Al-Li合金的合金化及组织研究进展

此法是将合金熔体通过高速气流雾化 , 以 103～ 106℃ /s的冷却速度冷却 ,然后将所 得粉末在容 器内除气 ,热 压制成坯料 ,供轧 制、挤压和锻造用。 由于冷却速度较高 ,因而 提高了合金元素的溶解度 ,细化了晶粒和第 二相质点 ,减少了偏析 ,改善了合金性能。 粉 末冶金法的不足之处是成本高 ,铸锭的规格 小 ,同时需采用防爆措施以防粉末爆炸。 3. 3 电解法
该法是 Al-Li 合金的主要生产方法 , 它 基本沿用传统铝合金的生产工艺 ,成本低 ,可
生产大规格铸锭。由于锂的活性大 ,它与水接 触易剧烈反应 ,甚至可能发生爆炸 ,因此 ,必 须采取防爆措施。在半连铸或连铸时 ,应选择 冷却剂以消除大型铸锭发生爆炸的危险。 铸 锭熔炼法的缺点是铸造设备昂贵 ,且要采取 适当的安全 措施 ,此外 ,铸锭也较易产 生偏 析、夹渣。
目前 , Al-Li 合金的应用范 围已从军 用 飞机扩展至民用飞机。美国波音 777、欧州空
中客车 A330和 A340等的机翼前后缘、附件 盖、座位 导轨 与机 身蒙皮 等部 件均 使用 了 A l-Li 材料 [6 ]。 此外 ,在 军械和核 反应堆 用 材 ,坦 克穿甲弹和其它兵 器结构件等方 面 , Al-Li 合金也都有着广阔的应用前景。
2. 4～ 3. 0 1. 8～ 2. 5
0. 25 0. 08～ 0. 15 0. 05 1. 1～ 1. 9 0. 04～ 0. 16 0. 10
3. 9～ 4. 6 0. 25～ 0. 6 0. 04～ 0. 18 0. 10
1. 0～ 1. 6 1. 1～ 1. 6 1. 8～ 2. 2 0. 5～ 0. 8 4. 5～ 6. 3
9. 9% ,夏比冲击能 Ev≥ 173J(常用的 7075, 2024铝合金的 Ev≤ 20J)。 此外 ,还研制出了 具有各向同性 ,以颗粒或晶须 Si C陶瓷为增 强体的 Al-Li 金属基复合材料 ,其弹性模量 达 130GPa,在航空航天领域成为其它复合材 料强有力的竞争者 [5 ]。

铝锂合金科技名词定义中文名称：铝锂合金英文名称：aluminium lithium alloy定义：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。

应用学科：航空科技（一级学科）；航空材料（二级学科）目录基本概述发展历程军事应用基本概述发展历程军事应用展开编辑本段基本概述铝锂合金是航空技术一种新材料新材料是航空航天技术的重要基础，航空航天技术的发展又不断对材料科学提出新的问题和要求。

铝锂合金是近十几年来航空金属材料中发展最为迅速的一个领域。

铝锂合金优点锂是世界上最轻的金属元素。

把锂作为合金元素加到金属铝中，就形成了铝锂合金。

加入锂之后，可以降低合金的比重，增加刚度，同时仍然保持较高的强度、较好的抗腐蚀性和抗疲劳性以及适宜的延展性。

因为这些特性，这种新型合金受到了航空、航天以及航海业的广泛关注。

正是由于这种合金的许多优点，吸引着许多科学家对它进行研究，铝锂合金的开发事业犹如雨后春笋般迅速发展起来了。

编辑本段发展历程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。

C 封面报道 over Report
铝锂合金的微观组织结构及强韧化途径
李婷婷
（重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400045）
摘 要 ：铝锂合金的强韧性与其微观组织结构有着密切关系，通过改变铝锂合金内部的微观组织结构可以有效改善合金的强韧
性。本文概述了不同系列 A1-Li 合金不同时效状态的主要析出相，同时总结了铝锂合金中四种强韧化途径。
双级时效是指采用先低温后高温或者先高温后低温的时效 方法。
研究表明 [17] ：先低温后高温的双级时效可促进强化相弥 散、细小且均匀的形核，防止在晶界附近形成 PFZ 或生成粗大 的平衡相。 2.4 纯净化
为改变铝锂合金的显微组织并改善其性能，可添加某些微 量 或 痕 量 元 素 来 促 进 或 延 缓 析 出 过 程 以 及 形 成 新 相 。郑 子 樵 等人 [15] 系统地总结了铝锂合金的微合金化元素及其作用机理， 包括常用的 Ag、Mg、Zn、Zr 元素，稀土元素 Ce、Y、La、Sc 以 及 Cd、In、Ge、Be、Mn、Ti 等元素。
收稿日期 ：2019-01 作者简介 ：李婷婷，女，生于 1993 年，汉族，四川绵阳人，硕士研究生，研究方 向 ：铝锂合金。
（3）Na、K、Ga、S 等杂质元素因未能有效固溶进基体中， 将在晶界处偏聚而导致晶界脆化 ；
（4）Li 的存在会使 Al-Li 合金产生大量析出氢，引起氢脆。 且大量科研工作者提出了许多改善铝锂合金强韧性的方法，本 文主要介绍以下 4 种措施。
在这些不同系列的铝锂合金中，时效后形成的析出相能有 效强化铝锂合金，这些析出相可大致分为两种。
（1）非 平 衡 亚 稳 相， 主 要 包 括 β'(Al3Zr)[3]、δ'(Al3Li)[4]、 θ'(Al2Cu)[5] 及 S'(Al2CuMg) 等 ；

摘要2195、2050铝锂合金因其优异的综合性能，在国外航空及航天领域应用十分广泛。

在国内，对于2195铝锂合金，目前已经有不少关于添加合金化元素来强化材料性能的研究，也有一些研究时效工艺或者预变形对组织与性能的影响。

但是对于多变量控制的形变热处理的研究较少，对合金热稳定性能和低温、高温力学性能的研究也非常少。

对于2050铝锂合金，目前多数是关于原材料性能包括均匀化处理的研究，有关形变热处理对其组织性能影响的研究比较少。

两种铝锂合金在国内航空及航天领域均未实现广泛应用。

本研究采用正交试验优化方法，以及金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电子万能试验机等设备对2195、2050铝锂合金形变热处理中固溶温度、预变形量、时效温度、时效时间四个工艺参数对组织、力学性能的影响进行研究，从而对热处理工艺进行优化。

并对优化工艺下两种铝锂合金的低温、高温力学性能以及热稳定试验后材料力学性能和腐蚀性能进行系统研究。

通过研究2195、2050铝锂合金T6、T8热处理工艺后发现：T6热处理工艺中，对于2195、2050铝锂合金，三个工艺参数对材料力学性能中屈服强度、抗拉强度和断后伸长率的因素主次顺序均为时效温度＞时效时间＞固溶温度。

T8热处理工艺中，对两种铝锂合金的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率三项性能指标，时效温度均为影响水平最大的因素，固溶温度为影响水平最小的因素，对2195铝锂合金而言，时效时间对材料强度的影响水平略高于预变形量；对2050铝锂合金而言，时效时间对材料强度的影响水平略低于预变形量。

T6、T8热处理工艺后，2195、2050铝锂合金内部主要析出强化相均为：T1相、δ'相和θ'相，以T1相为主。

从TEM图像可以观察到，2195铝锂合金析出的T1相数量多于2050铝锂合金，其θ'相数量少于2050铝锂合金，与θ'相相比T1相对材料的强化效果更为优异，因此与2050铝锂合金相比，2195铝锂合金强度性能更为优异。