铝锂合金应用及成形性能研究

吕冬兰

摘 要：本文简要介绍了近年来常用铝锂合金的性能特点及在民用飞机上的应用情况，通过试验分析，重点研究了2196型材的力学性能和压下陷的工艺性，得出不同状态下成形的工艺参数。

关键词：铝锂合金；冷压下陷；力学性能

1 前言

Al-Li合金具有低密度、高比强度、高比刚度、高模量、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑性成形性能。铝锂合金在军机以及航天产品上已经有广泛的应用，对于民机来说，加大铝锂合金的应用比例，也是民机上金属材料应用的一个发展方向。

2 铝锂合金性能及在民机上的应用情况[1-2]

2050具有高的拉伸强度和断裂韧性及良好的耐应力腐蚀性，用于空中客车公司的运输机A380-800。2099具有良好的机加和成形性能。2099-T8511挤压件用于A380地板梁，减轻重量几百公斤。2196主要用于在机加过程中有低密度、高强度和尺寸稳定性要求的地方，空客A380-800飞机主舱横梁采用了2196铝锂合金锻压件。2198和其他铝锂合金一样，密度低，具有良好的静态拉伸和成形的综合性能，用于A350客机。

综上所述，铝锂合金在国外飞机结构设计中应用广泛。但是，我国的铝锂合金在材料成形性能和应用领域方面与国外相比还有很大差距。本文通过试验分析，重点研究了2196型材的力学性能和下陷的工艺性，得出不同状态下成形的基本参数，对2196铝锂合金冷成形工艺的确定有一定的指导意义。

3 2196型材成形工艺性能

3.1 2196型材力学性能

与传统的铝合金比，2196具有优良的力学性能，本文分别从2196-T8511型材上取L和LT方向试样和2024-T8511型材上取L方向试样，在电子万能试验机上进行拉伸试验，获得材料的最小UTS、YTS和延伸率（如表1所示）。从表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

根据某项目零件拟选用的工艺情况，型材下陷试验采用3个T型材，下陷过渡区长度为0.25in，分别测试2196-T351和2196-T82状态的铝锂合金冷压下陷的下陷深度。试验结果如图1和图2所示。

研究结果表明：最终时效到T82状态后（306°F，48小时），对试样进行荧光渗透检测时，没有裂纹出现。因此，可以得出结论，铝锂合金2196型材可在T351状态，过渡区长度与下陷深度比为5～2.5的情况下，进行冷压下陷和热压下陷。

研究结果表明：冷压下陷后，对试样进行荧光渗透检测，当下陷深度大于等于0.07in时有裂纹出现。热压下陷后，对试样进行荧光渗透检测，当下陷深度大于等于0.08in时有裂纹出现。因此，可以得出结论，铝锂合金2196型材可在T82状态，过渡区长度与下陷深度比大于4的情况下，进行冷压下陷和热压下陷。如果过渡区长度与下陷深度比更小，只能在T351状态下进行压下陷操作。

4 结论

（1）2196-T8511的力学性能和延伸率均比2024好。

（2）在T3状态下，过渡区长度和深度比大于2.5时，可进行压下陷操作，在T8状态下，可进行压下陷的过渡区长度和深度比最小值为3.5。

参考文献

[1]黄光杰，汪凌云.铝锂合金的发展/应用和展望[J].材料导报，1997，（2）：21-24.

[2]孫中刚，郭旋.铝锂合金先进制造技术及其发展趋势[J].航空制造技术，2012，（5）：60-63.

（作者单位：中航沈飞民用飞机有限责任公司 工程研发中心）