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耐热合金是指在高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度的合金，也叫高温合金。随着现代科学技术(特别是航空、火箭等)的发展，金属材料或制品的工作温度不断提高。在高温合金的领域内，大量使用的主要是铁基、镍基和钴基高温合金。从合金晶体结构的强度观点出发，高温强化的3个基本特点：
(1)提高位错在滑移界面运动的阻力，即增加滑移式变形机构的形变抗力。
(2)减缓位错的扩散型运动过程，以抑制扩散型形变机构的进行。
(3)改善晶体结构状态，以增加晶界强化作用;或是取消晶界，以消除晶界在高温时的薄弱环节。
近几十年来，已研制出一系列高温合金，其使用温度由650℃提高到1100℃左右。高温合金是广泛应用于航空、航天、船舶、发电、动力、机车及石油和化学工业中关键部位的材料。 [2] 铝铜锂耐热合金是在高强硬铝合金的基础上以锂代替镁发展起来的铝锂系合金。具有密度小、弹性模量大、强度高和耐热性能好等特点，其典型合金有美国的2020合金、前苏联的BAД23合金和中国的S141合金。
其成分及组织合金的化学成分列于表1。它们可热处理强化，固溶淬火后时效沉淀序列为：
表1 铝铜锂耐热合金的化学成分(%)
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牌 号 |
主 要 元 素 |
杂质≤ |
Al |
||||||
|
Cu |
Li |
Mn |
Cd |
Ti |
Fe |
Si |
Ti |
||
|
2020 BAД23 |
4.0～5.0 4.9～5.8 |
0.9～1.7 1.0～1.4 |
0.8～1.3 0.4～0.8 |
0.1～0.35 0.1～0.3 |
0.4 0.3 |
0.4 0.3 |
0.1 0.15 |
余量 余量 |
|
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S141 |
3.9～4.5 |
0.8～1.2 |
0.5～0.9 |
0.15～0.25 |
0.05～0.15 |
0.3 |
0.3 |
余量 |
|
含铜的片状θ′粒子和含锂的球状δ′粒子共同沉淀，时效后期锂能进入θ′相内，使其转变成T1相。实际上起强化作用的是θ(CuAl2)相的过渡相θ″和θ′，以及δ(AlLi)相的过渡相δ′，因此，在生产中采用能沉淀出这些过渡相的时效制度。合金中加入锰，有利于提高耐热性能，对提高强度和塑性也有好的作用。少量镉显著地提高人工时效强化效果。
铝铜锂耐热合金的密度为2.73g/cm，弹性模量为77.2GPa，经固溶淬火、人工时效后的室温强度比高强硬铝合金的还高，在150～225℃的高温强度优于耐热硬铝合金，表2列出了S141合金1.0～2.5mm板材在淬火、人工时效状态T6(CS)的力学性能。耐腐蚀性能与硬铝合金的相似。缺口敏感性较大，采取欠时效或双级时效(见铝合金时效)处理，可降低缺口敏感性和提高断裂韧性。
表2 S141合金1.0～2.5mm板材T6状态的典型力学性能
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温度/℃ |
σb/MPa |
σ0.2/MPa |
δ/% |
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20 150 175 200 225 |
554 466 451 426 401 |
470 |
7.5 11.0 11.0 10.0 4.0 |
熔炼及应用铝铜锂耐热合金在熔炼时要用较纯的氯化锂和氟化锂熔剂覆盖熔体，铸造过程中用氩气保护。可以经塑性变形加工成板材、棒材和锻件，适用于制造超音速飞机的蒙皮和其他热强结构件。 [4]