| 词条 | 铝锂合金 |
| 释义 | § 简介 激光-等离子复合焊接铝锂合金 中文名称：铝锂合金 英文名称：aluminium lithium alloy，以锂为主要合金元素的新型铝合金。最大特点是密度低，比强度、比刚度高，耐热性和抗应力腐蚀性能好，可进行热处理强化。 所属学科：航空科技（一级学科）；航空材料（二级学科） 。 铝锂合金是一种低密度、高性能的新型结构材料，它比常规铝合金的密度低10％，而弹性模量却提高了10％，其比强度和比刚度高，低温性能好，还具有良好的耐腐蚀性能和非常好的超塑性。随着航空航天工业的迅猛发展，铝锂合金也得到了日益广泛的应用，用铝锂合金取代常规的铝合金可使结构质量减轻10％～15％，钢度提高15％～20％。用2195铝锂合金作为航天飞机外箱的材料，结构质量比原来采用2219材料减轻质量7％，有效载荷增加10％～15％。 采用铝锂合金制造大型运载器的低温推进剂贮箱，可以降低结构质量，提高运载能力，从而获得显著的经济效益。航天结构件间往往采用连接体的形式，用焊接工艺代替传统的铆接结构可以减轻结构质量，减少装配时间，这就产生了铝锂合金的连接问题。 铝锂合金主要为飞机和航空航天设备的减重而研制的，因此也主要应用与航空航天领域，还应用于军械和核反应堆用材，坦克穿甲弹，鱼雷和其它兵器结构件方面，此外在汽车、机器人等领域也有充分运用。从20世纪30年代开始，德、美、英、前苏联对Al-Li合金进行研制，但是真正具有商业价值的是1957年美国Alcoa公司研制成功的含锂1.1%的2020合金，用于制造海军TA－5CVigitante飞机的机翼蒙皮和尾翼的水平安定面。目前主要使用的铝锂合金有2×××系（Al-Li-Cu-Zr）和8×××系（Al-Li-Cu-Mg-Zr）等10余种牌号，最大铸锭规格达到25t以上，其轧制、挤压和锻造的加工技术已达到常规铝合金的水平。 § 成分和密度 成分：所有合金成分中，其余量均为铝。 合金密度1、g·cm-3 Si2、Cu Mn Mg Cr Li Zr 其他 2090—I/M 0.10 2.4～3.0 0.05 0.25max 0.05 1.9～2.6 0.08～0.15 0.12Fe,0.10Zn 0.15Ti 2.57 2091—I/M 0.20 1.8～2.5 0.10 1.1～1.9 0.10 1.7～2.3 0.04～0.16 0.3Fe,0.25Zn 0.10Ti 2.57 8090—I/M 0.20 1.0～1.6 0.10 0.6～1.3 0.10 2.2～2.7 0.04～0.16 0.3Fe,0.25Zn 0.10Ti 2.53 643—P/M 0.8～1.1 0.4～0.6 3.4～3.6 0.4～0.6 2.47 644—P/M 0.4～0.6 3.0～3.2 0.4～0.6 2.49 IN905XL—P/M 4.0 1.5 0.80,1.1C 2.57 2020—I/M 4.5 0.5 0.5 1.1 0.2Cd 2.71，普通锻造铝合金的密度范围由5056合金的2.64g/cm3至7178和2011合金的2.82g/cm3。[1] § 特性 铝锂合金模锻件 铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚度、优良的低温性能和耐腐蚀性以及良好的超塑性等优点。用铝锂合金取代常规的铝合金可使结构质量减轻10%~15%，刚度提高15%~20%，是一种理想的航空航天结构材料。 良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能；其强度、断裂韧性、屈服强度、疲劳性能都是随着温度的降低而提高；它有良好的超塑性，可以制成形状复杂、难以成形的零件，减少劳动强度和减轻结构的重量。用其取代常规的铝合金可使构件质量减轻15%，刚度提高15%~20%，被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在该领域，铝锂合金己在许多构件上取代了常规高强铝合金。 从空客A380选材的分布来看，铝合金占的比重最大，达机体结构重量的61%，因此要实现性能改进，必须开发创新的铝合金材料和工艺技术，具体是提高强度和损伤容限，加强稳定性并提高抗腐蚀能力。空客A380使用了2099、2199、2196等铝锂合金。用于A380的地板梁，如横梁、座椅滑轨、座舱以及应急舱地板结构、电子设备安装架及角形物，可减重几百公斤。俄罗斯下一代窄体客机MS-21将采用复合材料机翼和尾翼，而机身将由先进合金如铝锂合金制成。 但也有许多制约其应用的致命性弱点，如铝锂合金韧性、塑性较常规铝合金低，各向异性较大，热稳定性差等。对此，课题组在主合金成分优化及微合金化方面进行了大量研究，系统研究了多种合金元素在铝锂合金中的存在形式，特别是这些合金元素对铝锂合金微观组织结构的影响和强韧化效果及微观作用机制。 中国课题组在原子和纳米层次分析考察了合金元素和其他原子以及缺陷的交互作用，阐明了铝锂合金成分、微观组织结构和合金性能之间内在联系的物理本质。在此基础上，中国郑子樵教授提出了多相复合协同强韧化的最佳组织模式和调控技术。这不仅使铝锂合金保持了高强度、高刚度的特点，而且显著改善了铝锂合金的韧性、塑性和其它性能。 § 发展历程 激光-MIG复合焊接铝锂合金 1983年在巴黎国际航空博览会上，世界上两家最大的铝合金生产企业——英国阿尔康铝业公司和美国阿尔考铝业公司，同时宣布研制成功新的革命性材料——铝锂合金。专家们认为，铝锂合金是从1943年发明铝锌系高强合金以来，铝合金研究和开发的又一个里程碑。其实，铝锂合金并不是个新鲜概念。对这种材料的认识经历了相当长的时间。由于锂的比重小，在铝中的溶解度高，长期以来人们就把锂看作铝的亲密合作伙伴。早在本世纪20年代，科技工作者就对铝锂合金进行过许多评论。 1924年，德国研制成功一种工业铝锂合金——司克龙。这是一种仅含0．1％锂的铝锌合金。它的机械性能比当时盛行的铝镁合金——杜拉铝要稍好一些。由于当时杜拉铝已得到公认，所以影响了司克龙合金应受到的广泛重视。1943年，高强度的铝锌镁铜合金问世，再一次低估了铝锂合金的工业价值。1957年，英国研制成功了含锂1.1％的X-2020铝合金。这种合金用于美国舰载超音速攻击机的机翼和水平尾翼的蒙皮上，取代原设计中的铝合金后，RA-5C飞机的重量减轻6％。原苏联的科技工作者同时也研制出了一种含锂2％的铝合金。 又经过10年徘徊，到1967年发生了世界范围的能源危机后，各国又重新开始大规模研究铝锂合金。由于冶金技术和相关技术的发展，使含锂量更大、比重更小、强度更高的铝钾合金的出现成为可能。据认为，目前许多先进的战斗机和民航飞机大都采用了这种合金。铝锂合金的成本大约只是碳纤维增强塑料的1/10。如果采用铝锂合金制造波音飞机，重量可以减轻14．6％，燃料节省5．4％，飞机成本将下降2．1％，每架飞机每年的飞行费用将降低2．2％。可以预料，随着材料科学的发展，将有越来越多的新型合金进入航空航天业、各个工业部门及千家万户。 § 发展阶段 铝锂合金的发展大体上可划分为3个阶段。1924年德国研制出了第一种含Li的铝合金“Scleron”， Alcoa铝业公司研制成功X2020合金，而前苏联也开发出вΑД23合金。 第二代铝锂合金产品有：前苏联研制的01420合金，美国Alcoa公司的2090合金，Alcan公司的8090和8091合金等。但这些铝锂合金存在各向异性严重，短横向强度较低，塑韧性水平较低，热暴露后会严重损失韧性等问题。 针对铝锂合金的种种弊端，研究人员开发出了一些具有一定特殊优势的第三代新型铝锂合金，它们主要有：Weldalite系列合金，高韧的2097、2197合金，C-155合金，及经特殊真空处理的XT系列合金和高强可焊的01460等。 新型铝锂合金降低了Li含量，增加了Cu含量，并且添加了一些新的合金化元素Ag,Mn,Zn等；在性能水平上，新型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。由于含Sc铝合金具有优异的性能，因此在铝锂合金中添加Sc成为新型铝锂合金的一个发展方向。[2] § 国内外的研究情况 铝锂合金 科技攻关二十年中国铝锂合金研究跻身世界先进行列 进入空间轨道的航天运载器每减轻1kg，其发射费用将节省约2万美元，因此结构减重在航天领域可谓“克克计较”。战斗机重量若减轻15％，则可缩短飞机滑跑距离15％，增加航程20％，提高有效载荷30％。因此，世界各国十分重视研制和开发航空航天用轻质结构材料。锂的密度约为水的一半，是最轻的金属元素，在铝合金中每加入1%的锂，可使合金密度降低3%，刚度提高6%。据推算，如果采用先进铝锂合金取代传统铝合金制造波音飞机，重量可以减轻14．6％，燃料节省5．4％，飞机成本将下降2．1％，每架飞机每年的飞行费用将降低2．2％。因此，铝锂合金被认为是航空航天最理想的结构材料。二十世纪八十年代，在全世界范围内掀起了铝锂合金研究的高潮。但由于铝锂合金的特殊应用背景，铝锂合金研究中的关键技术各国高度保密。 基于铝锂合金在国防及航空航天领域应用的巨大潜力，以中南大学材料科学与工程学院郑子樵教授为学术带头人的课题组在国家科技攻关计划的支持下，从“七五”开始率先在国内开展铝锂合金研究，并坚持不懈地连续进行了四个“五年”计划的研究。铝锂合金无论合金成分控制、熔炼铸造工艺还是微观组织结构演化控制过程均与常规铝合金有很大的差别，由于国内没有任何经验可以借鉴，研究工作最初经历了很多次的失败。锂的性质活泼，在大气中极易氧化甚至燃烧，与氢的结合力也极强，并且容易与炉衬材料发生反应，侵蚀坩埚，形成的大量夹渣卷入铸锭中。同时熔铸过程中锂本身极易偏析，铸造时用水冷却还有爆炸的危险，因此铝锂合金根本不能按常规方法熔炼铸造。为此，郑子樵教授带领课题组人员反复实验，从熔炼坩埚炉体材料选择、熔体保护、成分控制、除气及铸造工艺入手，通过反复摸索，建立了一套获得高质量铝锂合金铸锭的熔铸技术。 经过近二十年的辛勤探索，课题组不仅攻克了铝锂合金制备工艺一个又一个的难关，而且创建了高性能铝锂合金的合金化及微观结构调控的基础理论体系和技术体系。这些理论研究成果得到了国内外同行的广泛认同，不仅充实了材料科学的基础理论，也促进了相关学科的交叉和发展，其学术影响和地位居于世界同类研究前列。 二十年来，课题组不仅一直坚持在实验室进行铝锂合金的基础理论研究，而且从最初的研究开始即思考着如何将基础理论研究成果应用于实际，以推动铝锂合金从实验室研究走向工业化生产并在中国航空航天领域获得应用。为此，郑子樵教授不知疲倦地来往于中国最大的铝加工企业———西南铝业（集团）有限责任公司以及航空航天部门的研究院所和应用部门之间。通过联合开展铝锂合金工业化试制与应用研究，形成了我国铝锂合金的实验室研究、工业化生产和实际应用的联合科研群体。郑子樵教授还直接参与了中国铝锂合金专用熔铸生产线建设的技术工作，经常在现场和技术人员一道解决工业化生产中的各种技术问题。 中南大学和西南铝业有限责任公司联合研究的多种高性能铝锂合金已开始大量应用于中国航空、航天领域，促进了我国航空航天工业的发展。由于联合科研群体的共同努力，中国已跨入了世界上仅美国、俄罗斯、英国等少数几个能生产和应用铝锂合金的国家行列。目前，中南大学材料科学与工程学院以郑子樵教授为学术带头人的研究群体，在跟踪国外最新研究动向的基础上，正努力通过自主创新，研究开发新一代的高性能铝锂合金，以满足我国未来航空航天及国防对铝锂合金的不同需求。[3] § 应用深远而又重要 铝锂合金的航空应用 Al-Li合金已经在军用飞机、民用客机和直升飞机上使用或试用，主要用于机身框架、襟翼翼肋，垂直安定面、整流罩、进气道唇口、舱门、燃油箱等等。早在20世纪50年代，美国就开发了x2020铝锂合金后来用来取代7075用于RA-SC预警机。美国一公司将C-155铝锂合金用于波音777和空中客车A330/340飞机的垂尾和平尾，该合金比普通铝合金有更好的抗疲劳性能和高的强度。其中A330/340飞机每架使用Al-Li合金650kg，可使飞机减重达4250kg，可以提高有效载荷及降低燃料消耗。麦道公司的C-17运输机使用了铝锂合金板材和挤压型材制造货舱的地板梁、襟翼副翼蒙皮等结构，用量达2.8t，比用普通铝合金减重208kg，法国幻影式战斗机上也大量应用铝锂合金，其成本低于热固塑料和金属基复合材料。 在1988年的时候，洛克希德•马丁战术飞机系统公司、洛克希德•马丁航空系统公司和雷诺兹金属公司就开始AA2l97合金研制的联合计划，为军用歼击机隔板和舱壁生产重载厚板。1996年6月，雷诺兹金属公司开始售出第一批AA2l97合金板材，用于取代其它材料制造美国空军F－16飞机的后部隔板(舱壁)和其它零件。欧洲试验型战斗机EFA其前部所有薄板状零件皆由8090薄板制成，占所有材料的9%，驾驶舱内使用了不少A1-Li合金，其中用A1-Li超塑成形工艺制造的电子设备室的盖板长达1.5m。英、意合作生产的大型直升机EH101上，其机身框架、蒙皮和内部结构使用了相当多的A1－Li合金板材和锻件，每架质量减轻200kg。而据估计，直升机在整个服役期间每减轻1kg增加经济效益高达3000英镑。 在航空铝锂合金的研究和应用方面，前苏联及俄罗斯也一直处于世界的领先地位，比较有代表性的有01420、01421（含钪）、01423（含钪）、01430、01440、01450等。早在20世纪70年代，前苏联就将铝锂合金用于制造雅克－36飞机的主要构件，包括机身蒙皮、尾翼、翼肋等，该飞机在恶劣的海洋气候条件下使用，性能良好。20世纪90年代初又在米格－29和米格－31飞机上采用1420合金焊接结构，使减重效果进一步提高。米格－29使用了1420合金薄板、模锻件、挤压壁板等制造机身、驾驶员座舱、油箱等，每架飞机铝锂合金用量达3.8t。采用焊接油箱后减重达24%，其中12%是由于材料比重的降低，12%是由于焊接结构减少了铆钉、螺钉、密封剂和搭接部分而达到的。1420合金在其它飞机，如运输机、客机、直升机上用量也相当可观。安－124用量近8t，图－204用量2.7t，米－26用量1.8t，还有伊尔－86、安－72等也都采用了A1-Li合金。近年来，Al-Li合金也大量用在苏－27、苏－35、苏－37等战斗机上，以及远程导弹弹头壳体等。 铝锂合金的航天应用 对于航天飞行器结构，质量的减轻可增加有效载荷，而有效载荷每增加1kg可带来4,400～110,000美元的效益。因此，由于Al-Li合金密度低、性能好的特点，在很多航天飞行器中都采用Al-Li合金结构。美国洛克希德导弹和空间公司(LMSC)制造的飞行器使用低密度、中等强度和高刚度的材料，因此大量采用Al-Li合金产品。从20世纪80年代中期开始，大量选用8090及普通加工方法生产各种锻件、厚板、薄板与挤压件。LMSC在大力神有效载荷转接器上使用8090板材，减轻质量180kg。该公司使用AA2195合金生产的新的航天飞机“超轻型油箱”，长达47m，直径达8.4m，用于盛装低温燃料和液态氢。AA2195合金的使用使油箱减轻5%（减重近3400kg），强度提高30%，有效地增加了有效载荷，节约成本约7500万美元。 麦道空间系统公司采用2090－T81板材制成直径2.44m，长3.05m的低温箱，用于三角翼火箭盛放燃料和液氧的容器，质量减轻15%。美国通用动力空间公司在阿特拉斯和半人马运载火箭上的三个部件采用2090合金，总量达70kg，质量较2024减轻8%。1997年12月的美国“奋进号”航天飞机外贮箱采用2195代替2219，运载能力提高了3.4t。Al-Li合金在俄罗斯的航天业中也有很多的应用。俄罗斯在1450合金基础上添加0.20%的Sc元素研制出1460合金，有更优良的性能，将其应用于大型运载火箭“能源号”的结构件上。此外，还用在其它火箭、“暴风雪”号航天飞机和空间站的结构件上。[4] § 其焊接技术的研究进展 铝锂合金 1 弧焊 在航天工业中，铝合金焊接中应用较广的是TIG和MIG工艺。TIC焊又有交流氩弧焊和直流正接氦弧焊2种工艺：保护气体采用氩气和氦气，应用氩气较多。氦和氩相比，其最小电离能高，在其他条件和参数相同时，电弧电压较高。因此，氦弧焊电弧温度高，焊接热输入量大，具有更高的能量密度，与氩弧焊相比熔深较大，焊接缺陷特别是气孔较少。为了利用氦气电弧热高的优点并避免纯氦带来的缺点，国外采用气脉冲(Ar+He)TIG和MIG技术焊接铝合金，可大大减少气孔缺陷。 用经过净化的氩气，在拖罩保护下用氩弧焊焊接铝锂合金，焊缝表面光滑，无裂纹与气孔，试样靠垫板一面仍保持原来的金属光泽。显微组织金相照片显示，试样中黑色氧化物明显减少，焊缝呈细等轴晶形态：而用普通的氩弧焊工艺焊接的接头焊缝与基体过渡显著、焊缝与母材有一条分界线，机械性能不是连续过渡的。8090铝锂合金母材自然时效抗拉强度499MPa，延伸率2％ ：普通工艺氩弧焊接头经固溶时效处理抗拉强度为216MPa，延伸率1％；氩气净化、带拖罩保护的氩弧焊接头同溶时效后抗拉强度324MPa，延伸率2.63％=可见用经净化的氩气、带拖罩保护的氲弧焊试样的抗拉强度明显高于用普遍工艺得到的氩弧焊试样。 2 铝锂合金的SPF／DB 铝锂合金的超塑成形／扩散连接(SPF／DB)是90年代超塑性应用领域中的一项富有挑战性的课题。铝锂合金SPF／DB组合工艺的难点是扩散连接。铝锂合金表面的氧化膜极其稳定，具有旧膜难去、新膜易生的特点，必须采用特殊方法实现铝锂合金的扩散连接。经过铝锂合金扩散连接技术的不断发展．在严格的工艺条件下铝锂合金扩散连接接头的剪切强度几乎达到了母材强度。 近期有前途的DB方法有3种：氩气中大变形量扩散连接；真空扩散连接；MBB公司开发的复合中间层(A1／AI+Si／Cu／Ag)TLP扩散连接。超塑成形(SPF)是利用材料在特殊条件下所表现出的超强变形能力，对形状复杂、精度高、用常规工艺方法难以加工或难以满足要求的薄壁零件采用吹塑胀形等方法进行成形的过程，它是一种几乎无余量、低成本、高效的特种成形方法。 3 钎焊 由于铝锂合金的熔点比常规铝合金低，故钎焊时对温度很敏感，硬钎焊时极易产生过烧组织，使钎焊接头性能变差。为了解决这一问题，工程上一般多从降低钎料熔点人手，但这往往会降低钎缝强度。可见，在过烧温度下采用硬钎料钎焊是铝锂合金钎焊连接技术的关键，西北工业大学采用了2090Ce铝锂合金板材通过对铝锂合金钎焊时钎剂组元系的试验研究发现反应钎剂的冶金作用有助于降低钎料温度，从而避免产生过烧组织，使钎焊接头性能得以改善。 4 电子束焊和激光焊 与弧焊相比，电子束焊和激光焊采用低热输入，有利于裂纹和气孔的消除以及接头软化区的减小：前苏联已成功地采用局部真空电子束焊焊接1460铝锂合金，制造了“能源号”运载火箭低温贮箱。以激光和电子束2种方法焊接8090A1一Li合金，并将其焊后微观组织和力学性能作对比，在焊缝深度均为5mm时，电子束焊接试样的强度和断裂韧性比采用激光焊接的分别高7％和24％ 在电子束试样中的晶粒尺寸和8沉淀相均比激光焊接试样的小，这是由于电子束焊接时所吸收的热输入小的缘故。激光焊与电子束焊相比，既可采用填充焊丝，也可不加填充材料，且还不受真空室限制。 激光焊接因热输入低和变形小，焊接速度高及激光系统柔性好而广泛应用于金属板材结构的焊接 发展铝合金板材的激光焊接技术能够减轻结构重量，因此在航空、汽车、交通、船舶、建筑等领域的应用前景广阔 但铝合金表面反射率、导热率高，低沸点合金元素易发挥，从而导致未焊透、气孔及裂纹等缺陷。有研究表明，当增加激光光板的功率密度至超过铝合金激光焊接的阈值(CO2激光约4x106W／cm，Nd：YAG激光为1．5×l0 W／cm )时．就能很好地产生小孔效应，实现激光深熔焊。 5 搅拌摩擦焊 最近，一种新型的固相连接方法—— 搅拌摩擦焊(FSW)连接引起了许多人的关注，这种焊接方法是由英国焊接研究所1991年提 的：与常规摩擦焊一样，搅拌摩擦焊也利用摩擦热作为焊接热源。不同之处在于，搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体形状的搅拌头伸入T件的接缝处．通过搅拌头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的：在焊接过程中， 件要刚性同定在背垫板上．搅拌头一边高速旋转一边沿工件的接缝移动：搅拌针伸进材料内部进行摩擦和搅拌，搅拌头的肩部与T件表面摩擦生热，并用于防止塑性状态材料的溢出，同时可以起到清除表面氧化膜的作用。 铝锂合金的熔焊易产生热裂纹，易氧化并形成气孔，同时还存在因接头软化而导致接头强度系数降低等问题，所以铝锂合金的弧焊、激光焊及电子束焊等焊接方法均存在一定的局限性，由于铝锂合金扩散焊丁艺较为困难和铝锂合金的钎焊接头强度较低，铝锂合金的扩散焊和钎焊等固相连接方法也不是很理想搅拌摩擦焊虽然是近十几年才发展起来的新型固相连接方法，但是目前在许多领域已经得到了很好的应用，搅拌摩擦焊在铝锂合金的焊接上具有很大优势， 是未来铝锂合金连接的一个主要发展方向。 目前，飞行器等结构大量采用高强铝合金：由于铝合金材料的熔焊焊接性能差，不得不采用点焊、铆接或机械连接结构．大大降低了性能重量比，限制了铝合金在飞机、汽车、船舶等结构中的应用英国焊接研究所研究开发的搅拌摩擦焊工艺为这类问题的解决提供了一个新思路 搅拌摩擦焊连接方法用于飞行器上的高强铝合金（如硬铝、铝锂合金等)材料的连接，可大大提高产品的性能和制造水平。 § 发展现状 铝锂合金的激光复合焊 一、人类历史的发展表明，材料是社会发展的物质基础和先导，而新材料则是社会进步的里程碑。 材料技术一直是世界各国科技发展规划之中的一个十分重要的领域，它与信息技术、生物技术、能源技术一起，被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的高技术。材料高技术还是支撑当今人类文明的现代工业关键技术，也是一个国家国防力量最重要的物质基础。国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者，新材料技术的研究和开发对国防工业和武器装备的发展起着决定性的作用。 二、军用新材料的战略意义 军用新材料是新一代武器装备的物质基础，也是当今世界军事领域的关键技术。而军用新材料技术则是用于军事领域的新材料技术，是现代精良武器装备的关键，是军用高技术的重要组成部分。世界各国对军用新材料技术的发展给予了高度重视，加速发展军用新材料技术是保持军事领先的重要前提。 三、军用新材料的现状与发展 军用新材料按其用途可分为结构材料和功能材料两大类，主要应用于航空工业、航天工业、兵器工业和船舰工业中。 军用结构材料 • 铝合金铝合金一直是军事工业中应用最广泛的金属结构材料。铝合金具有密度低、强度高、加工性能好等特点，作为结构材料，因其加工性能优良，可制成各种截面的型材、管材、高筋板材等，以充分发挥材料的潜力，提高构件刚、强度。所以，铝合金是武器轻量化首选的轻质结构材料。 铝合金在航空工业中主要用于制造飞机的蒙皮、隔框、长梁和珩条等；在航天工业中，铝合金是运载火箭和宇宙飞行器结构件的重要材料，在兵器领域，铝合金已成功地用于步兵战车和装甲运输车上，最近研制的榴弹炮炮架也大量采用了新型铝合金材料。 近年来，铝合金在航空航天业中的用量有所减少，但它仍是军事工业中主要的结构材料之一。铝合金的发展趋势是追求高纯、高强、高韧和耐高温，在军事工业中应用的铝合金主要有铝锂合金、铝铜合金（ 2000 系列）和铝锌镁合金（ 7000 系列）。 铝锂合金应用于航空工业中，预测飞机重量将下降 8~15% ；铝锂合金同样也将成为航天飞行器和薄壁导弹壳体的候选结构材料。随着航空航天业的迅速发展，铝锂合金的研究重点仍然是解决厚度方向的韧性差和降低成本的问题。 • 钛合金 钛合金具有较高的抗拉强度（ 441~1470 兆帕），较低的密度（ 4.5g/cm 3 ），优良的抗腐蚀性能和在 300~550 o C 温度下有一定的高温持久强度和很好的低温冲击韧性，是一种理想的轻质结构材料。钛合金具有超塑性的功能特点，采用超塑成形－扩散连接技术，可以以很少的能量消耗和材料消耗将合金制成形状复杂和尺寸精密的制品。 钛合金在航空工业中的应用主要是制作飞机的机身结构件、起落架、支撑梁、发动机压气机盘、叶片和接头等；在航天工业中，钛合金主要用来制作承力构件、框架、气瓶、压力容器、涡轮泵壳、固体火箭发动机壳体及喷管等零部件。 50 年代初，在一些军用飞机上开始使用工业纯钛制造后机身的隔热板、机尾罩、减速板等结构件； 60 年代，钛合金在飞机结构上的应用扩大到襟翼滑轧、承力隔框、起落架梁等主要受力结构中； 70 年代以来，钛合金在军用飞机和发动机中的用量迅速增加，从战斗机扩大到军用大型轰炸机和运输机，它在 F14 和 F15 飞机上的用量占结构重量的 25% ，在 F100 和 TF39 发动机上的用量分别达到 25% 和 33% ； 80 年代以后，钛合金材料和工艺技术达到了进一步发展，一架 B1B 飞机需要 90402 公斤钛材。 现有的航空航天用钛合金中，应用最广泛的是多用途的 a + b 型 Ti-6Al-4V 合金。近年来，西方和俄罗斯相继研究出两种新型钛合金，它们分别是高强高韧可焊及成形性良好的钛合金和高温高强阻燃钛合金，这两种先进钛合金在未来的航空航天业中具有良好的应用前景。 随着现代战争的发展，陆军部队需求具有威力大、射程远、精度高、有快速反应能力的多功能的先进加榴炮系统。先进加榴炮系统的关键技术之一是新材料技术。自行火炮炮塔、构件、轻金属装甲车用材料的轻量化是武器发展的必然趋势。在保证动态与防护的前提下，钛合金在陆军武器上有着广泛的应用。155 火炮制退器采用钛合金后不仅可以减轻重量，还可以减少火炮身管因重力引起的变形，有效地提高了射击精度；在主战坦克及直升机－反坦克多用途导弹上的一些形状复杂的构件可用钛合金制造，这既能满足产品的性能要求又可减少部件的加工费用。 § 最新动态 C919飞机是中国拥有自主知识产权的中短程商用干线飞机，可载156－168名乘客。等直段是C919大型客机七大部段之一，位于大飞机前机身，是宽度相等的筒状结构部段，全长7.45米、宽4.2米、高4.2米。部段采用铝锂合金材料，这在国内民机应用上尚属首次。 铝锂合金C919客机样件顺利下线 在波音占领国际客机市场，中国客机研究也有了进一步的突破。负责国产大飞机研制与开发的中国商用飞机有限责任公司（下称“中国商飞公司”）2010年12月2日宣布，C919大型客机铝锂合金机身等直段部段在中航工业洪都公司大飞机部装厂房顺利下线，这标志着C919大型客机研制工作又迈进了一步。 2010年是大型客机项目全面开展预发展工作的关键一年，而七大部段研制是2010年C919大型客机项目研制的关键任务之一。 等直段研制就是C919大型客机2010年七大部段研制任务之一，等直段位于大型客机机身前部，是宽度相等的筒状结构部段。部段采用铝锂合金材料，这在国内民机应用上尚属首次。 中国商飞公司副总经理贺东风表示，机身等直段部段的研制成功，不仅验证了相关的工程设计及制造工艺方案，还为C919大型客机项目铝锂合金等新材料的应用、适航审查积累了经验。 根据中国商飞公司的时间安排，今年C919大型客机将确定总体技术方案、制造总方案和客户服务总方案。2011年C919大型客机将转入工程发展阶段，2014年首飞，2016年交付用户。[5] |
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