一家专注流体压力成形技术
【作 者】黄晓敏;管奔;臧勇
近年来，随着经济的快速发展，自然资源尤其是能源紧缺已成为严重的社会问题，轻量化是节约能源的有效措施之一。轻量化技术主要包括结构的轻量化设计、先进成形工艺的应用以及轻量化材料的使用。本文重点针对铝锂合金板材热成形展开研究，而铝锂合金板材多为薄壁结构，通过零件结构的优化设计结合激光焊接等先进成形工艺的方式实现轻量化的效果并不突出，而采用高性能轻质合金是实现轻量化的主要途径[1-3]。
锂元素是自然界密度最低的金属元素，其密度仅为0.534 g/cm3，由于锂元素的添加，使得铝锂合金相对于传统的铝合金具有更低的密度、更高的比强度、更能满足航空航天领域材料轻量化的要求[4-7]。铝锂合金已替代部分传统铝合金成为航空航天领域不可或缺的明星材料[8]。目前大部分研究通过调整铝锂合金中微量元素含量以控制合金微观组织的方式改善铝锂合金的性能。元素铜(8.96 g/cm3)、银(10.53 g/cm3 )、镁((1.738 g/cm3)和锌((7.14 g/cm3)等常被微量添加到合金中，以提高合金性能。微量元素的添加使得铝锂合金相对于传统铝合金具有更好的刚度、强度，更低的密度，更高的抗疲劳裂纹扩展和抗应力腐蚀开裂的能力[9-11]。但是室温下铝锂合金存在延展性低、成形性差、难以成形形状复杂的零件;各向异性大;回弹大、难以保证零件的精度要求等问题。因此，各国学者提出采用热成形工艺生产铝锂合金零件，调控铝锂合金热变形过程中宏观力学行为与微观组织演变之间的关系，实现铝锂合金“形”与“性”一体化控制。
本文首先介绍铝锂合金的发展，然后从基础实验、失稳理论及损伤理论3方面分析铝锂合金热成形研究现状，并对航空铝锂合金热成形发展趋势进行展望，可为航空铝锂合金材料热成形工艺的制定提供参考。
【结束语】
铝锂合金作为航空航天领域最具有竞争力的轻量化材料之一，受到了社会各界的广泛关注。但是铝锂合金存在室温延伸率低、回弹大和各向异性强等问题，这些问题严重限制了铝锂合金的应用。基于此，本文对铝锂合金的发展及其热成形性能进行了详细的评述，从基础实验、失稳理论和损伤理论3个方面介绍并讨论了铝锂合金热成形研究现状，以改进和解决目前铝锂合金室温成形存在的问题。具体如下:
1)相比于铝合金，铝锂合金拥有更低的密度、更高的比强度、更好的耐腐蚀性等，在航空、航天和航海领域得到了广泛应用。自20世纪50年代至今，铝锂合金历经初步发展阶段、繁荣发展阶段和新发展及广泛应用阶段。我国在铝锂合金研发方面取得了一定的成绩，但是和美国、俄罗斯等国家还有一定的差距，应加大力度研发具有自主知识产权的铝锂合金。
2)热成形是解决铝锂合金常温塑性差、各向异性强以及回弹大等问题的有效方法之一。国内外学者针对铝锂合金热成形展开大量研究。铝锂合金成形极限是主要研究方法之一，通过成形极限研究，能够定量的评价在不同加载路径下材料的成形性能，但是此方法是建立在比例加载的前提下，而铝锂合金在高温成形过程中，材料的成形性能受到材料变形状态、成形温度以及变形速率等诸多因素的影响，所以该方法不能准确预测铝锂合金高温成形性能。
3)基于失稳理论对铝锂合金热成形展开研究:采用不同本构方程表征材料的流变行为，同时以塑性失稳准则作为材料失效的判据来预测材料成形性能。但是采用传统失稳理论对材料成形性能进行预测时未考虑材料内部的损伤演化;另一方面，目前对于材料成形的研究大多数情况是在比例加载和准静态的条件下进行，而材料成形性表现出路径相关性，计算过程比较复杂，并且其预测结果很大程度上依赖于本构方程的选择。
4)损伤是导致铝锂合金材料断裂的主要原因。各国学习者主要针对连续介质损伤和细观损伤力学理论展开研究。连续介质损伤理论和细观损伤理论可以从宏观和细观尺度分析损伤对材料断裂、成形性能的影响规律，并通过试验成功预测了部分材料的成形极限，但在这一研究领域对铝锂合金的研究相对较少，针对铝锂合金热成形工艺特点，在后续的研究中，结合SEM、激光共聚焦显微镜等对不同工艺参数及变形形态下材料的微观缺陷进行观察，分析损伤演化规律，建立损伤演化模型与孔洞体积分数之间的定量关系，进一步推动损伤理论在材料成形预测方面的应用。
以下是正文：
