进号航天飞机与外储箱图2天空一号据统计,每减轻1kg结构重量可以获得10倍以上经济效益,所以密度较低的铝锂合金受到航天工业的广泛重视。铝锂合金已在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。其中,美国的应用发展非常快,在航天工业上的应用尤为突出。图3大力神系列运载火箭图4“能源号”运载火箭洛克希德·马丁公司利用8090铝锂合金制造了“大力神”号运载火箭(图3)的有效载荷舱,减重182kg。1994年,为解决“奋进号”航天飞机外贮箱的超重问题,洛克希德·马丁公司联合雷诺兹金属公司研发出新型2195材料以取代之前的2219合金。该合金的密度比2219合金的轻5%,而其强度则比后者高30%。采用2195制造的整体焊接结构贮箱,减轻重量3405kg,其中液氢箱减重1907kg,液氧箱减重736kg,直接经济效益近7500万美元,因此被称为超轻燃料贮箱(SuperLightWeightTank)[10-11]。俄罗斯在铝锂合金的研究、生产和应用方面也一直处于领先地位,为提高载荷能力,航天飞机的外燃料贮箱便采用铝锂合金制成,“能源号”运载火箭(图4)的低温贮箱是采用1460铝锂合金制成。铝锂合金的主要优点是密度低、比模量高、耐腐蚀强等,综合性能较常规高强度铝合金优异。但在以压应力为主的变振幅疲劳试验中,铝锂合金的这一优点不复存在,主要原因在于,其峰值强度材料短-横向的塑性与断裂韧性低,各向异性严重,人工时效前需施加一定的冷加工量才能达到峰值性能,疲劳裂纹呈精细的显微水平时,扩展速度显著加快。为改善铝锂合金的疲劳、断裂韧性等性能,美国航天宇航局就新型的2195铝锂合金作了大量的研究工作,开发了双级、三级、五级热处理工艺,使得2195合金的室温断裂韧性和疲劳性能提高了近30%,而强度与传统时效相当。目前我国研发新型铝合金的同时,在生产工艺上也做了大量研究。通过新的热处理工艺(T74、T73)大幅度
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