2分别提高25%和35%,质量减轻20%-25%,疲劳寿命提高20%-30%,而焊接性能相当[18],俄罗斯在6能源号7运载火箭中用1460合金制作了长26m,直径6.5m的超低温燃料储箱,麦道公司的X-33运载火箭验证机DC-AX中,也采用了俄罗斯制造的长2.1m,直径2.43m的液氧储箱,图别列夫设计局计划用1460合金在图 156飞机上制造三 64材料工程/2001年5期 个液化天然气的低温储箱~这种箱子长6m~直径1m~厚度6mm~安装在机身下~是飞机上的承力结构O此外~图别列夫设计局还计划在更先进的图-204~图-334飞机的低温燃料箱上使用1460合金制造O 美国的Reynolds金属公司和Martin Maritta公司(现为Lookheed Martin公司)合作~也在20世纪S0年代后期开发出了Weldalite铝锂合金系列~主要包括2094~2095~2096~2195等牌号O这些合金强度可达690MPa~其强度水平居铝合金前列O此外~Wel-dalite系列在多种焊接工艺下均可形成致密的焊缝~不易形成气孔和裂缝~其焊缝抗拉强度和断裂韧性较2219合金均提高30%左右O迄今为止~2195合金是Weldalite家族中应用最广的铝锂合金[19~20]O1994年~美国航空航天管理局(NASA)选用2195合金制作Lookheed Martin Manned Space System E航天飞机的~超轻型油箱~该油箱长46.SS m~直径S.3S m~用2195替代2219后强度提高30%~减重5%~达3400kg O 上述高强可焊铝锂合金均属于Al-Cu-Li系~与第二代铝锂合金相比~其Cu/Li比高出很多~这主要 是因为人们发现片状的T 1相(Al 2CuLi) 是铝合金中 最具有潜力的强化相~高Cu/Li比成分下~合金的主 要析出强化相是T 1而不是6/相(Al 3Li)~ 当加入合金 元素Ag后~还可大大提高合金的强度O此外对铝锂合金可焊性与合金成分的研究表明~高Cu/Li比合金的焊接性能更好O 近来~全俄轻合金研究院~全俄航空材料研究院和德国的Daimler-BenZ Research and Technology (Dasa)合作~在1460合金成分的基础上加入0.5% Mg~0.3%Mn~研制成功了一种新型高强可焊铝锂合金~该合金屈服强度比1460提高5%~而延伸率提高100%~合金的断裂韧性达112MPa-m1/2(注,K O 值)~即使在S5C下暴露1000h~断裂韧性仍高达S9MPa-m1/2O它可用来替代不可焊的7075~7050合金和可焊的2219合金[21]O s结束语 高强可焊铝锂合金的兴起和低各向异性厚板材的生产是近年来铝锂合金研究中取得的最大进展O这主要是因为一方面人们的兴趣已不再放在低密度上~而是更加看重Li的加入可获得好的其它性能方面;另一方面是因为人们对铝锂合金的合金化和生产~成形工艺过程进行了更加深入的研究O可以预见~随着新合金的不断涌现及成熟合金的推广应用~铝锂合金将再一次成为人们注目的焦点O而有针对性地提高合金的强塑性~韧性以及其成型加工性能如低各向异性~良好的可焊性等~将是新一代铝锂合金发展的思路O 参考文献 [1]R Grimes~A J Cornish~W S Miller and M A Reynolds.Metals and Materials~19S5~1,357. 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重要的加工环节。铝合金导热快在空气中容易被氧化，其表面形成一层致密、难熔、体积质量大的氧化膜，阻碍基体金属的熔合。所以对于铝合金焊接必须可靠清理其表面致密氧化膜，才能保证正常的焊接。 目前铝合金的焊接方法有交流TIG、直流氩弧TIG、熔化极气体保护焊MIG、穿孔变极性等离子焊接、真空电子束和激光以及搅拌摩擦焊等，但应用较多的仍然是交流TIG和MIG两种方法，其余的不是工艺或设备不成熟，就是设备价格昂贵、应用场合受限制等因素而没有得到广泛应用。在此通过对铝及其合金焊接特点及常用焊接方法的分析，对目前比较先进的铝合金焊接技术一搅拌摩擦焊和变极性焊接进行简要介绍。 铝锂合金本构模型研究及其ABAQUS二次开发在实际的工程应用中,有限元方法(FEM)是模拟材料热塑性成型过程有力工具,而有限元仿真结果的精确程度与本构模型的准确性密切相关。为了在铝锂合金有限元分析过程中获得高质量的分析结果,需要根据铝锂合金的热变形行为构建更精确的本构模型。 本文在已有的2099铝锂合金的等温拉伸实验的基础上,分析2099铝锂合金在单一应变速率若=o.0003s-1时,在温度范围为120～160C°内的流动行为。在流动特性分析的结果上,选择并分别构建了五种较为常用的本构模型,分别是唯象的Johnson-Cook模型、Modified Johnson-Cook 模型,以及模型参数与KM模型有关的Voce方程、基于物理概念的Modified Zerilli-Armstrong 型和Kocks-Mecking模型。 并利用Voce方程的模型参数对2099铝锂合金进行Voce分析,根据分析结果初步判断该合金塑性变形时的微观机制。同时,对上述模型的拟合精度做误差分析,评价模型对材料流动行为的预测能力。 结果表明,Voce方程、MZA模型以及KM模型的对材料流动行为的预测能力较好,其中KM模型的预测准确性最高,但MZA模型更适用于本构模型二次开发计算;JC模型和MJC模型无法准确地预测该合金的流动行为。此外,Voce分析的结果表明,在2099铝锂合金的塑性变形过程中,长程应力场间相互作用在中低温度区起主导作用,滑移是主要变形机制,同时还存在其他的不可忽略,且与软化机制有关的微观机理。 根据2099铝锂合金本构关系的研究结论,利用ABAQUS的UMAT子程序对本构模型进行二次开发。在总结了隐式算法的基础上,初步编写JC本构模型与MZA 铝合金的发展前景及应用展望 1 前言 经过对铝合金化学成分的组成与优化，铝合金型材的铸造工艺、热挤压加工工艺和人工时效工艺进行优化，形成了合理的工艺路线和工艺流程。在此工艺路线和工艺流程的指导下生产出的铝合金型材强度高、延伸率大，延展成型性能好，且具有良好的抗腐蚀性能，已突破普通铝合金建筑材料的应用范围的局限，除应用于铝合金建筑门窗、幕墙外，可用做高层建筑的阳台护栏、栅栏、交通护栏、指示牌、广告牌，以及交通运输设施，汽车、高速列车、航空航天、船舶、军工以及大型建筑结构等领域。因其良好的耐腐蚀性能，不仅可以杜绝碳素钢，铸铁护栏因生锈而带来的反复维护的成本与烦恼，且表面多彩化，可与建筑群、建筑小区的人文环境效果匹配，大大丰富了建筑物的外立面，增强建筑的整体美感。目前，该项成果正在进一步向交通高速公路护栏、汽车等行业渗透推广。 2 论文部分 一铝合金的发展前景 2.1 铝合金在汽车领域应用前景广阔 铝合金的优良特性以及节能、环保、安全的三大汽车技术发展主题确定了铝在汽车行业应用的美好前景，特别是以宝马、奔驰、卡迪拉克等品牌为代表的高档轿车的引进，为铝合金的应用提供了新的市场。 在近期和不久的将来，汽车工业将加快对钢制产品的替代工作，并渴望在如下方面取得进展：1、全铝车身，包括美国福特、通用、日本本田、德国奥迪的概念车车身已经大量采用铝合金，与钢结构相比，重量减轻40％以上；2 、底盘结构件及支架和悬挂类零部件；3、储气罐，后保险杠；4、新材料的开发，为铝合金应用领域的扩展提供了可能。如德国开发成功的泡沫铝材AFS(aluminumfoamsandwich)具有高的刚度／重量和强度／重量之比，能够有效吸收冲击能，具有防震防噪音、易于回收等特点，在车门立柱，保险杠，门侧防撞杆、前防撞梁、军车上的防爆板、轿车发动机零部件等方面拥有极强的应用前景；5、铝镁合金、铝钛合金在汽车车轮、电器件、内饰件等方面的应用也正在逐步扩大。 2.2 稀土锌铝合金镀层金属制品前景看好 如由马鞍山鼎泰金属制品（集团）公司研制开发的国产新一代稀土锌铝合金镀层钢丝、钢绞线，投放市场后，受到用户青睐。专家认为该产品潜在市场十分巨大，前景相当广阔。 稀土锌铝合金镀层钢丝、钢绞线、钢丝绳是新一代耐腐蚀金属制品，目前世界公认的、有产品标准可遵循的只有两种，一种是含铝55％、硅6％、锌43.4％，称为Ga 新一代运载火箭箱体材料的选择 首都航天机械公司刘春飞（专稿无参考文献） 表1 Al - Mg、Al - Cu 与Al - Li 合金常温性能对比 前苏联在20 世纪80 年代研制出高强、可焊、适宜于低温下使用的1460 铝锂合金,并用作能源号火箭芯级(二级)直径8 m ,长度为40 m 和20 m 的液氢、液氧贮箱材料,获得了成功。麦道公司也使用这种合金制作了德尔它三角快帆DC - XA 单级入轨火箭的液氧贮箱,比用传统铝合金质量减轻10 %。美国用其研制的Weld alite 049 系列中的2195 铝锂合金制造了航天飞机外贮箱,比原来的贮箱质量减轻3 405 kg。1998年6 月装备了2195 合金贮箱的奋进号航天飞机飞行成功。上述事实表明Al - Li 合金替代2219 作为大型贮箱材料在国外已开始进入工业化生产和工程应用阶段。航天系统在Al - Li合金应用方面做了有益的探索,并在一些结构中采用了1420 铝锂合金。但是,在5 m 运载贮箱上采用铝锂合金必须研制像1460 或2195 这类可焊性能好的合金。 图1 2195铝锂合金应用于奋进号航天飞机的外贮燃 图2 1420能源号(ЭНЕРГИЯ) “能源号”是苏联的一种重型通用运载火箭，也是目前世界上起飞质量与推力最大的火箭。西方国家取的代号是SL—17。 以下内容来源于“国外Al-Li合金及其航天产品的制造技术”邱惠中 8090Al-Li合金——制造了大力神运载火箭有效载荷舱 1420 Al-Li合金——也用语某些中、远程导弹弹头壳体 21956 Al-Cu-Li合金——“发现号”航天飞机的外贮箱 2197合金——用语F-16战斗机的后隔框 210合金是在2094合金基础上添加0.5%Zn,人工时效前无冷加工σb=617MPa、δ=16%；固 铝锂合金应用的现状与 前景 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988） 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 铝合金在高速铁路上的应用现状及发展趋势 摘要：铁路运输是我国主要的交通运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用。而铁路车辆是铁路运输中直接载运旅客和货物的工具，是铁路中的一个主要环节，随着社会的进步，运输对车辆的要求越来越高。车体作为车辆的一个主要部件，其轻量化设计就成为一个关键的问题。高速列车的轻型化对于发展交通运输、改善机车车辆运行平稳性、降低能源消耗、减少轮轨磨耗都是至关重要的。当今世界上，大多数发达国家采用铝合金为材质制造车体结构，介绍目前国内外铁路运输中铝材的应用优势及其主要障碍，通过使用铝材来代替传统的钢铁材料，可大大减轻自重以降低能耗、减少环境污染、提高经济性。并对铝材的发展趋势做了猜测。 关键词铝合金；现状；发展趋势 1引言 铁路运输工业正面临越来越严重的三大课题：能源、环保、安全。减轻火车自重以降低能耗，减少环境污染，节约有限资源已成为火车运输关注的焦点。轻量化是火车发展的一个重要趋势，通过使用轻质材料来替代传统的钢铁材料，可以减轻火车的质量，以达到节省燃料的目的。因此，越来越多的轻质或高比强度的材料受关注，如板、铝合金。本文就高速铁路客车用铝合金材料的现状及发展趋势做些讨论。 2铝合金的特点及其应用优势 2.1铝合金的特点 铝的密度小，仅为2.7（属轻金属），约为钢的1/3。由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜，所以耐蚀性好。铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度低，流动性好，易于制造各种复杂外形的零件。铝中加入一种或几种元素后即构成铝合金，铝合金相对于纯铝可以提高强度和硬度，除固溶强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa，与低碳钢相比，比强度则胜过某些合金钢。铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是作为门、窗、管、盖、壳等材料；三是作为装饰和绝热材料。 锂 1发现历史 第一块锂矿石，透锂长石（LiAlSi?O??）是由巴西人Jozé Bonifácio de Andralda e Silva 在名为Ut?的瑞典小岛上发现的，在18世纪90年代。当把它扔到火里时会发出浓烈的深红色火焰，1817年由瑞典科学家阿弗韦聪分析了它并推断它含有以前未知的金属，他把它称作锂。他意识到这是一种新的碱金属元素。然而，不同于钠的是，他没能用电解法分离它。1821年William Brande电解出了微量的锂，但这不足以做实验用。直到1855年德国化学家Robert Bunsen和英国化学家Augustus Matthiessen电解氯化锂获才得了大块的锂。锂在地壳中的含量比钾和钠少得多，它的化合物不多见，是它比钾和钠发现的晚的必然因素。 锂，原子序数3，原子量6.941，是最轻的碱金属元素。自然界中主要的锂矿物为锂辉石、锂云母、透锂长石和磷铝石等。在人和动物机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都能找到锂。天然锂有两种同位素：锂6和锂7。 金属锂为一种银白色的轻金属；熔点为180.54°C，沸点1342°C，密度0.534克/厘米3，硬度0.6。金属锂可溶于液氨。 锂与其它碱金属不同，在室温下与水反应比较慢，但能与氮气反应生成黑色的一氮化三锂晶体。锂的弱酸盐都难溶于水。在碱金属氯化物中，只有氯化锂易溶于有机溶剂。锂的挥发性盐的火焰呈深红色，可用此来鉴定锂。 锂很容易与氧、氮、硫等化合，在冶金工业中可用做脱氧剂。锂也可以做铅基合金和铍、镁、铝等轻质合金的成分。锂在原子能工业中有重要用途。 2含量分布 在自然界中，主要以锂辉石、锂云母及磷铝石矿的形式存在。 锂在地壳中的自然储量为1100万吨，可开采储量410万吨。2004年，世界锂开采量为20200吨，其中，智利开采7990吨，澳大利亚3930吨，中国2630吨，俄罗斯2200吨，阿根廷1970吨。 锂号称“稀有金属”，其实它在地壳中的含量不算“稀有”，地壳中约有0.0065%的锂，其丰富度居第二十七位。已知含锂的矿物有150多种，其中主要有锂辉石、锂云母、透锂长石等。海水中锂的含量不算少，总储量达2600亿吨，可惜浓度太小，提炼实在困难。某些矿泉水和植物机体里，含有丰富的锂。如有些红色、黄色的海藻和烟草中，往往含有较多的锂化合物，可供开发利用。中国的锂矿资源丰富，以中国的锂盐产量计算，仅江西云母锂矿就可供开采上百年。 3物理性质 银白色金属。质较软，可用刀切割。是最轻的金属，比所有的油和液态烃都小，故应存放于液体石蜡、固体石蜡或或白凡士林中(在液体石蜡中锂也会浮起)。 锂的密度非常小，仅有0.534g/cm3，为非气态单质中最小的一个。 因为锂原子半径小，故其比起其他的碱金属，压缩性最小，硬度最大，熔点最高。 温度高于-117℃时，金属锂是典型的体心立方结构，但当温度降至-201℃时，开始转变为面心立方结构，温度越低，转变程度越大，但是转变不完全。在20℃时，锂的晶格常数为3.50?，电导约为银的五分之一。锂容易的与铁以外的任意一种金属熔合。锂的焰色反应为紫红色。 同位素 锂共有七个同位素，其中有两个是稳定的，分别是Li-6和Li-7，除了稳定的之外，半衰期最长的就是Li-8，它的半衰期有838毫秒，接下来是Li-9，有187.3毫秒，之后其他的同位素半衰期都在8.6毫秒以下。而Li-4是所有同位素里面半衰期最短的同位素，只有 7.58043×10-23秒。 铝锂合金总结 ————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: 铝－锂合金归纳总结 在铝合金中加入金属元素锂(L i) ,可在降低合金密度的同时提高合金的弹性模量。研究表明,在铝合金中每添加1％的L i, 可使合金密度降低3％，而弹性模量提高6% , 并可保证合金在淬火和人工时效后硬化效果良好。因此, 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。 铝锂合金的发展大体上可划分为三个阶段,相应出现的铝锂合金产品可以划分成三代。第一代铝锂合金产品的塑韧性水平太低，第二代铝锂合金本身仍存在以下问题：①合金的各向异性问题较普通铝合金严重; ②合金的塑韧性水平较低; ③热暴露后会严重损失韧性；④大部分合金不可焊，降低了减重效果, 铆接时往往表现出较强的缺口效应;⑤强度水平较低,难以与7000 系超高强铝合金竞争等。 第三代铝锂合金的成分及性能 表１和表2 给出了第三代主要铝锂合金产品的成分及性能。可见, 在合金成分设计上, 第三代铝锂合金降低了L i 含量,而增加了Cｕ含量, 并且往往添加一些新的合金化元素A ｇ，M n, Zn 等; 在性能水平上, 第三代铝锂合金较以往铝锂合金都有了较大幅度的提高，其中尤以低各向异性铝锂合金和高强可焊铝锂合金最引人注目。 低各向异性铝锂合金的研制 铝锂合金比普通铝合金有着更为严重的各向异性问题。铝锂合金的各向异性与多种因素有关, 这些因素主要有: ①元素Ｌi能促使合金的各向异性，即使Ｌi 含量少于０.５% ,也会带来较大的织构密度②合金使用态多为扁平的未再结晶组织; ③合金在使用态下具有较强的晶体学织构；④析出相的形状、惯析面、变形特点等对各向异性也有一定的影响。 为控制铝锂合金的各向异性, 目前采用的主要方法有: ①降低L i 含量；②添加或减少合金化元素; ③采用合适的中间热处理和最终热处理工艺，以降低或改善合金中的织构。 这些严重的织构对合金的性能有着重大影响:①大部分铝锂合金的纵向性能与横向性能有较大差别, 通常在与轧制方向成４5°—60°方向上拉伸强度降低15% 以上; ②在强 度高的位向上断裂韧性低; ③在强度低的位向上裂纹扩展速率高。铝锂合金由于塑韧性水平较低, 因此,有关铝锂合金断裂韧性的各向异性问题是更加突出的问题。一些铝锂合金在纵向（L ）、L ＋45°、长横向（L—Ｔ）及短横向(S—T ) 上的断裂韧性值见表3。采用高温短时保温+ 快冷水淬的再时效工艺, 使80９０-T ８７７1 板材获得的强度仅损失７% ,而短横向断裂韧性提高60%的效果, 从而降低了该合金的各向异性。 铝合金的应用领域及发展方向 铝合金的主要应用领域及其发展方向 一，铝合金简介 以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。 二，铝合金的分类 铝合金按照其性质和应用的不同可划分为普通铝合金，超高强度铝合金，耐热铝合金，铝基复合材料。其应用的领域各有侧重，涵盖了铝合金的所有应用领域。 三，铝合金的应用 1，典型用途 1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉 1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途 1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具 1145 包装及绝热铝箔，热交换器 1199 电解电容器箔，光学反光沉积膜 1350 电线、导电绞线、汇流排、变压器带材 2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品 2014 应用于要求高强度与硬度（包括高温）的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料，车轮与结构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件 2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金，目前的应用范围较窄，主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件，螺旋桨与配件2024 飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件 2036 汽车车身钣金件 2048 航空航天器结构件与兵器结构零件 2124 航空航天器结构件 2218 飞机发动机和柴油发动机活塞，飞机发动机汽缸头，喷气发动机叶轮和压缩机环 2219 航天火箭焊接氧化剂槽，超音速飞机蒙皮与结构零件，工作温度为-270~300℃。焊接性好，断裂韧性高，T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力2319 焊拉2219合金的焊条和填充焊料 2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件 铝锂合金的发展及应用 摘要：回顾了铝锂合金的发展历史，按时间顺序和性能特点将铝锂合金分成了三代，并重点介绍了第三代铝锂合金的优点和发展情况；分析研究了铝锂合金的性能特点与优势，指出提高铝锂合金性能的主要途径：微合金化、形变热处理、再结晶、在不同方向上拉伸或冷轧、减小变形量、改变弥散类型等；介绍了铝锂合金在国外先进飞机上的应用情况，为铝锂合金的应用提供参考；针对民用飞机，提出了铝锂合金的结构设计要求及方法。 关键词：铝锂合金；飞机；性能；应用 0 引言 锂(Li)是元素周期表中最轻的金属元素，密度只有5360kg／m。。在铝中每加入1％ (质量比)的锂，可使合金密度降低3％，并增加弹性模量约6％。由于铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成形性能，用其取代常规铝合金，可使构件质量减轻10％～15％，刚度提高15％～20％（1）。在现代先进飞行器上，铝锂合金的用量在逐渐提高，以达到减轻结构重量的目的。 1 铝锂合金发展历史 铝锂合金的发展大体上可划分为3个阶段，相应出现的铝锂合金产品也划分为3代（2-5）。1．1初步发展阶段 第一阶段为初步发展阶段，该阶段的时间跨度大约为20世纪50年代至6O年代初。虽然早在1924年德国的材料专家就开发出了第一个含Li的铝合金Scleron，但是，直到1957年美国Alcoa公司研究成功2020合金，1961年前苏联开发出BA~23合金，铝锂合金才真正引起人们的注意。美国将2020合金应用于海军RA25C军用预警飞机的机翼蒙皮和尾翼水平安定面上，获得了6％的减重效果但由于这些第一代铝锂合金产品的塑韧性水平太低，不能满足新航空设计标准的要求，因此并未取得进一步的应用。Alcoa公司于1969年停止了2020合金的生产。此后，铝锂合金的研究和应用在欧美等国进入了一个相对停滞的时期。 1．2繁荣阶段 2O世纪7O年代爆发的能源危机给航空工业带来了巨大的压力，所以，迫切要求飞机轻量化，复合材料的兴起也给传统铝工业造成潜在的威胁，这些都推动了人们对铝锂合金的重新重视，铝锂合金也因此进入了新的发展阶段，即第二阶段，该阶段的时间跨度为20世纪70年代至80年代后期。在这一时期，铝锂合金得到了迅猛发展，共召开了六次国际铝锂合金专题会议，对铝锂合金进行了全面研究。在此阶段，研制成功了低密度型、中强耐损伤型和高强型等一系列较为成熟的铝锂合金产品，其中具有代表性的合金有：前苏联研制成功的1420合金，美国Alcoa公司研制出的2090合金，英国Alcan公司的8090和8091合金，法国Pechiney 公司开发出的2091合金等。这些铝锂合金具有密度低、弹性模量高等优点，其主要目标是直接替代航空航天飞行器中采用的传统铝合金2024，7075等，它们都得到了一定的应用：1420合金是目前应用最为成熟的铝锂合金，俄罗斯在Mig29、Su227、Su235等战斗机及一些中、远程导弹弹头壳体上都采用了1420合金构件；美国对2090合金在C217运输机及ATF高级教练机上进行了装机试验；英国研制的8090合金在欧洲的EFA2000战斗机、EH101直升机以及A330 铝锂合金先进制造技术及其发展趋势 铝锂合金材料是近年来航空航天材料中发展最为迅速的一种先进轻量化结构材料，具有密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高、疲劳性能好、耐腐蚀及焊接性能好等诸多优异的综合性能。用其代替常规的高强度铝合金可使结构质量减轻10%~20%，刚度提高15%~20%，因此，在航空航天领域显示出了广阔的应用前景[1-4]。然而，由于其成本比普通铝合金高、室温塑性差、屈强比高、各向异性明显、冷加工容易开裂等，导致其成形难度大，目前只能成形较简单的零件，难以制造复杂的零部件，从而限制了其在结构部件方面的应用[5-11]。近年来，国外铝锂合金的研制和成形技术日渐成熟，不仅在军用飞机和航天器上大量应用；而且民用飞机铝锂合金的用量也呈增加态势，如“奋进号”航天飞机的外贮箱、空客 A330/340/380等系列飞机。在我国，由于铝锂合金熔铸工艺，板料轧制挤压技术不成熟，新型铝锂合金的开发研制相对落后，目前只在某些型号的航天器中有少量应用。本文系统总结了铝锂合金近年来的发展状况以及国内外先进成形技术在铝锂合金中的应用现状及其发展趋势，分析了铝锂合金研制和成形技术在我国的应用现状及与国际先进水平的差距，并指出铝锂合金在我国航空航天领域的应用前景。 先进铝锂合金发展现状 按照铝锂合金研制的历史进程和成分特点，可以将其划分成3个阶段，如表1所示[7]。 第一阶段为初步发展阶段，该阶段的时间跨度大约为20世纪50年代至60年代初。其主要代表为1957年美国Alcoa公司研究成功的2020合金，并将其应用于海军RA-5C军用预警飞机的机翼蒙皮和尾翼水平安定面上，获得了6%的减重效果[5-7]。前苏联在60年代成功研制了BAд23合金。但这两款合金延展性低，缺口敏感性高、加工生产困难等，无法满足航空生产及性能要求，未取得进一步的应用。 20世纪60年代中期，迫于能源危机的压力，铝锂合金被重新重视，并进入了快速发展阶段，即第二阶段。在这一时期，铝锂合金得到了迅猛发展和全面研究，其中具有代表性的合金有:前苏联研制的1420合金，美国Alcoa公司的2090合金，英国Alcan公司的8090 铝合金行业发展现状及前景趋势分析 资料来源：前瞻网：2013-2017年中国铝加工行业发展前景与投资预测分析报告，百度报告名称可查看报告详细内容。 铝合金是以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金广泛应用于需要有良好的成形性、高抗蚀性、且强度要求不高的产品。例如化工设备、食品工业装置与贮存容器、炊具、装饰品、小五金件等。 铝合金行业发展现状： 近几年，随着政府整顿和规范市场秩序力度的加强和市场竞争优胜劣汰机制作用的进一步发挥，中国铝合金工业在总量快速增长的同时，内部结构也发生了明显的变化，产业开始逐渐走向成熟。目前，中国铝合金型材工业已经跨越了以数量增长为特征的初级发展阶段，初步进入了以提高产品内在质量、丰富产品种类、依靠综合实力参与市场竞争的新阶段。 2012年1-12月，全国铝合金的产量达480.36万吨，同比增长20.77%。从各省市的产量来看，天津市铝合金的产量达49.39万吨，同比增长25.70%，占全国总产量的10.28%。紧随其后的是内蒙古自治区、河北省和江苏省，分别占总产量的10.18%、10.16%和10.00%。 铝合金行业前景趋势分析： 未来我国铝合金工业市场需求潜力巨大。由于我国正处在工业化的中期阶段，目前铝合金型材主要消费领域为建筑行业，工业铝合金型材消费占全部铝合金型材消费比例远远低于发达国家。随着中国工业化进程的推进，交通、电子等行业对于铝合金型材需求必定呈上升的趋势，在铝合金型材的消费结构中，工业铝合金型材消费的比例必定会不断上升。目前，汽车工业已成为中国的支柱产业，中国汽车工业已进入快车道，并已成世界汽车生产大国和世界上最有潜力的消费市场。轻量化是汽车工业节能减排的重要手段而轻量化必然导致铝合金在汽车上的大量应用。另外，尽管近年来铝合金门窗在低档次产品的冲击下，市场表现疲软，但未来在房地产业发展的带动下，因铝合金门窗的耐腐蚀性、变形量小、防火性强、使用寿命长、环保节能等特性，决定其仍是今后市场上的主流。 前瞻网：2013-2017年中国铝加工行业发展前景与投资预测分析报告，共八章。首先介绍了铝及铝合金的概念、特性、分类等，接着分析了国内外铝工业的整体发展及铝合金行业的发展环境，然后重点分析了国内铝合金产业的现状。随后，报告对全国及主要地区铝合金的产量数据进行了分析，并分别介绍了铝合金门窗、铝合金轮毂、铝合金锻件的发展情况。最后报告对铝合金行业做了技术发展分析，还对铝合金行业的未来前景及发展趋势进行了科学的预测。 （复制转载请注明出处，否则后果自负！） 论文题目：铝合金中含铁相的研究现状和发展趋势 姓名：韩志强 班级：材硕1511 学号：1570388 2015/10/25 摘要 铝以及铝与其它元素所形成的铝合金具有优良的力学性能，在工业领域内得到了广泛的应用，一直以来在世界范围内备受瞩目。但由于工业上受到工艺及模具的限制，从熔炼到成形的过程中很容易引进杂质元素，从而使其在某些领域中的应用受到了阻碍。 在众多杂质元素中，对铝合金组织及力学性能影响最大的是铁元素。它一直被人们当做合金中的有害元素，铁极难溶于铝中，共晶点的铁含量为 1.8%，不会固溶超过1.9%，超过这个数值，铁会与铝化合成一种中间相，该相组织粗大，尖锐，会影响合金总体的力学性能。 硅同样被认为是合金中的另一种杂质元素，合金中的这两种杂质元素容易形成金属间化合物，分别形成常见的两种相，即β-铁相和α-铁相。 铝合金质量轻，延展性好，大量使用，铝铁合金除了自身优点外，还具有其它的优良性能，良好的耐腐蚀性能、极好的耐磨耐硬和高强度等，使其在工业领域内的关注度逐渐上升。 研究表明富含铁相的铝合金经过变形后再进行T6热处理会发生性能降低的反常现象。 关键词：铝合金；铁元素；硅；热处理 Abstract Aluminum and aluminum alloys of aluminum and other elements formed have excellent mechanical properties, in the industrial fields has been widely used, it has been well received around the world. However, due to limitations on the process and die by the industry, from smelting to the molding process it is very easy to introduce impurity elements, making it apply in some areas has been hampered. Among impurity elements in aluminum alloy microstructure and mechanical properties of greatest impact is iron. It has been known as the harmful elements in the alloy, iron extremely difficult to dissolve aluminum and iron content of the eutectic point of 1.8%, not a solid solution over 1.9%, more than the value of iron and aluminum will synthesize an intermediate phase which organization coarse, sharp, it will affect the mechanical properties overall. Silicon alloy is also considered to be another impurity element, the alloy impurity elements both easy to form inter metallic compounds were formed common to both-phases, phase and α-iron β- iron phases. Lightweight aluminum quality, scalability, extensive use of aluminum alloy in addition to its own merits, but also has other excellent performance, good corrosion resistance, excellent wear resistance and high strength hard to make it in the field of industry attention gradually increased. Studies have shown that iron-rich phase deformation of aluminum alloy after T6 heat treatment and then be-reduced performance anomalies occur. Key words: aluminum alloy; iron; silicon; heat treatment 铝合金的领域研究及前沿前景 1 前言 经过对铝合金化学成分的组成与优化，铝合金型材的铸造工艺、热挤压加工工艺和人工时效工艺进行优化，形成了合理的工艺路线和工艺流程。在此工艺路线和工艺流程的指导下生产出的铝合金型材强度高、延伸率大，延展成型性能好，且具有良好的抗腐蚀性能，已突破普通铝合金建筑材料的应用范围的局限，除应用于铝合金建筑门窗、幕墙外，可用做高层建筑的阳台护栏、栅栏、交通护栏、指示牌、广告牌，以及交通运输设施，汽车、高速列车、航空航天、船舶、军工以及大型建筑结构等领域。因其良好的耐腐蚀性能，不仅可以杜绝碳素钢，铸铁护栏因生锈而带来的反复维护的成本与烦恼，且表面多彩化，可与建筑群、建筑小区的人文环境效果匹配，大大丰富了建筑物的外立面，增强建筑的整体美感。目前，该项成果正在进一步向交通高速公路护栏、汽车等行业渗透推广。 2 论文部分 一铝合金的发展前景 2.1 铝合金在汽车领域应用前景广阔 铝合金的优良特性以及节能、环保、安全的三大汽车技术发展主题确定了铝在汽车行业应用的美好前景，特别是以宝马、奔驰、卡迪拉克等品牌为代表的高档轿车的引进，为铝合金的应用提供了新的市场。 在近期和不久的将来，汽车工业将加快对钢制产品的替代工作，并渴望在如下方面取得进展：1、全铝车身，包括美国福特、通用、日本本田、德国奥迪的概念车车身已经大量采用铝合金，与钢结构相比，重量减轻40％以上；2 、底盘结构件及支架和悬挂类零部件；3、储气罐，后保险杠；4、新材料的开发，为铝合金应用领域的扩展提供了可能。如德国开发成功的泡沫铝材AFS(aluminumfoamsandwich)具有高的刚度／重量和强度／重量之比，能够有效吸收冲击能，具有防震防噪音、易于回收等特点，在车门立柱，保险杠，门侧防撞杆、前防撞梁、军车上的防爆板、轿车发动机零部件等方面拥有极强的应用前景；5、铝镁合金、铝钛合金在汽车车轮、电器件、内饰件等方面的应用也正在逐步扩大。 2.2 稀土锌铝合金镀层金属制品前景看好 如由佛山南海欧尚铝制品有限公司研制开发的国产新一代稀土锌铝合金镀层钢丝、钢绞线，投放市场后，受到用户青睐。专家认为该产品潜在市场十分巨大，前景相当广阔。 稀土锌铝合金镀层钢丝、钢绞线、钢丝绳是新一代耐腐蚀金属制品，目前世界公认的、有产品标准可遵循的只有两种，一种是含铝55％、硅6％、锌43.4％，称为Ga Al-Li 合金概述及实验：航空用Al- Li合金阳极氧化对粘接性能的影响 Al-Li 合金 一、什么是Al-Li合金？ 定义：Al-Li合金是指以锂为主要合金元素的新型铝合金。 锂(Li)是元素周期表中最轻的金属元素,密度只有5360kg/m3。在铝中每加入1%(质量比)的锂,可使合金密度降低3%,并增加弹性模量约6%。构件质量减轻，刚度提高。 二、 Al-Li合金的特点 优点： 1、低密度、高比强度、高比刚度； 2、优良的低温性能； 3、良好的耐腐蚀性能； 4、卓越的超塑成形性能； 5、用其取代常规铝合金,可使构件质量减轻10%-15%，刚度提高15%-20%； 6、成形、维修等都较复合材料方便, 成本也远远低于复合材料。 缺点： 1、铝锂合金韧性、塑性较常规铝合金低; 2、各向异性较大； 3、热稳定性差等。 三、Al-Li合金的发展 1.第一个阶段: 初步发展阶段，时间跨度为20世纪50年代至60年代初。这一阶段研究成果是以1957年美国Alcoa公司研究成功的2020合金为代表。 2.第二个阶段: 繁荣发展阶段，时间跨度为20世纪70年代至80年代后期。在这一时期,对Al-Li合金进行了全面研究,Al-Li合金得到了迅猛发展。 在繁荣发展阶段，研制成功了低密度型、中强耐损伤型和高强型等一系列较为成熟的Al-Li合金产品。如前苏联研制成功的1420合金、美国Alcoa公司研制出的2090合金、英国Alcoa公司的8090和8091合金、法国Pechiney公司开发出的2091 合金等。 3.第三阶段： 新型Al-Li合金发展阶段。进入90年代以后,人们针对Al-Li合金存在诸如各向异性、不可焊、塑韧性及强度水平较低等缺点开发出了具有一定特殊优势的Al-Li合金。 目前,已开发出的新型Al-Li合金，主要有高强可焊的1460和Weldalite 系列合金；低各向异性AF/ C489 、AF/ C458合金；高韧性的2097 、2197合金；高抗疲劳裂纹的C2155合金，以及经特殊真空处理的XT系列合金等。 铝合金材料的现状与发展趋势 发表时间：2018-09-11T11:22:54.293Z 来源：《新材料.新装饰》2018年3月上作者：佟有志 [导读] 我国当前国民经济的飞速发展，刺激更多的基础行业加快发展步伐。随着国际形势的严峻挑战，重视工业生产及其材料装备的工作任重道远 （东北轻合金有限责任公司，150060） 摘要：我国当前国民经济的飞速发展，刺激更多的基础行业加快发展步伐。随着国际形势的严峻挑战，重视工业生产及其材料装备的工作任重道远。铝合金作为一种重要的战略合金金属，在航空、航天、船舶、民用建筑、医疗以及军事工业等众多行业中得到广泛应用推广，已经变得不可替代。当前我国对高强铝合金的热处理技术研究距离国际最先进水平尚有进步空间，从业工作者应该积极探讨如何运用热处理技术来提供铝合金的材料性能，实现技术创新，为我国的重工业发展提供良好的物质基础。 关键词：铝合金材料；现状；发展趋势 1 铝合金概述 铝合金材料具有优良的性能，仅次于银、铜和金。它的抗大气腐蚀和加工性能也非常好，除此之外，它还有快速的冷冻成型和切削性能及铸造的优越性能。铝合金材料具有良好的导热性能，可以通过化学的方法将铝合金的热能转化为物理的机械性能和良好的腐蚀性能。按纯铝分类为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝。高纯铝的纯度为99%，主要用于制造电容器、铝箔、包铝以及熔炼铝合金。按变形铝合金的种类划分可以分为铸造铝合金材料、抗腐蚀性防锈铝合金材料及坚固的硬性铝合金材料。 2 铝合金材料在线缆行业的应用分析 2.1铝合金材料代替铜芯成为电线电缆生产企业的新宠 从铝合金材料的生产成本和它的应用范畴的来看，对未来电缆行业发展都有极大的发展潜力，在未来的几年里，铝合金很有可能成为电线电缆生产企业的新宠。从市场铜的价格趋势来看，铜材料的价格十分昂贵，加上各地越来越多的电网兴建给铝合金的发展带来了机会，也能让电线电缆企业找到更合适的电缆材料，同时也有效的解决对铜材料的过渡依懒性。首先，我国是个人口大国，国内资源有限，特别是铜矿资源，再加上这几年铜的价格不断上升却不减的局面，令众多的电线电缆企业发展十分艰难，随着电缆电线的生产本不断增加，电缆企业的利润越来越少，一些企业开始为了盈利不择手段，在铜材方面动脑筋，参杂质量，造成破坏铜等现象在业内比比皆是。 2.2有希望打破电线电缆生产企业唯“铜”是从的问题 随着电线电缆行业和铝合金材料的不断优化和拓展运用，铝合金材料将有希望打破电线电缆生产企业唯“铜”是从的难问题。近几年来，由于人类不合理的活动导致自然环境不断恶化和自然资源匮乏，若不能及时的研发和创新出新型的材料代替自然资源材料，那国家将面临自然资源的匮乏和环境不断恶化的严重问题。我国电线电缆行业的材料在过去的十几年至今仍依赖于铜材料，而我国对于铜资源的占有量是非常少的。随着铝合金材料的不断优化和发展及自身的优越性能，一些线缆企业越来越重视铝合金材料在线缆输电的应用。这有效的解决了电线电缆企业唯铜是从的难问题。铝合金材料通过复杂的化学和物理变化等一系列的处理之后而形成新的铝合金材料，新的铝合金材料比原来的铝合金材料在性能上有所改变了很多，比如铝合金的导热性能和抗腐蚀性能及柔韧性能等都增强了。新的铝合金材料由于性能增强而有效的避免了纯铝导体电缆连接不稳定和机械性能低的问题。与传统的钢材料对比，铝合金的导电性和安全性及各种性能都不弱于铜材料的电缆。铝合金材料和铜材料在性能上相比较有突出的优势。而合金电缆在成本上相对于铜芯电缆来说优势明显。另外，铝合金和铜材料的导电性一样的时候，铝合金材料电缆的重量比铜芯材料电缆的重量轻了许多，所以在电线电缆的安装工程中有一定的优越性，成本也有所降低。 2.3铝合金备受国外电线电缆生产厂家和市场的亲睐 在去年亚洲高端电线电缆峰会上，铝合金材料在未来线缆行业的运用引起大家的备受关注和讨论，由此可见，铝合金电缆越来越来受到关注，它的用途也将会重新被发掘和开发广泛应用。在国外，铝合金在电线电缆行业的应用是非常广泛的，并且有着一定的历史。就拿美国和加拿大这两个发达国家来说，铝合金材料在线缆行业的应用就有长达40年的历史。 综上所述，从铝合金材料自身的优越和国家的政策，特别是这几年环境和资源问题的出现，全世界都在关注和寻找能够与自然和谐发展的资源。环保、节能和再利用的资源已备受社会得重视和研究都将给铝合金的发展带来契机。 3 铝合金材料在其他行业的发展前景 3.1在汽车行业的发展 随着汽车行业的迅速发展，对材料的要求也越来越高。而铝合金材料的不断优化和自身优越性能的优势，在汽车行业的应用也越来越广泛。传统的汽车制造材料多为钢材，其结构和重量都很不理想，而铝合金质量轻和高强度等优越性能为汽车提供了优良的材料，为铝合金应用领域的扩展提供了可能。 铝合金新型材料的硬度高，柔韧性好及耐腐蚀性的优良性能。钢铁在公共设施场所中的护栏抗氧化和空气能力非常差，也经不起太阳和风雨的侵蚀，容易生锈腐蚀，而铝合金材质的护栏拥有优良的抗腐蚀性能就可以很好的解决护栏生锈的问题，同时有效的解决了经常维修和成本贵的问题。铝合金材料金属制成的产品在外观上还具有形式美和强烈的立体感，视觉冲击力也很强。铝合金材料具有良好的腐蚀性能，在交通护栏和汽车等行业逐渐广泛应用。 3.2在热交换器应用的发展 热交换器的使用在我国已有一定的历史积淀，它是一种结合铝合金材料生产出来的高性能产品。在日常生活也非常常见，一般的汽车换热器、家电散热和集热产品内部零件便是用铝合金材料制成的。热交换器用铝合金材料是通过的轧制复合方法制备而成，铝合金材料的加工工艺在我国国内当时来说是没有出现的，所以这是首创，并且东北轻合金有限责任公司“汽车换热器用铝合金复合箔的研制”项目在2001年荣获了国家科学技术进步奖二等奖。 3.3稀土铝合金的发展 稀土铝合金材料是在现代发展起来的新型金属制品。由于稀土元素（如锆、钪、铒等）加入铝合金中起到了良好的改性作用，显著提铝及铝合金焊接工艺的现状和发展趋势实用版
铝锂合金本构模型研究及其ABAQUS二次开发
铝合金的发展前景及应用展望
铝锂合金应用
铝锂合金应用的现状与前景
铝合金在高速铁路上的应用现状及发展趋势
铝锂合金
铝锂合金总结
铝合金的应用领域及发展方向
铝锂合金的发展及应用
铝锂合金先进制造技术及其发展趋势
铝合金行业发展现状及前景趋势分析
铝合金中含铁相的研究现状和发展趋势分析
铝合金的领域研究及前沿前景
铝锂合金
铝合金材料的现状与发展趋势