Ako ľahká zliatina, ktorá je rozhodujúca pre letecké prepravné zariadenia, makroskopické mechanické vlastnosti zliatiny hliníka úzko súvisia s jej mikroštruktúrou. Zmenou hlavných prvkov legovania v štruktúre zliatiny hliníka sa môže mikroštruktúra zliatiny hliníka zmeniť a makroskopické mechanické vlastnosti a iné vlastnosti (ako je napríklad odolnosť proti korózii a zváracia výkonnosť) materiálu sa môžu výrazne zlepšiť. Doteraz sa mikroalloying stal najsľubnejšou stratégiou technologického rozvoja na optimalizáciu mikroštruktúry zliatin hliníka a zlepšovanie komplexných vlastností materiálov zliatiny hliníka.Škrub(SC) je najúčinnejším zosilňovačom mikroalóznych prvkov známych pre zliatiny hliníka. Rozpustnosť škandia v hliníkovej matrici je menšia ako 0,35%hmotn. Scandium má viacnásobné fyzikálne účinky v zliatinách hliníka, vrátane posilňovania tuhých roztokov, posilňovania častíc a inhibície rekryštalizácie. Tento článok predstaví historický vývoj, najnovší pokrok a potenciálne aplikácie zo zliatiny hliníka obsahujúceho hliník v oblasti výroby leteckých zariadení.
Výskum a vývoj zliatiny hliníka
Pridanie škandia ako legúnneho prvku do zliatin hliníka sa dá vysledovať až do 60. rokov 20. storočia. V tom čase sa väčšina práce vykonala v binárnych systémoch Al SC a Ternárny Almg SC. V 70. rokoch 20. storočia Baykov Institute of Metalurgy and Materials Science of Sovietska akadémia vied a All Ruský inštitút výskumu ľahkého zliatiny vykonal systematickú štúdiu o forme a mechanizme škandia v zliatinách hliníka. Po takmer štyridsiatich rokoch úsilia sa v troch hlavných sériách vyvinulo 14 stupňov zliatiny hliníkového škandia (Al Mg SC, Al Li SC, Al Zn MG SC). Rozpustnosť atómov škandia v hliníku je nízka a použitím vhodných procesov tepelného spracovania je možné vyzrážať nano-hustotné nano-hustotné nano-hustoty. Táto zrážacia fáza je takmer sférická, s malými časticami a distribúciou distribúcie a má dobrý koherentný vzťah s hliníkovou matricou, ktorá môže výrazne zlepšiť pevnosť teploty miestnosti hliníkových zliatin. Okrem toho majú nano zrazeniny AL3SC dobrú tepelnú stabilitu a hrubý odpor pri vysokých teplotách (do 400 °), čo je mimoriadne prospešné pre silnú tepelnú odolnosť zliatiny. V zliatinách hliníkového škandia vyrába zliatiny hliníka, zliatina 1570 pritiahla veľkú pozornosť kvôli svojej najvyššej sile a najširšej aplikácii. Táto zliatina vykazuje vynikajúci výkon v rozmedzí pracovnej teploty -196 ℃ až 70 ℃ a má prirodzenú superplasticitu, ktorá môže nahradiť ruskú zliatinu vyrobenú z LF6 hliníkového zliatiny (zliatina hliníka horčíka zložená hlavne z hliníka, horčíka, medi, mangánu) a pre zváracie štruktúry zvárania v zváraní v kvapalinovom oxygene, s významným vylepšeným výkonom. Okrem toho Rusko vyvinulo aj zliatiny horčíka hliníka zinočnatého, ktoré predstavuje 1970, s materiálovou pevnosťou viac ako 500 mPa.
Stav industrializácieZliatina hliníka
V roku 2015 Európska únia vydala „Európsky metalurgický plán: vyhliadky pre výrobcov a koncových používateľov“, ktorá navrhuje študovať zvárateľnosť hliníkazliatiny horčíka. V septembri 2020 Európska únia vydala zoznam 29 kľúčových minerálnych zdrojov vrátane spoločnosti Scandium. Zliatina hliníka horčíka 5024H116 vyvinutá spoločnosťou Ale hliník v Nemecku má strednú až vysokú pevnosť a vysokú toleranciu poškodenia, čo z neho robí veľmi sľubný materiál pre pokožku trupu. Môže sa použiť na nahradenie tradičných hliníkových zliatin série 2XXX a bol zahrnutý do Airbus 'AIMS03-01-055 Material Book Bukurement. 5028 je vylepšený stupeň 5024, vhodný na zváranie laserového zvárania a zvárania trecieho. Môže dosiahnuť proces tvorby tečenia hyperbolických integrálnych nástenných panelov, ktorý je odolný voči korózii a nevyžaduje hliníkový povlak. V porovnaní s zliatinou 2524 môže celková štruktúra stenových panelov trupu dosiahnuť 5% zníženie štrukturálnej hmotnosti. Hliníkový hliníkový zo zliatiny AA5024-H116, ktorý vyrobil hliníkovú spoločnosť Aili, sa používa na výrobu štruktúrnych komponentov trupu a kozmickej lode. Typická hrúbka zliatiny AA5024-H116 je 1,6 mm až 8,0 mm a vďaka svojej nízkej hustote, miernymi mechanickými vlastnosťami, vysokou odolnosťou proti korózii a prísnej rozmernej odchýlke môže nahradiť zliatinu 2524 ako materiál na kožu trupu. V súčasnosti bol zliatinový list AA5024-H116 certifikovaný spoločnosťou Airbus AIMS03-04-055. V decembri 2018 ministerstvo priemyslu a informačných technológií Číny vydalo „vodiaci katalóg prvej dávky demonštrácií sekundárnych aplikácií demonštrácií kľúčových nových materiálov (vydanie 2018)“, ktorá zahŕňala „oxid škôl vysokej čistoty“ v katalógu vývoja nového odvetvia materiálov. V roku 2019 ministerstvo priemyslu a informačných technológií Číny vydalo „vodiaci katalóg prvej dávky demonštračných aplikácií kľúčových nových materiálov (vydanie 2019)“, ktoré zahŕňalo „SC obsahujúce materiály na spracovanie zliatiny hliníka a zváracie vodiče Al SI SC“ vo vývojovom katalógu nového priemyslu materiálov. China Aluminium Group Northeast Light Light zliatiny vyvinula zliatinu AL Mg SC ZR Series 5B70 obsahujúcu Škandium a zirkón. V porovnaní s tradičnou zliatinou AL Mg série 5083 bez škandial a zirkónia sa jeho výnos a pevnosť v ťahu zvýšili o viac ako 30%. Okrem toho zliatina Al Mg SC Zr môže udržiavať porovnateľnú odolnosť proti korózii v zliatine 5083. V súčasnosti hlavné domáce podniky s priemyselnou triedouzliatina hliníkaVýrobná kapacita je spoločnosť Northeast Light Light Alloy Company a juhozápadný hliníkový priemysel. Veľká veľkosť zliatiny hliníkovej zliatiny 5B70 vyvinutá spoločnosťou Northast Light Alloy Co., Ltd. môže dodávať veľké hliníkové zliatinové dosky s maximálnou hrúbkou 70 mm a maximálnou šírkou 3500 mm; Produkty tenkého plechu a profilové výrobky je možné prispôsobiť na výrobu s rozsahom hrúbky 2 mm až 6 mm a maximálnou šírkou 1500 mm. Juhozápadný hliník nezávisle vyvinul materiál 5K40 a dosiahol významný pokrok vo vývoji tenkých platní. Al Zn Mg zliatiny je zliatina na kalenie času s vysokou pevnosťou, dobrým výkonom spracovania a vynikajúcim zváraním výkonom. Je to nevyhnutný a dôležitý štrukturálny materiál v súčasných prepravných vozidlách, ako sú lietadlá. Na základe stredne silného zvárateľného Alzn Mg môže pridanie prvkov zliatiny škandia a zirkónia tvoriť malé a dispergované nanočastice AL3 (SC, Zr) v mikroštruktúre, čo výrazne zlepšuje mechanické vlastnosti a odolnosť proti korózii stresu. Výskumné centrum Langley v NASA vyvinulo ternárnu zliatinu hliníkovej škandia s stupňom C557, ktorá je pripravená na aplikovanie v modelových misiách. Statická sila, šírenie trhlín a zlomenina tejto zliatiny pri nízkej teplote (-200 °), teplota miestnosti a vysoká teplota (107 ℃) sa rovná alebo lepšia ako zliatina 2524 zliatiny. Northwestern University v Spojených štátoch vyvinula alzn Mg SC zliatinu 7000 s ultra vysokou silnou zliatinou sily s ťahom s pevnosťou v ťahu až 680 MPA. Vytvoril sa vzorec kĺbového vývoja medzi stredne vysokou vysokou pevnosťou hliníkovej zliatiny škandialky a ultra vysokou silou Al Zn Mg SC. Al Zn Mg Cu Sc zliatina je zliatina vysokej pevnosti hliníka s pevnosťou v ťahu presahujúcou 800 MPa. V súčasnosti nominálne zloženie a základné parametre výkonnosti hlavných stupňovzliatina hliníkasú zhrnuté nasledovne, ako je uvedené v tabuľkách 1 a 2.
Tabuľka 1 | Nominálne zloženie zliatiny hliníka
Tabuľka 2 | Mikroštruktúra a ťahové vlastnosti zliatiny hliníkového škandia
Vyhliadky na aplikáciu zliatiny hliníkového škandia
Na štrukturálne komponenty s vysokou pevnosťou sa použili zliatiny Al Zn Mg Cu Sc a Al Culi SC SC, vrátane ruských stíhacích prúdov MIG-21 a MIG-29. Prístrojová doska ruskej kozmickej lode „Mars-1 ″ je vyrobená z 1570 zliatiny hliníkového škandia, s celkovým znížením hmotnosti o 20%. Zaťažujúce komponenty kozmickej lode MARS-96 sú vyrobené z zliatiny hliníka obsahujúcej hliník z roku 1970, čím sa zníži hmotnosť modulu prístroja o 10%. V programe „Clean Sky“ a projektu Flight Route 2050, Airbus vykonal integrovaný dizajn podržania nákladu, výskum a vývoj, výroba a inštalačné testovacie lety pre lietadlá A321 na základe nástupcovej triedy AA5028-H116 hliníkovej škmitovej zliatiny 5024 hliníkovej leteckej letedky. Zliatiny hliníkového škandia predstavovaného AA5028 preukázali vynikajúci výkon spracovania a zvárania. Využívanie pokročilých techník zvárania, ako je zváranie trením a zváranie laserom, na dosiahnutie spoľahlivého spojenia materiálov zliatiny hliníka obsahujúceho škôl. Postupná implementácia „zvárania namiesto nitovania“ v štruktúrach tenkých dosiek zosilnených lietadlom nielenže zachováva konzistentnosť materiálov lietadiel a štrukturálnu integritu, dosahuje efektívnu a nízkonákladovú výrobu, ale má tiež redukčné a tesniace účinky. Aplikačný výskum zliatiny hliníka Scandium 5B70 od China Aerospace Special Materials Research Institute sa prelomil technológiami silného točenia komponentov hrúbky s premenlivou hrúbkou steny, kontroly odolnosti proti korózii a porovnávaniu pevnosti a kontroly zváracieho zvyškového stresu. Pripravil adaptačný zvarový drôt zliatiny hliníkovej škandialky a koeficient pevnosti kĺbu zvárania trecieho smiechu pre hrubé platne v zliatine môže dosiahnuť 0,92. Čínska akadémia vesmírnej technológie, Central South University a ďalšie vykonali rozsiahle testovanie mechanického výkonu a procesné experimenty na materiáli 5B70, vylepšili sa a iterovali schému výberu štrukturálnych materiálov pre 5A06 a začali aplikovať hliníkovú zliatinu 5B70 na hlavnú štruktúru celkových zosilnených nástenných panelov v zapečatenej kabíne a návratovej kabíne vesmírnej stanice. Celková stena panela doštičkovej štruktúry tlakovej kabíny je navrhnutá kombináciou kože a posilňovacích rebier, ktorá dosahuje vyššiu štrukturálnu integráciu a optimalizáciu hmotnosti. Aj keď zlepšuje celkovú tuhosť a pevnosť, znižuje počet a zložitosť komponentov spojenia, čím sa ďalej znižuje hmotnosť pri zachovaní vysokého výkonu. Po propagácii aplikácie materiálového inžinierstva 5B70 sa využitie materiálu 5B70 postupne zvyšuje a prekročí minimálny prah dodávok, čo pomôže zabezpečiť nepretržitú výrobu a stabilnú kvalitu surovín a výrazne zníži ceny surovín. Ako už bolo spomenuté, hoci mnohé vlastnosti zliatin hliníka sa zlepšili prostredníctvom mikroalózy Škandu, vysoká cena a nedostatok škanda obmedzuje rozsah aplikácií zliatin hliníka. V porovnaní s materiálmi zliatiny hliníka, ako sú Al Cu, Al Zn, Al ZnMG, materiály zliatiny hliníka obsahujúceho hliník, majú dobré komplexné mechanické vlastnosti, odolnosť proti korózii a vynikajúce charakteristiky spracovania, vďaka ktorým majú rozsiahle vyhliadky na aplikáciu pri výrobe hlavných štruktúrnych komponentov v priemyselných poliach, ako je letecký priestor. S neustálym prehĺbením výskumu technológie mikroalloyingu škanda a zlepšenia porovnávania dodávateľského reťazca a priemyselného reťazca sa cenové a nákladové faktory, ktoré obmedzujú rozsiahle priemyselné uplatňovanie zliatin hliníkových hliníkových hliníkov, sa postupne zlepšujú. Dobré komplexné mechanické vlastnosti, odolnosť proti korózii a vynikajúce charakteristiky spracovania zliatin hliníkového škandialky spôsobujú, že majú jasné výhody redukcie štrukturálnej hmotnosti a široký aplikačný potenciál v oblasti výroby leteckých zariadení.
Čas príspevku: október-29-2024