鋁鋰合金特性與用途

西鋁—西鋁鋁產業電訊：在鋁合金中，鋰與鈹是降低其密度最有效的合金化元素。鋰在鋁中的最大溶解度為4.2%，向鋁中每添中1%Li，可使其密度下降約3%，而其正彈性模量則上升約5%。含少量鋰的鋁合金在時效過程中會沉淀均勻的共格化合物δ’。

1990年，美國雷諾茲金屬公司與馬丁·馬里特公司合作研制的2094及2095合金在美國鋁業協會注冊，它們的強度高，可超過700N/mm2，躋身強度最高的鋁合金之列。1992年，雷諾茲金屬公司又開發出2195及2196合金，它們既有低的密度，又有高的比強度與韌性。該公司在研制高強度Al-Li合金Weldalite的同時，又與通用動力公司合作（GD Co.）研發成功厚板低密度、高韌性Al-Li合金2197，并于1993年在美國鋁業協會注冊，這是一種不屬Wedalite型的合金，其強度與剛度比2124合金的高，而其密度則低得多。2197合金于1996年進行工業化生產，用于制造F-16殲擊機。

同其他熱處理可強化的變形鋁合金一樣，Al-Li合金的強度也是通過固溶熱處理與隨后的人工時效獲得的。沉淀相的結構取決于一系列的工藝參數，主要是淬火速度、人工時效前的冷加工率、時效溫度與時間。

Al-Li合金的主要不足之處是塑性與斷裂韌性不足，為此，可采取如下措施：

1. 防止局部優先變形。使不易為位錯切割的沉淀物粒子細化，并均勻地分布；或時效前進行預變形，使θ’、S’相細化與均勻分布；或使Al3Zr之類化合物形成細小均勻分布的沉淀物。

2. 防止晶界應力集中。進行欠時效，減少無沉淀區寬度；或時效前進行預變形，以減少無沉淀區寬度，抑制晶界沉淀；或施工加形變熱處理；或添加鋯之類的元素，細化晶粒。

3. 防止晶界脆化。加強精煉凈化處理，嚴格限制鈉含量，減少氫含量。鈉含量較多時，可添加微量鉍以中和其有害影響。

4. 減少晶粒內的應力集中源。降低非金屬夾雜物含量；減少不溶解的結果晶物并使其微細化，以提高合金純凈度；使可溶解的結晶相（一次晶體）溶于固溶體中。

Al-Li合金的90%以上都用于航天航空器制造，當前世界各國情況都如此，中國“天宮一號”于2011年9月29日發射，是中國第一個低軌道、長壽命大型載人航天器，設計壽命2年。整個飛行器質量8.6t，分為前后艙，前艙為全密封環境實驗艙，對接完成后航天員進艙工作、訓練，一些必要的生活活動、睡眠等也都在這里進行。后艙則是資源艙，內置動力系統、推進系統和能源，其主要任務為“天宮一號”的飛行提供能源保障，并控制飛行姿態。資源艙加滿燃料后重約1.4t。

“天宮一號”在軌運行2年，燃料必須加足，它在天上一直與資源艙“不離不棄”，減重勢在必行，于是資源艙的艙段結構用Al-Li合金代替傳統鋁合金材料，為艙段成功減重10%以上。所用Al-Li合金材料的各項力學性能不但比傳統的高強度鋁合金（2024型）與超強度硬鋁7xxx型合金的相當或更高一些，而它的密度又比傳統鋁合金的低8.5%~9.5%，因而具有很大的減重效果，滿足了“天宮一號”結構設計要求。

中國C919大飛機造航機前艙等直段是用Al-Li合金制造的，不過所用材料是從美國進口的，以后正式生產時會逐步增加國產材料用量，2018年國產鋁材用量可占鋁材總用量的40%以上。

                                                           （重慶西鋁信達鋁產業股份有限公司宣傳部整理供稿）

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