鋁合金在飛機上主要是用作結構材料，如：蒙皮、框架、螺旋槳、油箱、壁板和起落架支柱等。鋁合金在航天航空中的應用開發(fā)可分為幾個階段：50年代主要目標是減重和提高合金比剛度、比強度；60～70年代主要目標是提高合金耐久性和損傷容限，開發(fā)出7XXX系合金T73和T76熱處理制度、7050合金和高純合金；80年代由于燃油價格上漲而要求進一步減輕結構重量；90年代至今，鋁合金的發(fā)展目標是進一步減重，并進一步提高合金的耐久性和損傷容限。例如開發(fā)出高強、高韌高抗腐蝕性能的新型鋁合金，大量采用厚板加工成復雜的整體結構部件代替以前用很多零件裝配的部件，不但能減輕結構重量，而且可保證性能的穩(wěn)定。要實現(xiàn)這一點要開發(fā)出低內應力的厚板材料。

　　1航天航空用鋁合金鑄件

　　在現(xiàn)代飛機結構件中，利用了1500～2000種鋁鑄件，根據(jù)飛機不同的使用條件和部位，主要用了三種基本的鋁合金：即高強鋁合金、耐熱鋁合金、耐蝕鋁合金。高強鋁合金主要用于飛機機身部件、發(fā)動機艙、座椅、操縱系統(tǒng)等，在大多數(shù)情況下可替代鋁模鍛件。高強鋁合金在俄羅斯主要是鋁-銅系合金，在美國主要利用鋁-銅-錳系。鋁-銅系合金零件主要采用沙模鑄造生產(chǎn)。耐熱鋁合金零件主要用于靠近電動機的機艙、空氣交換系統(tǒng)等。此處的溫度達到200～400℃。與普通結構合金和高強合金相比，該合金具有合金化程度高的優(yōu)點，屬鋁-銅-鎳系合金。耐蝕鋁合金具有足夠高的性能指標，其強度、塑性、沖擊韌性、疲勞性能和可焊性都很好，主要具有耐蝕性，這樣就可用于水上飛機。它屬于鋁-鎂系合金和鋁-鎂-鋅系合金。

　　2航天航空用大型擠壓型材

　　2.1主要特點和用途

　　隨著科學技術的進步，鋁合金型材正向著大型化、整體化、薄壁扁寬化、尺寸高精化、形狀復雜化方向發(fā)展，應用范圍已由民用型材料推廣到航天航空用型材，大型型材的主要特點有：①大型化和整體化；②薄壁化和輕量化；③斷面尺寸和形位公差精密化；④組織性能的均勻化與優(yōu)質化。由于大型型材具有以上特點，給擠壓加工帶來了一系列困難。航天航空用大型擠壓型材主要有：整體帶筋壁板、工字大梁、機翼大梁、梳狀型材、空心大梁型材等。主要用作飛機、宇宙飛船等航天航空器的受力結構部件以及直升飛機異形空心旋翼大梁和飛機跑道等。

　　2.2大型擠壓型材常用合金

　?、俚蛷姸蠕X合金：工業(yè)純鋁、3A21、5005、5A02、5A03、5086等熱處理后不強化，其半成品在退火狀態(tài)下和冷作硬化后使用。

　　②中強度鋁合金分為兩組：熱處理不可強化鋁合金（5A05、5A06、5B06）和熱處理可強化鋁合金（6A02、2A70、2A06）等。

　　③高強度鋁合金7A04和2A12在熱處理時可急劇強化。

　　3航空航天用鋁合金厚板

　　鋁合金厚板是現(xiàn)代航天航空工業(yè)重要的結構材料，目前發(fā)達國家鋁工業(yè)界不斷開發(fā)出性能優(yōu)異的新型鋁合金厚板，其中有以下幾種常用合金，其一是7075-T7651鋁合金厚板，它具有高的強度、良好的韌性、抗應力性能和抗剝落腐蝕性能，它屬于鋁-鋅-鎂-銅系超硬鋁合金，其廣泛應用于飛機框架、整體壁板、起落架、蒙皮等。其二是7055超硬鋁合金，它是目前變形鋁合金中強度最高的合金，美國鋁業(yè)公司生產(chǎn)的7075-T77合金板材強度比7150的高出10％，比7075高出30％，而且斷裂韌性較好，抗疲勞裂紋擴展能力強。鋁合金厚板作為航天航空用材料具有很好的綜合性能，但也存在淬火殘余應力，殘余應力的存在嚴重影響著材料的后續(xù)加工及其應用，尤其是用作承受交變載荷的結構件或在腐蝕環(huán)境下工作時，殘余應力是造成材料過早失效甚至造成嚴重事故的一個主要原因。因此研究消除殘余應力的方法是十分重要的。

　　4鋁-鋰合金在航天航空工業(yè)中的應用

　　自1924年，第一個含鋰的鋁合金Sclreoul(Al-12Zn-3 Cu-0.6Mn-0.1Li)誕生以來，鋁鋰合金已經(jīng)有70年的歷史，70年來，鋁鋰合金歷經(jīng)了艱難和波折，沖破了層層障礙，已經(jīng)走向了工業(yè)生產(chǎn)和應用。

　　50年代，美國對鋁鋰合金產(chǎn)生興趣，Alcoa公司克服了其熔煉上的難點，于1957年生產(chǎn)出了含鋰1.1％的鋁鋰合金，命名為2020合金。1958年美國航空公司對其做了首次評估，就塑性、韌性問題進行了評估。次年將其用于海軍警戒機的機翼皮和尾翼水平安定面。減重效益6％，先后服役20年，未發(fā)現(xiàn)腐蝕、應力腐蝕、疲勞破壞等問題。60年代，美國航空界開始采用USAF航空損傷容限設計準則，2020合金因缺口敏感性高和斷裂韌性低而難以被接受，于1969年放棄該合金。2020合金失敗的另一個原因是技術先進性不夠，鋰含量僅1％，比重下降3％和剛度提高6％的幅度有限，加之銅的含量達4.5％，合金的比重仍較高。

　　正當美國鋁鋰合金研究降溫時，原蘇聯(lián)開始了鋁鋰合金的研究，研制出獨特的1420合金（Al-Li-Mg-Zr）系，鋰含量達到1.5%～2.6％，含鎂達4%～7％，比2020合金的比重更低而彈性模量更高，1971年用于航空器，逐步擴大到蘇27、米格25、米格29、艦載飛機圖204等多種飛機上，1420合金成功的另一個重要的原因是具有優(yōu)良的焊接性，可采用氬弧焊、電子束焊、離子焊和電阻焊焊接，材料本生減重效益12％，用焊接代替鉚接，省去了連接固件和密封膠圈減重效益12％。后來在1420的基礎上又進一步研究出1421、1423、1424等合金，強度明顯改善，且抗蝕性更佳、焊接性更優(yōu)。目前，俄羅斯已初步形成了一個包括可焊、中強、高強的鋁鋰合金系列，鋁鋰合金已經(jīng)成為俄羅斯最重要的航天航空用輕合金之一。與復合材料、鈦合金一同構成了新型航天航空新材料的三足鼎立局面。

　　70年代末期，鋁鋰合金的研究再度受到西方重視，其原因有四個方面：一是石油危機沖擊了航空界，為了減輕重量以降低航運成本，對高強度、高彈性模量、低比重材料的需求更加迫切。二是受復合材料發(fā)展的沖擊，需研究新型的鋁合金。三是原蘇聯(lián)成功地將鋁合金用于軍用飛機的刺激。四是新合金系的出現(xiàn)，使鋁鋰合金的技術優(yōu)勢進一步顯示出來。這樣西歐于80年代初推出809合金2091合金，用于取代2024合金，與此同時美國推出了高強型的2090合金，作為7075合金的換代產(chǎn)品。這些合金的共同特點是：有較高的鋰含量（2％～3％），比2020合金的彈性模量更高而比重更低，同時他們都含有少量的鋯，在未再結晶強織構狀態(tài)下使用未再結晶強織構狀態(tài)下使用。80年代末西方國家已基本完成了鋁鋰合金的制造技術研究，擁有工業(yè)化生產(chǎn)能力，形成一個初步的鋁合金系列，研究的重點轉入應用方面。

　　4.1鋁鋰合金的種類、特性及用途

　　鋁鋰合金具有低的密度、高的比強度和比剛度，用其代替常規(guī)的高強度鋁合金可使構件質量減輕10％～20％，剛度提高15％～20％，國外現(xiàn)有20多個牌號的鋁鋰合金可進行工業(yè)化生產(chǎn)，并可提供各種形式的半成品件（特性見表1）。

　　中強可焊鋁鋰合金1420是一種低密度、中等強度、耐蝕又可焊的航天航空用結構件。主要用于中厚板、薄板、型棒材及鍛件等多種結構件生產(chǎn)。中強鋁鋰合金還有2091，它有較好的低溫韌性和抗應力腐蝕性，主要用于高速飛行器的殼體、低溫容器和戰(zhàn)斗機后隔框等。高強度鋁鋰合金主要以銅為主強化元素的2000系鋁鋰合，它不僅具有高強度、高模量、可焊性、低比重的優(yōu)點，并在耐熱性、抗蝕性等方面顯著優(yōu)于以鋅為主強化元素的7000系普通鋁合金。主要用于航天飛機超輕儲箱、機身內部承受高載荷的部件、火箭的燃燒和液氧容器等，同時中強和高強鋁鋰合金分別取代了2XXX以及7XXX等合金在航天航空工業(yè)中使用。

　　4.2鋁鋰合金的生產(chǎn)

　　因鋰的熔點低，又比鋁輕得多，這給熔制合金過程中加鋰帶來了困難，如果加鋰時保護不好，鋰浮到液面上燃燒，會引起合金的燒損，使合金中鋰的成分更難控制。因鋰的比重很小，加入鋁中易引起成分偏析，增加燒制合金的難度。鋁鋰合金在鑄造時容易發(fā)生合金氧化，也容易發(fā)生破壞性爆炸事故，因此熔鑄鋁鋰合金不能采用傳統(tǒng)的鋁合金生產(chǎn)工藝和裝備。鋁鋰合金的組織層狀化，鋁鋰合金的未結晶晶粒結構亦稱為層狀組織，其強化韌性的原理是利用扁平未再結晶晶粒結構減輕沿晶開裂的危害并得到特殊的韌化機制。層狀組織的主要不足是橫短向性能偏低。