胃酸|航空航天系统结构材料研究进展综述（一）( 四 ) 胃酸

因此，低Fe和Si水平、对复杂相图的良好了解以及对成分的严格控制可用于产生强度、断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展性的良好平衡。如前所述，在为特定应用选择合金时，通常会考虑实现这些概念的成本，而成本问题往往会多次推迟这些概念的实现。铝合金屈服强度的增量改进示意图如图4所示，具体刚度如图5所示。
图4 新铝合金屈服强度曲线图，作为引入年份的函数。

图5 铝合金密度归一化模量随引入年份变化的曲线图。

两大客机制造商（空客和波音）最近推出了波音777和空客A340飞机，它们采用了对旧材料的进化改进。波音777上的先进材料包括许多改进的铝和钛合金、聚合物基复合材料以及层压板和轻质密封剂。铝合金的一些示例如图6所示，包括与7050-T76相比具有更高强度和损伤容限的7150-T77 ，合金7055-T77的强度高于7150-T6 ，同时具有类似的断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展能力；合金2524-T3的断裂韧性提高约15–20% ，抗疲劳裂纹扩展能力是2024-T3的两倍。
图6 显示一些较新铝合金的强韧性组合改善的曲线图
与2024相比， 2524的性能有所改善，这是使用上一段中描述的原理获得的。 2524-T3具有更高的韧性和更强的抗疲劳裂纹扩展能力，有助于以重量有效的方式消除波音777上的撕裂带。由美国铝业公司(Alcoa)开发的T77回火基于三步时效处理，可产生更高的强度，其耐久性和损伤容限特性与7050-T76相匹配或超过7050-T76 。 7150-T77产品断裂韧性的提高归因于粗金属间化合物颗粒和未结晶晶粒结构的控制体积分数，而强度和腐蚀特性的组合归因于强化析出物的尺寸和空间分布以及铜含量. 相图和冶金模拟器目前正用于优化各种铝合金的成分和制造计划。用于上机翼蒙皮的合金7449和用于翼梁的合金7040由Pechiney使用该技术开发。较低的Mg和Cu含量可显著减少不均匀沉淀，确保在不牺牲强度的情况下具有良好的断裂韧性。可用损伤容限的增量改进如图7所示。
图7 比较7000和2000系列铝合金屈服强度和韧性改善的曲线图。
6XXX合金已被考虑在美国海军的许多项目中取代2024 ，合金6013正在波音777上使用。机身蒙皮用2XXX合金的主要问题是，它们必须包覆，因为它们容易受到晶间腐蚀。此外， 2XXX合金不能进行熔焊，这一过程正在考虑降低重量和制造成本。 6XXX合金可焊接且比2XXX合金便宜，但是，富含铜的6XXX（例如6013-T6和6056-T6）也容易发生晶间腐蚀。
这种敏感性与晶界无沉淀区的形成有关，这些无沉淀区在人工时效期间形成，在Si和Cu中耗尽，并且相对于晶粒而言是阳极的[10
。已开发出一种新的回火，命名为T78 ，其具有受控的过度老化程度，可使6056对晶间腐蚀脱敏，使屈服强度保持在T6回火的可接受水平。目前已开发出其他实验回火，可防止晶间腐蚀，而不会造成任何强度损失。为了便于连接，除了更换合金外，另一种方法是使用一种相对较新的连接方法，即搅拌摩擦焊（FSW）。在这种方法中，合金不熔化，而是通过机械加工以固态方式连接。从某种意义上说，它们只是用旋转工具“揉在一起” 。 FSW的使用为连接各种不能熔焊的铝合金创造了机会。
超塑性成形也是一种减少零件数量和制造成本的方法，因为它有助于制造非常复杂的零件。例如，单个薄板可以形成复杂的肋和加劲肋排列，从而以较低的制造成本和较低的速率替换零件和紧固件的组件。超塑性7XXX合金已经有一段时间了，但是开发超塑性6XXX合金有困难。最近为6013-6011合金开发了一种热机械工艺，该工艺可产生易于超塑性成形的微观结构。该工艺涉及获得一微米大小的颗粒的精细均匀分布，用于随后的颗粒刺激再结晶成核，以获得精细（9.5微米）、等轴再结晶晶粒结构和随机织构。然后，合金在500°C以上超塑。单轴试验表明，在540°C时应变率为0.5 ，在4.7MPa的应力下伸长率为375% 。
2.1.2.飞机用重量更轻、刚度更高的材料
铝锂合金具有比传统航空铝合金更低的密度和更高的模量，因此在航空航天应用中极具吸引力。每种重量百分比的锂使铝的密度降低约3% ，模量增加约6% 。第二代铝锂合金（第一代是美国铝业2020合金）是在20世纪70年代（俄罗斯的1420合金）和80年代（2090、2091和8090合金）开发的。 Al-Mg-Li合金1420和Al-Li-Cu-X合金2090和8090现在在米格29和EH1直升机上服役。
1420合金只有中等强度，而含有约2%锂（2090、2091和8090）的Al-Li-Cu合金存在许多技术问题，包括机械性能的过度各向异性、裂纹偏差、低应力腐蚀阈值以及低于理想的延展性和断裂韧性。较新的铝锂合金的锂浓度低于8090、2090和2091 。这些合金似乎没有遇到同样的技术问题。