第1部分 铝锂合金概论 3
第1章 铝锂合金的历史发展与现状 3
1.1 简介 3
1.2 锂元素添加到铝合金中：初期 3
1.2.1 第一代现代铝锂合金的发展历史 4
1.2.2 美铝公司的2020合金发展 4
1.2.3 2020合金的塑性问题 5
1.2.4 铝锂合金在苏联的发展 6
1.3 现代铝锂合金的发展 7
1.3.1 第二代铝锂合金 8
1.3.2 生产制造问题 9
1.3.3 Al-Li-x合金中析出相的结构 9
1.3.4 预先变形对时效过程中析出相的影响 11
1.3.5 时效后Al-Li-x合金的变形行为 13
1.3.6 Al-Li-x合金中应变局域化预测 15
1.3.7 第二代铝锂合金的应用及问题 16
1.3.8 第三代铝锂合金 16
1.3.9 导致Al-Li-x系合金性能改善的基本信息 17
1.4 结束语 18
致谢 19
参考文献 19
第2章 飞机结构设计与铝锂合金应用 24
2.1 引言 24
2.2 飞机结构的性能要求 24
2.2.1 机身／压力舱 25
2.2.2 机翼 25
2.2.3 尾翼（尾部） 26
2.3 飞机结构对铝锂合金工程性能的要求 26
2.3.1 锂含量的关键作用：密度和刚度 26
2.3.2 强度和韧性 29
2.3.3 损伤容限 30
2.4 铝锂合金家族 34
2.4.1 第二代铝锂合金 34
2.4.2 第三代铝锂合金 36
2.5 第三代铝锂合金的性能研发和综合权衡举例 38
2.5.1 机身／压力舱 38
2.5.2 上机翼 40
2.5.3 下机翼 43
2.5.4 翼梁、肋和其他内部结构 45
2.6 服役资格鉴定程序 46
2.7 总结和结论 47
参考文献 48
第2部分 物理冶金 53
第3章 铝锂合金的相图及相反应 53
3.1 引言 53
3.1.1 合金发展历程 53
3.1.2 合金化元素和成分的影响 54
3.2 相的特征 56
3.3 Al-Li二元合金体系 57
3.4 三元体系 61
3.4.1 Al-Li-Mg体系 61
3.4.2 Al-Li-Cu体系 63
3.4.3 Al-Cu-Mg体系 65
3.4.4 Al-Li-Zr三元体系 67
3.5 四元Al-Li-Cu-Mg体系 67
3.5.1 相平衡 67
3.5.2 商业化Al-Li合金中析出相的回顾 68
3.6 Al-Li合金中的微合金化元素 72
3.6.1 用于晶粒细化的微合金化元素 72
3.6.2 用于强化的微合金化添加元素 73
3.7 杂质相和晶粒边界析出相 74
3.7.1 杂质 74
3.7.2 析出相和PFZ 74
3.8 本章小结 75
致谢 77
参考文献 77
第4章 铝锂合金的显微组织与析出物特征 85
4.1 简介 85
4.2 固溶热处理状态下的显微组织 87
4.3 时效硬化行为 87
4.3.1 时效硬化曲线 88
4.3.2 时效不同阶段的显微组织 89
4.3.3 高温曝露后的显微组织 91
4.4 析出物特征 92
4.4.1 Al3Li（δ′）相 92
4.4.2 Al2Cu（θ′）相 94
4.4.3 三元Al-Li-Cu合金中的Al2CuLi（T1）相 94
4.4.4 四元Al-Li-Cu-Mg合金中的Al2CuLi（T1）相 97
4.4.5 Al2CuMg（S′）相和平衡S相 98
4.4.6 Al3Zr（β′）相 102
4.4.7 AlLi（δ）相 105
4.4.8 Al6CuLi3（T2）相 106
4.5 小结 109
致谢 110
参考文献 110
第5章 铝锂合金中的织构及其对性能的影响 118
5.1 引言 118
5.2 Al-Li合金的织构 121
5.3 一级加工过程中织构演变 123
5.3.1 二元、三元Al-Li合金中β丝织构组分（Bs、S和Cu） 123
5.3.2 α丝织构组分（高斯和立方／旋转立方） 125
5.3.3 冷热成形过程中析出相和滑移特性的作用 127
5.3.4 非八面体滑移的影响 127
5.4 屈服强度的宏观各向异性 128
5.5 降低Al-Li合金织构的措施 129
5.5.1 工艺方法 129
5.5.2 厚板各向异性 131
5.5.3 薄板产品疲劳裂纹偏折 131
5.5.4 第三代Al-Li合金组织特征 132
5.6 小结 133
致谢 133
参考文献 133
第3部分 工艺技术 141
第6章 铝锂合金的熔炼和铸造 141
6.1 简介 141
6.2 大气中的熔体保护 141
6.2.1 锂的反应活性 141
6.2.2 通过Al-Li中间合金添加Li 143
6.2.3 在熔剂保护下添加Li 143
6.2.4 在惰性气体保护下添加Li 144
6.3 坩埚材料 145
6.4 吸氢与熔体除气 146
6.5 晶粒细化 147
6.6 铸造实践 150
6.6.1 金属／铸型反应、铸造性和成形铸造 150
6.6.2 半连续铸造 151
6.7 小结 152
参考文献 153
第7章 铝锂合金的热加工 157
7.1 导论 157
第1部分 成形性能 160
7.2 导论 160
7.3 铝锂合金热变形特性概述 161
7.3.1 二元铝锂合金的热成形性 161
7.3.2 多元铝锂合金的热成形性 161
7.3.3 宜发生超塑性的热变形区域 163
7.4 UL 40铝锂合金的热变形行为和热加工图 164
7.5 热变形行为研究总结 168
第2部分 铝锂合金的加工 170
7.6 概述 170
7.6.1 轧制产品 170
7.6.2 挤压件和锻件 173
7.7 工业化规模制备 175
7.7.1 简介 175
7.7.2 第三代铝锂合金现有信息的回顾与讨论 175
7.8 总结 177
参考文献 178
第8章 铝锂合金的超塑性和超塑性成形 183
8.1 前言 183
8.2 超塑性 185
8.2.1 超塑性特征 185
8.2.2 试验研究 189
8.2.3 低温超塑性 194
8.2.4 应变速率和应变速率敏感性（m值）对超塑性的影响 195
8.3 超塑性成形 197
8.4 搅拌摩擦工艺在超塑性成形过程中的作用 201
8.4.1 FSP材料的超塑性 202
8.4.2 超塑性行为和变形机理 203
8.4.3 孔隙密度和粒度分布 205
8.5 应用 207
8.6 结论 208
参考文献 208
第9章 铝锂合金的焊接 215
9.1 简介 215
9.2 焊缝金属气孔 217
9.3 凝同裂纹 218
9.3.1 概述 218
9.3.2 Al-Li合金凝固裂纹指导原则 220
9.3.3 可焊接Al-Li合金的开发 220
9.4 液化裂纹 224
9.5 EQZ形成和相关熔合边界裂纹 225
9.5.1 试验观察 225
9.5.2 EQZ形成的假设及其评价 228
9.5.3 熔合边界裂纹 228
9.6 熔合区显微组织的改善 229
9.6.1 变质处理 229
9.6.2 脉冲电流 230
9.6.3 磁弧振荡 232
9.7 力学性能 234
9.7.1 Al-Li 1420（第一代Al-Li合金） 235
9.7.2 Al-Li 1441、AA 8090和AA 2090（第二代Al-Li合金） 235
9.7.3 Al-Li AA 2195（第三代Al-Li合金） 237
9.8 腐蚀 238
9.9 固态焊接工艺 241
9.9.1 摩擦焊 241
9.9.2 搅拌摩擦焊 241
9.10 总结 243
致谢 243
参考文献 243
第4部分 力学行为 253
第10章 铝锂合金的准静强度、变形和断裂行为 253
10.1 简介 253
10.2 强化机制 255
10.2.1 δ′析出相在铝锂合金中的强化作用 255
10.2.2 其他强化相在铝锂合金中的强化作用 257
10.3 延伸率和断裂韧性 259
10.3.1 平面滑移的本质和发生条件 259
10.3.2 减少平面滑移和局部应变的方法 260
10.3.3 采用热处理手段提高强度和断裂韧性 262
10.4 力学各向异性 263
10.5 典型铝锂合金的拉伸性能 263
10.5.1 第一代铝锂合金：AA 2020合金 263
10.5.2 第二代铝锂合金：AA 8090合金 266
10.5.3 第三代铝锂合金：AA 2198合金 272
10.6 总结和结论 274
参考文献 275
第11章 铝锂合金的疲劳行为 281
11.1 引言 281
11.2 疲劳现象 281
A部分：低周疲劳 282
11.3 低周疲劳行为 282
11.4 试验方法及分析 284
11.4.1 循环应力响应行为的表征 285
11.4.2 循环应力应变行为的表征 285
11.5 铝锂合金的LCF行为 286
11.5.1 综述／微结构及环境的影响 286
11.5.2 疲劳寿命的幂函数关系 287
11.5.3 循环应力响应行为 293
11.5.4 循环应力应变行为 294
11.5.5 疲劳韧性 296
11.5.6 铝锂合金的低周疲劳抗力 298
B部分：高周疲劳 299
11.6 铝合金的高周疲劳行为——引言 299
11.7 试验方法的背景 301
11.8 铝锂合金的高周疲劳行为 301
11.8.1 综述 301
11.8.2 锂含量、时效和冷加工的影响 301
11.8.3 第一代铝锂合金AA 2020-T651的高周疲劳行为 302
11.8.4 第二代铝锂合金AA 8090-T651-A的高周疲劳行为 303
11.8.5 第三代铝锂合金AA 2098的高周疲劳行为 303
11.8.6 铝锂合金的高周疲劳抗力：光滑试样和缺口试样的性能及注意点 305
11.9 总结与结论 307
11.10 结束语 308
符号表 308
参考文献 309
第12章 铝锂合金的疲劳裂纹扩展行为 314
12.1 引言 314
12.2 试验方法和分析的基础知识 315
12.2.1 试验方法 315
12.2.2 分析 316
12.3 铝锂合金疲劳裂纹扩展综述 316
12.3.1 长／大裂纹：恒幅和恒应力比加载 316
12.3.2 长／大裂纹：飞行模拟加载 318
12.3.3 短／小裂纹 319
12.4 铝锂合金与传统铝合金疲劳裂纹扩展性能的比较Ⅰ：恒幅／恒应力比加载条件下的长／大裂纹 319
12.4.1 第一代铝锂合金 319
12.4.2 第二代铝锂合金 319
12.4.3 第三代铝锂合金 322
12.5 铝锂合金与传统铝合金的疲劳裂纹扩展性能比较Ⅱ：飞行模拟加载条件下的长／大裂纹 326
12.5.1 第二代铝锂合金：突风和机动谱加载条件 326
12.5.2 第三代铝锂合金：突风谱加载 330
12.6 铝锂合金与传统铝合金的疲劳裂纹扩展性能比较Ⅲ：短／小裂纹 330
12.6.1 恒幅加载 331
12.6.2 飞行模拟加载 332
12.7 第二代和第三代铝锂合金的疲劳裂纹扩展行为的差别和优点 333
12.8 总结和结论 334
12.8.1 铝锂合金的疲劳裂纹扩展 334
12.8.2 与实际有关的裂纹扩展阶段 335
参考文献 337
第13章 航空铝锂合金的断裂韧性与断裂模式 342
13.1 引言 342
13.2 测定断裂韧性的试验方法和术语 345
13.2.1 平面应力／平面应变的考虑 345
13.2.2 厚制品的测试 345
13.2.3 薄板和中厚板测试 347
13.3 微观特征对断裂韧性及断裂模式的影响 348
13.3.1 外来夹杂和孔隙 349
13.3.2 组分颗粒 349
13.3.3 碱金属杂质相 350
13.3.4 弥散体 351
13.3.5 基体沉淀 352
13.3.6 晶界沉淀物和无沉淀区 354
13.3.7 晶界偏析 355
13.3.8 概述和第三代铝锂合金的微观结构设计 356
13.4 第二代铝锂合金与传统铝合金的断裂韧性 358
13.4.1 室温数据 358
13.4.2 试验温度和应变速率的影响 361
13.5 第三代铝锂合金的断裂韧性 364
13.5.1 厚板与其他厚制品 364
13.5.2 薄板与中厚板 367
13.6 第三代铝锂合金的应用及潜在用途 369
13.7 结论 372
参考文献 372
第14章 铝锂合金的腐蚀及应力腐蚀 378
14.1 简介及历史背景 378
14.2 铝锂合金的局部腐蚀 380
14.2.1 铝锂合金 381
14.2.2 Al-Li-Cu与Al-Li-Cu-Mg合金 381
14.2.3 Al-Mg-Li合金 393
14.3 应力腐蚀开裂 394
14.3.1 Al-Li二元合金 396
14.3.2 Al-Li-Cu合金与Al-Li-Cu-Mg合金 397
14.3.3 机理分析 403
14.4 总结和结论 404
参考文献 405
第5部分 应用 417
第15章 铝锂合金在航空航天领域的应用 417
15.1 引言 417
15.2 减重 419
15.2.1 密度 419
15.2.2 比刚度 420
15.2.3 现代／创新结构理念和案例分析 421
15.3 材料的选择 425
15.3.1 铝合金、碳纤维增强塑料和纤维金属层板：优点和缺点 425
15.3.2 飞机结构材料 428
15.3.3 用于空间飞行器的铝合金 429
15.3.4 材料的合格审定示例 431
15.4 第三代铝锂合金的应用 433
15.4.1 飞机 433
15.4.2 航天器 435
15.5 总结和结论 439
参考文献 440
第16章 金属材料的适航认证 446
16.1 引言 446
16.2 航空和适航管理机构 447
16.2.1 民用航空 447
16.2.2 军用航空 448
16.3 金属材料的适航 448
16.3.1 疲劳设计理念 449
16.3.2 材料和结构的认证方法 451
16.4 一种铝锂合金的适航认证举例 456
16.4.1 认证方法 457
16.4.2 铝锂合金1441M薄板的认证 458
16.5 总结 459
参考文献 460
附录1 铝锂合金中的锂和铝的质量分数与原子分数的相互转换 462
附录2 部分国际单位转换因数 464
为本书做出贡献的人员名单 466