铝锂合金在航空航天中的应用探析

铝锂合金具有低密度、高比强度和高比刚度等特点，用其代替常规高强铝合金，能使构件的质量减轻8％～20％，刚度提高15％～20％，被认为是21世纪航空航天飞行器主要的结构材料之一。表5-8是航空航天中常用的2090、2091、8090铝合金的物理性能。

表5-8 几种铝锂合金的物理性能

第一代铝锂合金，如2090、8090内锂的质量分数为2％，目前商品化的铝锂合金内锂的质量分数则低于2％，它所表现出来的各向异性要小一些。美国于1992年10月开始研制的第二代铝锂合金名为AF／C489，最初是用作飞机的骨架材料。在航空领域，由于飞机频繁起飞、降落，飞行过程中材料的抗疲劳性能非常重要。而对于航天运载火箭的低温箱，主要关心的则是材料的断裂韧度，它要求材料的低温韧性与室温韧性的比值大于等于1.1，AF／C489的低温韧性与室温韧性的最小比值为1.1。

表5-9列出了常见的铝锂合金在飞机上的应用，由于铝锂合金的生产成本通常是传统高强度铝合金的3～5倍，因而其应用仅限于对自身质量有特殊要求的部件。(www.xing528.com)

表5-9 常见的铝锂合金在飞机上的应用

铝锂合金的焊接性能是决定其能否实际应用的一个重要问题，目前主要应用的焊接材料有两种。一种是2319铝合金焊条，另一种是专门研制的含有元素钪的铝锂合金焊条。实验结果表明，后者的焊接效率要比前者高2倍。但用含钪的铝锂合金焊条焊后其焊缝的断后伸长率只有2％。

俄罗斯研制出了一系列可焊接的铝锂合金，如1420、1430、1440、1450及1460合金。1420应用于一般的飞机，1460应用于低温系统。这些合金可以使用钨极电弧焊（GTAW）、脉冲气体保护金属电弧焊（GMAW）和等离子电弧焊技术进行焊接。铝锂合金中，沿着焊缝熔池的边缘易形成非树枝等轴晶的区域，从而可能在该区域出现裂纹加钪可以解决这一问题，如俄国的14××系列铝锂合金，大部分就添加了钪。随着对铝锂合金性能更深的了解、先进生产工艺的应用及焊接技术的发展，可焊铝锂合金的研究必将会有更大的进展。目前，国外铝锂合金已进入实际应用阶段，在航空航天领域的应用正在迅速扩大。如图5-3所示的是航天飞机用2915铝锂合金外部低温燃料箱。