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“大型飞机”或“大飞机”一般是指起飞总质量 超过100 t的运输类飞机，包括军用、民用大型运输机， 也包括150座以上的干线客机。

         铝 合金由于具有密度低、比强度高、耐腐蚀强、易导热 导电、塑性和加工性能良好、成本低等一系列优点， 在航空方面一直是大飞机机体结构的主要用材。

        铝合金的发展与航空事业的发展密不可分。20 世纪初，在莱特兄弟制造的飞机上就采用AL-Cu-Mn合金铸造的发动机曲柄箱体。1906年，在AL-Cu-Mg 系合金中发现时效硬化现象，使铝合金作为飞机主体 结构材料成为可能，此后，铝合金作为飞机机体的主 要结构材料登上历史舞台。F-22战机采用当时(20 世纪80年代初)最先进的2124和7050高纯铝合金， 用作机体内部的框架、加强肋、腹板、接头件以及某 些蒙皮等结构，其质量占前机身的50％，中机身的 35％，后机身的22％，中央翼的23％。20世纪90年 代以来，航空用铝合金的发展有了重大突破，研制成 功了以7150、2524和7055为代表的新一代高性能铝 合金，满足新型大飞机低成本、多用途的设计选材要 求。1995年开始研制、2000年首飞的F-35战机采用 这几种铝合金，总用量在30％以上。我国自行设计 研制的第二代战斗机机体结构用材中铝合金占80％以 上，在研制的第三代战斗机机体结构用材中铝合金仍 占60％一70％。从波音707飞机发展到以波音777和 空客A380飞机为代表的新一代飞机，国外大型民机 的主体结构材料发生了很大变化，但在目前正在使用 的民用客机中，还在大量使用铝合金，甚至还占着主体地位。2224、2524、7050、7055等铝合金分别成功用在波音777和空客A380飞机的机翼、蒙皮、桁架 和座椅滑轨等结构处，满足所需性能要求。当今最新 的空客A350xwB飞机的地板梁、翼肋及起落架舱门 也是用铝合金制造的。

         随着国内经济的快速发展，到2020年我国大约需 要新增干线客机1600架，总价值约为1500~1800亿 美元。这仅仅是国内市场的统计，如果参与国际竞争， 大飞机的市场空间将更加广阔。从国防上看，如果大飞机研制成功，我国就可以实现大型军用飞机的国产 化，进一步增强国防实力。当今世界各国大飞机结构用铝合金主要是高强度的2×××系(2024、2224、 2324、2424、2524等)和超高强度的7×××系(7075、 7475、7050、7150、7055、7085等)。本文通过 对2×××系和7×××系常用铝合金性能的分析和讨论， 指出国产大飞机用铝合金的性能要求及其现阶段存在 的问题，探讨大飞机用铝合金面临的挑战并预测其发展方向。 

1、大飞机常用铝合金的研究与开发 

1.1    2×××系铝合金

         2×××系铝合金属于AL-Cu-Mg系合金，被称为高 强度硬铝，是用途最为广泛的结构铝合金。其代表名 称和化学成分如表2所列。2x××系铝合金的抗拉强 度为400~500 MPa，比7×××系铝合金的室温强度低， 但耐热性、疲劳特性，特别是抗疲劳裂纹扩展性都比 7×××系的好。2×××系代表铝合金的主要特点及应用情 况如表3所列。

         在2×××系铝合金中，1939年发明的2024合金是 较为常用的一种。2024合金给飞机的结构和性能带来 巨大变化，同时也为2×××系铝合金的发展奠定了基础 。2024铝合金的主要合金元素是Cu、Mg、Mn， Fe、Si为主要杂质。2024铝合金常用T3和T4状态， 具有较高的塑性、疲劳寿命、断裂韧性和抗疲劳裂纹 扩展性能，但抗蚀性较差。该合金厚板主要用在机身、 机翼、抗剪肋板和腹板以及对强度要求高的其他结构 件上。可采用人工时效提高2024合金的抗腐蚀性、耐 热性及屈服强度，但塑性、抗疲劳断裂的能力会有所 下降，疲劳裂纹扩展速率也会加快。2024合金人工 时效后具有优良的综合性能和高温抗蠕变性能，高温 软化倾向小，可在较高温度下长期使用，主要用于常 承受121℃以上高温的商用和军用飞机的蒙皮和发 动机舱。2024合金研制较早，为了充分发挥该合金的 潜能，目前已开展对2024铝合金薄板T36l、T81和 T861状态热处理工艺制度的研究。

         2024合金的衍化是在保持主要合金元素大体不 变的情况下，向着高纯化方向发展，以提高合金的塑性、韧性与强度。通过减少2024合金中的Fe、Si杂 质含量，相继研究出2124、2224、2524等新合金。 

         20世纪70年代，在传统的2024合金的基础上， 通过降低Fe和Si等杂质含量研制出高纯、高强和高 韧的2124合金。该合金不仅保持了2024合金的强 度，而且还具有较强的断裂韧性、疲劳性能和抗应力 腐蚀等优良的综合性能。由于该合金具有较高的拉 伸屈服强度、压缩屈服强度和抗腐蚀性能，特别适用 于中温下对强度和稳定性有高要求的部位，可用于制 造整体、大截面的飞机主承力结构件及受压承力构件 ，是西方战机F-14、F-15、F-16、A6、A8、幻影 2000等军用飞机以及波音737、波音747、空客A320 等民用飞机的主体结构用材。2124合金一般在T85l 状态下使用，该状态高温断裂韧性好，在高达177℃ 温度下还具有良好的强度持久性，在F-16上使用的 2124-T851厚板加工件达99个，质量约为l t。目 前，2124仍广泛应用于美国第四代战机F-22、F-35 的主体结构件，在未来军用和民用飞机上都有着广阔 的应用前景。

          1978年研制成功的2224合金，在2024合金的基 础上调整合金成分而进一步高纯化，其粗大化合物的 体积分数进一步降低，断裂韧性进一步提高，裂纹传 播速度进一步减慢。2224合金主要用来生产T351l状 态的挤压件，已经用于制造波音757和767等飞机的 结构件。2224、7175和2324这3种铝合金的应用 被认为是“铝材在飞机上应用的一个新突破”。有关统 计数据表明，仅由于2224、7175和2324铝合金的应 用，就使波音757飞机质量减轻227 kg、波音767飞 机质量减轻363 kg。 

          1995年开始研制、2000年首飞的F-35战机上采 用了2524-T3合金。2524铝合金属高纯度铝合金， 其Fe和sj杂质含量比2024明显减 少，Cr含量也明显降低，Cu含量范围缩小，Mg和 Mn含量进行了调整，在保证强度及其他性能与 2024-T3合金相当的情况下，该合金的疲劳强度提高 10％，断裂韧度提高20％，并且在AMs标准中首次规定了材料的疲劳裂纹扩展速率，使该合金成为一种 真正的损伤容限合金，一度被认为是抗断裂韧性与抗 疲劳性最高的高强度铝合金。2524已经成为新一代 航空铝合金的代表，是新一代飞机蒙皮材料的首选。 中国自行设计制造的新型涡扇支线客机ARJ2l的机身 蒙皮、机翼下壁板、机身框架和隔框使用的的材料就 是2524-T3合金。2524-T3合金的研制成功被认为是 航空铝合金研究史上划时代的进步。