李飄，姚衛(wèi)星

(南京航空航天大學(xué) 航空宇航學(xué)院，南京 210016)

0 引 言

航空工業(yè)一直致力于尋找輕質(zhì)且性能優(yōu)越的結(jié)構(gòu)材料。以2024和7075為代表的普通鋁合金在航空發(fā)展過程中起到了關(guān)鍵作用。2系和7系鋁合金具有較高的強(qiáng)度，但在質(zhì)量上不具有優(yōu)勢，在航空發(fā)展中逐漸失去吸引力。從20世紀(jì)中葉開始，對于更輕質(zhì)實(shí)用的鋁合金的需求促進(jìn)了鋁鋰合金的產(chǎn)生[1-2]。作為質(zhì)量最輕的金屬元素，鋰可以有效地降低合金密度。在所有降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的方法中，降低材料密度比增加靜強(qiáng)度高效3～5倍[3]。每增加1%質(zhì)量的鋰，可以帶來3%的密度降低，以及6%的彈性模量的增加[4-6]。近幾十年來，復(fù)合材料也成為研究的熱點(diǎn)，波音787、空客A380大量使用復(fù)合材料可以很好地印證這一點(diǎn)[7]。盡管復(fù)合材料在航空工業(yè)中展示出優(yōu)秀的開發(fā)潛能，但相對較低的沖擊損傷阻力以及由環(huán)境變化(濕度，冷/熱環(huán)境)帶來的復(fù)雜力學(xué)性能變化，在某種程度上降低了復(fù)合材料的競爭力[7]。就工藝成熟度、力學(xué)性能穩(wěn)定性、以及經(jīng)濟(jì)性來說，鋁鋰合金具有顯著的優(yōu)勢。

鋁鋰合金廣泛的應(yīng)用需要促進(jìn)了對其各方面性能的深入研究。高比強(qiáng)度和比模量是鋁鋰合金常規(guī)力學(xué)性能中的顯著特性。但是不同時(shí)期的鋁鋰合金其靜力性能表現(xiàn)經(jīng)過發(fā)展衍變又有不同。其他性能，例如疲勞性能，由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)很難在公開文獻(xiàn)中找到，缺乏對鋁鋰合金疲勞性能的定量化認(rèn)知。對于工程應(yīng)用而言，進(jìn)行全面的鋁鋰合金性能評述具有實(shí)際意義。國內(nèi)外，已經(jīng)在該領(lǐng)域開展了相關(guān)工作。V.V.Antipo等[8]分析了高強(qiáng)普通Al-Zn-Mg-Cu鋁合金與鋁鋰合金的靜力性能、沉淀相影響以及腐蝕抗力等。孫東立等[9]對鋁鋰合金的物理冶金、力學(xué)性能以及強(qiáng)化機(jī)制進(jìn)行了評述；吳秀亮等[10]對國內(nèi)外鋁鋰合金的研究歷史和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧，并對鋰鋁合金在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié)。

上述研究主要針對鋁鋰合金的性能進(jìn)行了定性化的探究，而本文選擇不同代的典型鋁鋰合金，主要開展定量化的性能對比分析，包括鋁鋰合金的常規(guī)力學(xué)性能、疲勞極限和疲勞抗力、疲勞裂紋擴(kuò)展抗力等，以期為相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一些參考。

1 鋁鋰合金的發(fā)展

自1924年德國研發(fā)出第一種鋁鋰合金產(chǎn)品Scleron之后，鋁鋰合金的發(fā)展持續(xù)了近一個(gè)世紀(jì)。很多不同的鋁鋰合金產(chǎn)品在那個(gè)時(shí)期被研發(fā)出來，它們的性能也得到了深入細(xì)致地研究。鋁鋰合金的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)標(biāo)志性的階段，由此鋁鋰合金產(chǎn)品可以劃分為三代，如表1所示。第一代鋁鋰合金的顯著特點(diǎn)是密度低，其他方面的研究剛進(jìn)入起步階段，性能欠佳。第二代鋁鋰合金的主要特點(diǎn)在于密度進(jìn)一步降低，但是各向異性問題突出，不可焊，強(qiáng)度韌性不平衡。第三代鋁鋰合金最顯著的特點(diǎn)是低各向異性，可焊，同時(shí)各方面性能相對更均衡。三代鋁鋰合金的合金元素種類及含量顯著不同，主要合金元素鋰的含量經(jīng)歷了先增加后減少的過程，鋰的含量在一定程度上影響著微觀沉淀相的比例，進(jìn)而影響合金宏觀性質(zhì)。第三代鋁鋰合金的微合金化增加了有效彌散相粒子，增強(qiáng)了彌散強(qiáng)化，某些特殊彌散相具有特殊作用，例如加入鈹元素可以抑制鈉的晶界偏析，提高合金韌性。三代鋁鋰合金加工工藝和熱處理方式也得到了不斷改善。第三代鋁鋰合金通過合理運(yùn)用再結(jié)晶程序以及預(yù)變性處理，有效改善了第二代鋁鋰合金的各向異性問題。綜合以上因素，鋁鋰合金的基本力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性以及抗疲勞抗力得到了逐代提升。

表1 鋁鋰合金分類及基本情況

第一代鋁鋰合金的研發(fā)時(shí)間可追溯到20世紀(jì)50～60年代。作為第一種被研發(fā)的鋁鋰合金，Scleron的研發(fā)并未引起重視，鋁鋰合金真正引起關(guān)注是從2020進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)以后。

第二代鋁鋰合金的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)60～80年代。第二代鋁鋰合金中，鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.0%以上，相比于第一代鋁鋰合金，銅的含量相對較少。由于鋰的含量高，第二代鋁鋰合金可以達(dá)到7%～10%的質(zhì)量減小，以及10%～16%的彈性模量增長[11]。但是與此同時(shí)，第二代鋁鋰合金仍然存在較嚴(yán)重的問題，例如可焊性不好，存在各向異性以及強(qiáng)度不高等。

第三代鋁鋰合金始于20世紀(jì)80年代晚期，針對第二代鋁鋰合金出現(xiàn)的各種問題，第三代鋁鋰合金進(jìn)行突破與改善。通過降低鋰含量、添加微量元素和調(diào)節(jié)主要合金元素比例[15-16]、預(yù)變形處理[17-18]、改善熱處理工藝[19]、進(jìn)行分級時(shí)效[20]等措施，使得第三代鋁鋰合金內(nèi)部組織更均勻，各項(xiàng)異性問題得到了顯著改善，強(qiáng)度和韌性實(shí)現(xiàn)了更好的平衡。第三代鋁鋰合金成熟的代表有2097、2197、2297、2198、Weldalite049。

2 力學(xué)性能

以三種不同代的典型鋁鋰合金(2020, 8090, 2198)為代表，與普通鋁合金2024和7075進(jìn)行比較。

典型鋁鋰合金和普通鋁合金的主要力學(xué)性能如表2所示。相對于普通鋁合金，鋁鋰合金的平均彈性模量更高[21-23]，增量約5.5%。鋁鋰合金的高彈性模量主要得益于其連續(xù)有序相δ′的影響[24]。δ′相由于其有序性具有高本征彈性模量(約96 GPa)，同時(shí)其易于剪切的性質(zhì)增強(qiáng)了鋁鋰合金的固有延展性。鋁鋰合金的時(shí)效程度對彈性模量也有一定影響[25]，彈性模量值隨時(shí)效時(shí)間的增加而減小，這與沉淀相的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)效時(shí)間增加而增加有直接關(guān)系。從第一代鋁鋰合金到第三代鋁鋰合金，其彈性模量值呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，該趨勢與三代鋁鋰合金的鋰含量先增后減直接相關(guān)。高彈性模量值是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)有利指標(biāo)，但是對于鋁鋰合金，片面追求高彈性模量，會(huì)加劇由δ′相帶來的諸如強(qiáng)織構(gòu)、低塑韌性等問題。綜合權(quán)衡之下，通過舍棄部分彈性模量值來實(shí)現(xiàn)合金更均衡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有現(xiàn)實(shí)意義。

代表鋁鋰合金中，第三代鋁鋰合金2198的屈服強(qiáng)度最低，其值仍超過普通鋁合金2024屈服強(qiáng)度的18.4%。鋁鋰合金2020在三種鋁鋰合金中強(qiáng)度最高，它的屈服強(qiáng)度相對于普通鋁合金7075只高出了2.9%，表明鋁鋰合金2020和普通超強(qiáng)鋁合金7075的強(qiáng)度水平處于同一層次。所有代表鋁鋰合金的抗拉強(qiáng)度都高于高強(qiáng)鋁合金2024，低于超高強(qiáng)度鋁合金7075，表明鋁鋰合金的強(qiáng)度在鋁合金產(chǎn)品中處于中等水平。三代鋁鋰合金的抗拉強(qiáng)度逐代降低。第一代和第二代鋁鋰合金的研制側(cè)重于降低合金密度，對合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均衡性考慮較少，且所使用的多是未再結(jié)晶的合金，合金內(nèi)部呈現(xiàn)粗糙的晶體學(xué)織構(gòu)組織，這些未再結(jié)晶織構(gòu)有助于提升合金強(qiáng)度，但同時(shí)也導(dǎo)致合金強(qiáng)度具有顯著各向異性。因此，第一代和第二代鋁鋰合金短橫向的強(qiáng)度相對縱向強(qiáng)度有較大的降低。第三代鋁鋰合金為了降低合金各向異性，得到更均勻的內(nèi)部組織，降低了鋰元素含量，使用了再結(jié)晶技術(shù)。用強(qiáng)度的損失換來了其他方面性能，例如韌性、疲勞抗力等的提高，同時(shí)解決了各向異性問題。

表2 鋁鋰合金和普通鋁合金的基本力學(xué)性能

比強(qiáng)度和比模量是飛行器結(jié)構(gòu)選材的兩個(gè)重要指標(biāo)。鋁鋰合金和普通鋁合金的比強(qiáng)度和比模量如表3所示，可以看出：鋁鋰合金2020的靜強(qiáng)度比超高強(qiáng)度鋁合金7075低，其比強(qiáng)度值高于7075，與普通高強(qiáng)鋁合金2024相比，鋁鋰合金的比強(qiáng)度更高[29-31]。鋁鋰合金的比模量也比普通鋁合金高；另外，鋁鋰合金具有更高的屈強(qiáng)比。

表3 力學(xué)性能定量分析

3 疲勞性能

3.1 高周疲勞

普遍認(rèn)為，鋰的加入提高了合金的高周疲勞(HCF)強(qiáng)度[32]。Z.Di等[33]對比了純鋁和鋁鋰合金的高周疲勞強(qiáng)度，證明了鋰的加入顯著提高了疲勞壽命。但是目前還未見對鋰含量和疲勞壽命之間定量關(guān)系的研究。一些其他對于高周疲勞抗力的研究[34-38]從側(cè)面探究了沉淀相影響、晶粒尺寸影響、時(shí)效程度影響、冶金方式影響，以及結(jié)晶程度影響。

由于疲勞強(qiáng)度是一系列因素綜合作用的結(jié)果，鋰含量的影響無法被準(zhǔn)確區(qū)分出來，鋁鋰合金和普通鋁合金之間疲勞強(qiáng)度的比較只能停留在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的層面。從收集到的數(shù)據(jù)來看，鋁鋰合金的疲勞強(qiáng)度明顯高于普通鋁合金2024和7075，鋁鋰合金的高疲勞抗力特性參見文獻(xiàn)[39]。當(dāng)考慮密度時(shí)，鋁鋰合金的比疲勞強(qiáng)度進(jìn)一步增大，如表4所示。

表4 鋁鋰合金的疲勞極限和比疲勞強(qiáng)度

三代鋁鋰合金中，第二代鋁鋰合金8090的比疲勞強(qiáng)度最低，但也比普通鋁合金2024高出26%，比7075高出34%。第三代鋁鋰合金2198的比疲勞強(qiáng)度最高，比2024高出53%，比7075高出62%。鋁鋰合金的主要沉淀相δ′在合金中呈高度彌散狀分布，其易于剪切的特性可能導(dǎo)致可逆滑移，減少了位錯(cuò)等缺陷的產(chǎn)生，緩解了外力作用下的內(nèi)部局部應(yīng)力應(yīng)變集中。大量分布的彌散狀沉淀相延緩并適當(dāng)阻止了局部平面滑移[32]，位錯(cuò)、滑移等缺陷處是疲勞裂紋易于萌生和擴(kuò)展的區(qū)域，因此鋁鋰合金得益于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有更長的疲勞裂紋萌生壽命，進(jìn)而疲勞壽命更高。

就鋁鋰合金本身而言，第三代鋁鋰合金在第二代鋁鋰合金的基礎(chǔ)上，疲勞抗力進(jìn)一步提高，2198的比疲勞強(qiáng)度比8090高出21%。第三代鋁鋰合金相對于第二代鋁鋰合金一個(gè)顯著的改變是降低了鋰的含量(小于2%)，提高了銅的含量(一般大于3%)，一些新的合金化元素，例如Ag、Mn、Zn等也在第三代鋁鋰合金中得到應(yīng)用。合金化元素的添加和元素含量的控制有效改善了鋁鋰合金的析出相，提高了晶界特性。熱處理方式的優(yōu)化也是第三代鋁鋰合金性能提升的一個(gè)重要促進(jìn)因素。第二代鋁鋰合金以未再結(jié)晶扁平晶粒結(jié)構(gòu)為主，具有顯著的各向異性。第三代鋁鋰合金的熱處理方式包括再結(jié)晶、形變熱處理、多級時(shí)效等，通過這些方式獲得了更均勻細(xì)化的晶粒組織，減少了塑性變形中的位錯(cuò)堆積和沿粗大晶界的裂紋形核，在大幅降低各向異性的同時(shí)，提高了合金的韌性和疲勞壽命。

疲勞強(qiáng)度和比疲勞強(qiáng)度是長壽命要求的結(jié)構(gòu)選材的重要評估指標(biāo)。飛機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量在全機(jī)質(zhì)量中的占比是一個(gè)會(huì)影響飛機(jī)整體性能的參數(shù)，通常在一定范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)質(zhì)量越低，飛機(jī)的整體性能越優(yōu)。減少材料使用或者片面降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量會(huì)使結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)疲勞壽命指標(biāo)。選擇高比疲勞強(qiáng)度材料是解決這一難題的有效途徑。第三代鋁鋰合金的比疲勞強(qiáng)度高，在長壽命要求的結(jié)構(gòu)選材時(shí)具有明顯優(yōu)勢。F-16戰(zhàn)機(jī)的后機(jī)身艙壁通過將原來使用的AA2124鋁合金換成2197第三代鋁鋰合金，解決了疲勞壽命不足、服役時(shí)間達(dá)不到8 000 h的問題[40]。鋁鋰合金也在民用飛機(jī)地板梁上大量采用。類似對質(zhì)量和疲勞壽命要求高的飛機(jī)結(jié)構(gòu)，例如機(jī)翼下翼結(jié)構(gòu)可以采用鋁鋰合金。

3.2 低周疲勞

國內(nèi)外亦對鋁鋰合金的低周疲勞(LCF)特性進(jìn)行了研究[43-49]。通常用Manson-Coffin公式來評估低周疲勞抗力。

(1)

大部分鋁鋰合金的冪律關(guān)系具有雙線性[44-45]，如圖1所示。圖1中各材料的疲勞延性系數(shù)和疲勞延性指數(shù)如表5所示。

圖1 鋁鋰合金和普通鋁合金的Manson-Coffin曲線

合金牌號超低周階段亞低周階段ε′f-cε′f-c文獻(xiàn)20200.040.43243.361.80[47]80900.060.46 5.501.15[44] 2198-- 6.051.73[50] 20240.280.64 0.280.64[10] 70750.190.60 0.190.60[10]

從圖1可以看出：第一代和第二代鋁鋰合金的應(yīng)變-壽命曲線都位于普通鋁合金2024和7075之下，即第一代和第二代鋁鋰合金的低周疲勞抗力更低；第一代和第二代鋁鋰合金與普通鋁合金低周疲勞強(qiáng)度最接近的點(diǎn)是它們塑性應(yīng)變-壽命曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)以上的超低周階段和轉(zhuǎn)折點(diǎn)以下的亞低周階段，鋁鋰合金的疲勞抗力(用塑性應(yīng)變幅衡量)比普通鋁合金約低一個(gè)數(shù)量級。第一代和第二代鋁鋰合金低周疲勞抗力低主要是由于連續(xù)可剪相δ′加大了合金內(nèi)部滑移性，易造成高程度的應(yīng)變集中[46,51-52]。第三代鋁鋰合金在第二代鋁鋰合金的基礎(chǔ)上經(jīng)過改良以后，低周疲勞抗力得到顯著提高。在亞低周階段，相同循環(huán)數(shù)的情況下，第三代鋁鋰合金2198的低周疲勞強(qiáng)度比普通鋁合金2024和7075高了兩個(gè)數(shù)量級。第三代鋁鋰合金的低周疲勞抗力提高，一方面是由于鋰含量的降低，另一方面是由于熱處理和加工工藝的改善減少了合金的織構(gòu)組織，內(nèi)部組織更均勻，應(yīng)變集中得到緩解。

第一代和第二代鋁鋰合金的低周疲勞抗力低，不適用于高應(yīng)力環(huán)境，第三代鋁鋰合金具有較高的低周疲勞抗力，同時(shí)結(jié)合優(yōu)異的高周疲勞抗力，第三代鋁鋰合金對于各種疲勞應(yīng)力環(huán)境都有更高的適用性。飛機(jī)結(jié)構(gòu)上很多構(gòu)件需要承受應(yīng)力集中，例如因截面變化、拐角和孔造成的應(yīng)力分配不均勻，這些構(gòu)件長期承受高應(yīng)力作用，對低周疲勞性能有較高要求。脆性破壞也是這些敏感部位需要避免的破壞形式，因此材料韌性也是一個(gè)重要的評估指標(biāo)。第三代鋁鋰合金的韌性相比第二代鋁鋰合金得到了較大改善，結(jié)合優(yōu)異的低周疲勞性能，第三代鋁鋰合金可作為應(yīng)力集中敏感部件的一個(gè)較好選擇。

4 疲勞裂紋擴(kuò)展抗力

典型鋁鋰合金和普通鋁合金的疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 鋁鋰合金和普通鋁合金的裂紋擴(kuò)展

疲勞裂紋擴(kuò)展速率可用Paris公式表示：

da/dN=C(ΔK)m

(2)

式中：C和m均為材料常數(shù)。

通過數(shù)據(jù)擬合，指數(shù)m的值如表6所示。和普通鋁合金相比，鋁鋰合金的裂紋擴(kuò)展速度更低，裂紋擴(kuò)展抗力更高。鋁鋰合金的高裂紋擴(kuò)展抗力主要來自于長裂紋的疲勞抗力，鋁鋰合金的短裂紋擴(kuò)展抗力和普通鋁合金相當(dāng)，不具有優(yōu)越性[53-55]。鋁鋰合金的疲勞應(yīng)力強(qiáng)度因子門檻值和普通鋁合金不相上下。

表6 鋁鋰合金和普通鋁合金的裂紋擴(kuò)展參數(shù)

疲勞裂紋擴(kuò)展特性可以用參數(shù)KIC、ΔKth和Paris公式中的指數(shù)m來評估。斷裂韌性KIC表示材料失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)所需的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子大小，也可以表征材料斷裂前吸收的能量大小，因此KIC的值越大，表示裂紋擴(kuò)展至失穩(wěn)狀態(tài)的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子越大，材料能夠吸收的能量越多，材料的韌性越好。第一代和第二代鋁鋰合金的KIC值較低，韌性較差，早期鋁鋰合金的低韌性問題長久地影響著鋁鋰合金的工程應(yīng)用。第三代鋁鋰合金的KIC值較高，韌性明顯優(yōu)于前兩代鋁鋰合金。第三代鋁鋰合金通過調(diào)節(jié)合金元素含量和改善熱加工工藝，使韌性得到了一定提高，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度和韌性更好的平衡。

裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力強(qiáng)度因子門檻值ΔKth是衡量材料耐久性的一個(gè)指標(biāo)，在低于門檻值的應(yīng)力強(qiáng)度因子作用下，裂紋擴(kuò)展速度幾乎為零，因此該門檻值越高，表示帶裂紋的材料進(jìn)入裂紋擴(kuò)展所需要的驅(qū)動(dòng)力越高，材料的耐久性越好。第一代和第二代鋁鋰合金的裂紋擴(kuò)展門檻值與普通鋁合金相近，第三代鋁鋰合金的門檻值明顯高于前兩代鋁鋰合金和普通鋁合金，第三代鋁鋰合金的耐久性更好。

裂紋進(jìn)入擴(kuò)展以后的擴(kuò)展速率可以用Paris公式中的指數(shù)m來衡量。在裂紋擴(kuò)展的雙對數(shù)坐標(biāo)圖中，m的值是裂紋擴(kuò)展曲線的斜率，直接反映了裂紋擴(kuò)展速率。m值越大，裂紋擴(kuò)展越快，反之越慢。三種典型鋁鋰合金的m值都低于普通鋁合金，鋁鋰合金具有明顯的抵抗裂紋擴(kuò)展的優(yōu)勢。第三代鋁鋰合金的m值最低，其裂紋擴(kuò)展抗力最高。

鋁鋰合金優(yōu)異的裂紋擴(kuò)展抗力得益于裂尖屏蔽效應(yīng)。鋁鋰合金沉淀相中的連續(xù)可剪相δ′易于引起不均勻的可逆滑移、高塑性應(yīng)變集中，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋面粗糙、裂紋發(fā)展路徑曲折[62-63]。克服粗糙裂紋面的相互嵌入消耗了部分驅(qū)動(dòng)力，曲折的裂紋路徑使裂尖前進(jìn)方向偏離外力垂直方向，減小了裂尖驅(qū)動(dòng)力[41,64-68]。裂尖屏蔽效果與鋁鋰合金的合金成分、熱處理以及加工工藝有關(guān)。第二代鋁鋰合金的裂紋擴(kuò)展抗力優(yōu)于第一代，第三代鋁鋰合金的裂紋擴(kuò)展抗力優(yōu)于第二代。

綜上所述，第三代鋁鋰合金韌性最高，裂紋擴(kuò)展門檻值最高，裂紋擴(kuò)展速率最低，裂紋擴(kuò)展抗力最優(yōu)，適用于損傷容限設(shè)計(jì)。近年來，鋁合金焊接技術(shù)飛速發(fā)展[69]，對焊后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞和損傷容限性能測定，檢驗(yàn)證實(shí)焊接結(jié)構(gòu)已具有常規(guī)的合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要的性能[70]。用焊接取代傳統(tǒng)鉚接可以在一定程度上減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量，同時(shí)避免了裂紋在鉚釘應(yīng)力集中處的萌生。可焊性和損傷容限性能是焊接材料選擇的重要指標(biāo)。第三代鋁鋰合金大部分為高強(qiáng)可焊合金，其突出的裂紋擴(kuò)展抗力保障了損傷容限性能。第三代鋁鋰合金在焊接結(jié)構(gòu)等對損傷容限性能要求高的結(jié)構(gòu)中具有很好的適用性。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材建議

(1) 鋁鋰合金在減重方面具有顯著優(yōu)勢，這一優(yōu)勢使其適用于長壽命要求的結(jié)構(gòu)，例如民用飛機(jī)相關(guān)結(jié)構(gòu)。

(2) 鋁鋰合金的靜強(qiáng)度接近超高強(qiáng)鋁合金，比高強(qiáng)鋁合金高，比強(qiáng)度和屈強(qiáng)比更高，但同時(shí)第一代和第二代鋁鋰合金韌性低，適用于對強(qiáng)度，尤其是比強(qiáng)度有高要求的結(jié)構(gòu)，不適用于對韌性要求高的結(jié)構(gòu)。

(3) 鋁鋰合金具有杰出的高周疲勞抗力，低周疲勞抗力較低，適用于低應(yīng)力服役環(huán)境。

(4) 得益于裂尖屏蔽效應(yīng)，鋁鋰合金具有優(yōu)異的裂紋擴(kuò)展抗力，尤其第三代鋁鋰合金抵抗裂紋擴(kuò)展能力突出，該特性使得鋁鋰合金適用于耐久性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

6 結(jié)束語

鋁鋰合金的靜力性能特征為：具有高比強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，第一代和第二代鋁鋰合金的韌性低，第三代鋁鋰合金的韌性水平相對較高。鋁鋰合金的疲勞性能特征為：三代鋁鋰合金都具有杰出的高周疲勞抗力和疲勞裂紋擴(kuò)展抗力，其低周疲勞抗力相對較低，總體上，第三代鋁鋰合金的疲勞性能最優(yōu)。

鋁鋰合金是經(jīng)過長久檢驗(yàn)與應(yīng)用的航空材料，其工藝成熟度、材料性能穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性決定了在沒有更穩(wěn)定成熟的材料出現(xiàn)之前，它將繼續(xù)作為一種主要航空材料被廣泛使用。充分了解和利用鋁鋰合金的綜合性能特征，能夠最大程度地發(fā)揮其在航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用。