鋁鋰合金應用及成形性能研究

呂冬蘭

摘 要：本文簡要介紹了近年來常用鋁鋰合金的性能特點及在民用飛機上的應用情況，通過試驗分析，重點研究了2196型材的力學性能和壓下陷的工藝性，得出不同狀態下成形的工藝參數。

關鍵詞：鋁鋰合金；冷壓下陷；力學性能

1 前言

Al-Li合金具有低密度、高比強度、高比剛度、高模量、優良的低溫性能、良好的耐腐蝕性能和卓越的超塑性成形性能。鋁鋰合金在軍機以及航天產品上已經有廣泛的應用，對于民機來說，加大鋁鋰合金的應用比例，也是民機上金屬材料應用的一個發展方向。

2 鋁鋰合金性能及在民機上的應用情況[1-2]

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

綜上所述，鋁鋰合金在國外飛機結構設計中應用廣泛。但是，我國的鋁鋰合金在材料成形性能和應用領域方面與國外相比還有很大差距。本文通過試驗分析，重點研究了2196型材的力學性能和下陷的工藝性，得出不同狀態下成形的基本參數，對2196鋁鋰合金冷成形工藝的確定有一定的指導意義。

3 2196型材成形工藝性能

3.1 2196型材力學性能

與傳統的鋁合金比，2196具有優良的力學性能，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，在電子萬能試驗機上進行拉伸試驗，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

根據某項目零件擬選用的工藝情況，型材下陷試驗采用3個T型材，下陷過渡區長度為0.25in，分別測試2196-T351和2196-T82狀態的鋁鋰合金冷壓下陷的下陷深度。試驗結果如圖1和圖2所示。

研究結果表明：最終時效到T82狀態后（306°F，48小時），對試樣進行熒光滲透檢測時，沒有裂紋出現。因此，可以得出結論，鋁鋰合金2196型材可在T351狀態，過渡區長度與下陷深度比為5～2.5的情況下，進行冷壓下陷和熱壓下陷。

研究結果表明：冷壓下陷后，對試樣進行熒光滲透檢測，當下陷深度大于等于0.07in時有裂紋出現。熱壓下陷后，對試樣進行熒光滲透檢測，當下陷深度大于等于0.08in時有裂紋出現。因此，可以得出結論，鋁鋰合金2196型材可在T82狀態，過渡區長度與下陷深度比大于4的情況下，進行冷壓下陷和熱壓下陷。如果過渡區長度與下陷深度比更小，只能在T351狀態下進行壓下陷操作。

4 結論

（1）2196-T8511的力學性能和延伸率均比2024好。

（2）在T3狀態下，過渡區長度和深度比大于2.5時，可進行壓下陷操作，在T8狀態下，可進行壓下陷的過渡區長度和深度比最小值為3.5。

參考文獻

[1]黃光杰，汪凌云.鋁鋰合金的發展/應用和展望[J].材料導報，1997，（2）：21-24.

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

（作者單位：中航沈飛民用飛機有限責任公司 工程研發中心）