鋁鋰合金應(yīng)用及成形性能研究

呂冬蘭

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了近年來常用鋁鋰合金的性能特點(diǎn)及在民用飛機(jī)上的應(yīng)用情況，通過試驗(yàn)分析，重點(diǎn)研究了2196型材的力學(xué)性能和壓下陷的工藝性，得出不同狀態(tài)下成形的工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：鋁鋰合金；冷壓下陷；力學(xué)性能

1 前言

Al-Li合金具有低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度、高模量、優(yōu)良的低溫性能、良好的耐腐蝕性能和卓越的超塑性成形性能。鋁鋰合金在軍機(jī)以及航天產(chǎn)品上已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，對(duì)于民機(jī)來說，加大鋁鋰合金的應(yīng)用比例，也是民機(jī)上金屬材料應(yīng)用的一個(gè)發(fā)展方向。

2 鋁鋰合金性能及在民機(jī)上的應(yīng)用情況[1-2]

2050具有高的拉伸強(qiáng)度和斷裂韌性及良好的耐應(yīng)力腐蝕性，用于空中客車公司的運(yùn)輸機(jī)A380-800。2099具有良好的機(jī)加和成形性能。2099-T8511擠壓件用于A380地板梁，減輕重量幾百公斤。2196主要用于在機(jī)加過程中有低密度、高強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性要求的地方，空客A380-800飛機(jī)主艙橫梁采用了2196鋁鋰合金鍛壓件。2198和其他鋁鋰合金一樣，密度低，具有良好的靜態(tài)拉伸和成形的綜合性能，用于A350客機(jī)。

綜上所述，鋁鋰合金在國(guó)外飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。但是，我國(guó)的鋁鋰合金在材料成形性能和應(yīng)用領(lǐng)域方面與國(guó)外相比還有很大差距。本文通過試驗(yàn)分析，重點(diǎn)研究了2196型材的力學(xué)性能和下陷的工藝性，得出不同狀態(tài)下成形的基本參數(shù)，對(duì)2196鋁鋰合金冷成形工藝的確定有一定的指導(dǎo)意義。

3 2196型材成形工藝性能

3.1 2196型材力學(xué)性能

與傳統(tǒng)的鋁合金比，2196具有優(yōu)良的力學(xué)性能，本文分別從2196-T8511型材上取L和LT方向試樣和2024-T8511型材上取L方向試樣，在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，獲得材料的最小UTS、YTS和延伸率（如表1所示）。從表1中可以看出2196-T8511型材的UTS、YTS和延伸率均高于2024-T8511。

3.2 2196下陷成形

根據(jù)某項(xiàng)目零件擬選用的工藝情況，型材下陷試驗(yàn)采用3個(gè)T型材，下陷過渡區(qū)長(zhǎng)度為0.25in，分別測(cè)試2196-T351和2196-T82狀態(tài)的鋁鋰合金冷壓下陷的下陷深度。試驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2所示。

研究結(jié)果表明：最終時(shí)效到T82狀態(tài)后（306°F，48小時(shí)），對(duì)試樣進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)時(shí)，沒有裂紋出現(xiàn)。因此，可以得出結(jié)論，鋁鋰合金2196型材可在T351狀態(tài)，過渡區(qū)長(zhǎng)度與下陷深度比為5～2.5的情況下，進(jìn)行冷壓下陷和熱壓下陷。

研究結(jié)果表明：冷壓下陷后，對(duì)試樣進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)，當(dāng)下陷深度大于等于0.07in時(shí)有裂紋出現(xiàn)。熱壓下陷后，對(duì)試樣進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)，當(dāng)下陷深度大于等于0.08in時(shí)有裂紋出現(xiàn)。因此，可以得出結(jié)論，鋁鋰合金2196型材可在T82狀態(tài)，過渡區(qū)長(zhǎng)度與下陷深度比大于4的情況下，進(jìn)行冷壓下陷和熱壓下陷。如果過渡區(qū)長(zhǎng)度與下陷深度比更小，只能在T351狀態(tài)下進(jìn)行壓下陷操作。

4 結(jié)論

（1）2196-T8511的力學(xué)性能和延伸率均比2024好。

（2）在T3狀態(tài)下，過渡區(qū)長(zhǎng)度和深度比大于2.5時(shí)，可進(jìn)行壓下陷操作，在T8狀態(tài)下，可進(jìn)行壓下陷的過渡區(qū)長(zhǎng)度和深度比最小值為3.5。

參考文獻(xiàn)

[1]黃光杰，汪凌云.鋁鋰合金的發(fā)展/應(yīng)用和展望[J].材料導(dǎo)報(bào)，1997，（2）：21-24.

[2]孫中剛，郭旋.鋁鋰合金先進(jìn)制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].航空制造技術(shù)，2012，（5）：60-63.

（作者單位：中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司 工程研發(fā)中心）