Lennundusvedude seadmete jaoks üliolulise valgusalana on alumiiniumsulami makroskoopilised mehaanilised omadused tihedalt seotud selle mikrostruktuuriga. Muutes alumiiniumisulami struktuuri peamisi legeerivaid elemente, saab alumiiniumisulami mikrostruktuuri muuta ning materjali makroskoopilised mehaanilised omadused ja muud omadused (näiteks korrosioonikindlus ja keevitus jõudlus) saab märkimisväärselt parandada. Siiani on mikroralloyingust saanud kõige lootustandvam tehnoloogiline arengustrateegia alumiiniumisulamite mikrostruktuuri optimeerimiseks ja alumiiniumsulami materjalide põhjalike omaduste parandamiseks.Skandium(SC) on alumiiniumsulamite poolest tuntud kõige tõhusam mikroralloying elementide tugevdaja. Skandiumi lahustuvus alumiiniumist maatriksis on alla 0,35 massiprotsendi, lisades alumiiniumsulamitele skandiumielementi, võib nende mikrostruktuuri tõhusalt parandada, suurendades põhjalikult nende tugevust, kõvadust, plastilisust, termilist stabiilsust ja korrosioonikindlust. Skandiumil on alumiiniumsulamites mitu füüsikalist toimet, sealhulgas tahke lahuse tugevdamine, osakeste tugevdamine ja ümberkristallimise pärssimine. Selles artiklis tutvustatakse alumiiniumsulamite sisaldavate skandiumi ajaloolist arengut, viimaseid edusamme ja võimalikke rakendusi lennundusseadmete tootmise valdkonnas.
Alumiiniumist skandiumisulami uurimine ja arendamine
Skandiumi lisamist alumiiniumisulamite legeeriva elemendina saab ulatuda 1960. aastatest. Sel ajal viidi suurem osa tööst läbi binaarses Al SC ja Ternary ALMG SC -sulamisüsteemides. 1970. aastatel viisid Nõukogude Teaduste Akadeemia metallurgia ja materjaliteaduse instituut ning All Venemaa valgussulamiuuringute instituut läbi süstemaatilise uuringu alumiiniumsulamites skandiumi vormi ja mehhanismi kohta. Pärast peaaegu nelikümmend aastat kestnud pingutusi on välja töötatud 14 astme alumiiniumist skandiumisulamitest kolmes suures seerias (Al MG SC, AL Li SC, AL Zn MG SC). Skandiumi aatomite lahustuvus alumiiniumist on madal ja sobivate kuumtöötluse protsesside abil saab sadestada suure tihedusega Al3SC nano sademeid. See sademetetapp on peaaegu sfääriline, väikeste osakeste ja hajutatud jaotusega ning sellel on hea sidusa seos alumiiniummaatriksiga, mis võib oluliselt parandada alumiiniumsulamite toatemperatuuri tugevust. Lisaks on Al3SC nano sademetel hea termilise stabiilsus ja jämedate takistus kõrgetel temperatuuridel (400 ℃ piires), mis on sulami tugeva kuumakindluse jaoks äärmiselt kasulik. Vene keeles valmistatud alumiiniumist Skandiumi sulamid on 1570 sulam pälvinud palju tähelepanu oma kõrgeima tugevuse ja kõige laiema rakenduse tõttu. Selle sulami töötemperatuuri vahemikus -196 ℃ kuni 70 ℃ on suurepärane jõudlus ja sellel on loomulik superplastilisus, mis võib asendada vene loodud LF6 alumiiniumsulami (alumiiniummagneesiumsulam, mis koosneb peamiselt alumiiniumist, magneesiumist, vasest, mangaanitest ja ränist), mis on koormatud soodsate tulemuseks vedelikule, mis on vedelikusse keskkonnal. Lisaks on Venemaa välja töötanud ka alumiiniumist tsingi magneesiumi skandiumisulamid, mida esindavad 1970. aastal, materiaalse tugevusega üle 500MPa.
Industrialiseerimise staatusAlumiiniumist Skandiumi sulam
2015. aastal andis Euroopa Liit välja „Euroopa metallurgilise tegevuskava: tootjate ja lõppkasutajate väljavaated”, pakkudes ettepaneku uurida alumiiniumi keevitatavustmagneesiumiskandiumi sulamid. 2020. aasta septembris andis Euroopa Liit välja 29 peamise maavara ressursi, sealhulgas skandiumi nimekirja. Saksamaal Ale alumiiniumi välja töötatud 5024H116 alumiiniumisulami 5024H116 on keskmise või kõrge tugevuse ja suure kahjumi tolerantsi, mis teeb sellest kere naha jaoks väga paljutõotava materjali. Seda saab kasutada traditsiooniliste 2xxx-seeria alumiiniumsulamite asendamiseks ja see on kaasatud Airbusi AIMS03-01-055 materjali hankeraamatusse. 5028 on täiustatud hinne 5024, mis sobib laserkeevituse ja hõõrde segamiseks. See suudab saavutada hüperboolsete integreeritud seinapaneelide roomamisprotsessi, mis on korrosioonikindlad ega vaja alumiiniumkatteid. Võrreldes 2524 sulamiga, võib kere kogu seinapaneeli üldstruktuur saavutada 5% -lise raskuse vähendamise. AILI5024-H116 alumiiniumsulami lehte, mida toodetakse Aili alumiiniumiettevõtte, on kasutatud lennukite kere ja kosmoselaeva konstruktsioonikomponentide valmistamiseks. AA5024-H116 sulamilehe tüüpiline paksus on 1,6–8,0 mm ja selle madala tihedusega, mõõdukate mehaaniliste omaduste, kõrge korrosiooniresistentsuse ja range mõõtmete kõrvalekalde tõttu võib see asendada 2524 sulamit kui kere nahamaterjali. Praegu on AA5024-H116 sulamileht kinnitanud Airbus AIMS03-04-055. 2018. aasta detsembris andis Hiina tööstus- ja infotehnoloogia ministeerium välja „Uute materjalide peamiste materjalide (2018. aasta väljaanne) sekundaarsete rakenduste esimese partii suunamiskataloogi”, mis sisaldas uue materjalitööstuse arenduskataloogis “kõrge puhtusega Skandiumoksiidi”. 2019. aastal andis Hiina tööstus- ja infotehnoloogia ministeerium välja „Uute materjalide peamiste materjalide (2019 väljaanne) esimese partii suunamiskataloogi”, mis sisaldas „SC, mis sisaldab alumiiniumsulamist töötlemismaterjale ja Al Si SC keevitusjuhtmeid” uute materjalide tööstuse arenduskataloogis. Hiina alumiiniumgrupp Northeast Light Alloy on välja töötanud skandiumi ja tsirkooniumi sisaldava Al MG SC ZR -seeria 5B70 sulami. Võrreldes traditsioonilise AL MG -seeria 5083 sulamiga ilma skandiumi ja tsirkooniumita, on selle saagikus ja tõmbetugevus kasvanud enam kui 30%. Lisaks suudab Al MG SC ZR sulam säilitada võrreldavat korrosioonikindlust 5083 sulami suhtes. Praegu on peamised kodumaised ettevõtted, millel on tööstusklaudalumiiniumist Skandiumi sulamTootmisvõimsus on Northeast Light Alloy Company ja Southwest Alumiiniumitööstus. Suure suurusega 5b70 alumiiniumist skandiumisulami leht, mille on välja töötanud Northeast Light Alloy Co., Ltd., suudab varustada suuri alumiiniumsulami paksusid plaate, mille maksimaalne paksus on 70mm ja maksimaalne laius 3500 mm; Õhukeste lehttooteid ja profiilitooteid saab kohandada tootmiseks, paksuse vahemikus 2–6 mm ja maksimaalne laius 1500 mm. Edela -alumiinium on iseseisvalt välja töötanud 5K40 materjali ja teinud märkimisväärseid edusamme õhukeste plaatide arendamisel. Al Zn Mg sulam on aja kõvenev sulam, millel on kõrge tugevus, hea töötlemise jõudlus ja suurepärane keevitusega. See on hädavajalik ja oluline konstruktsioonimaterjal praegustes transpordisõidukites, näiteks lennukites. Keskmise tugevusega keevitatava Alzn Mg põhjal, mis lisab skandiumi ja tsirkooniumisulami elemente, võib mikrostruktuuris moodustada väikesed ja hajutatud Al3 (SC, ZR) nanoosakesed, parandades märkimisväärselt sulami mehaanilisi omadusi ja stressi korrosioonikindlust. NASA Langley uurimiskeskus on välja töötanud klassi C557 -ga kolmekomponentse alumiiniumist skandiumisulami, mis on valmis rakendama mudelimissioonidel. Selle sulami staatiline tugevus, pragude levik ja luumurdude tugevus madalal temperatuuril (-200 ℃), toatemperatuuril ja kõrgel temperatuuril (107 ℃) on kõik võrdsed või paremad kui 2524 sulami omaga. Ameerika Ühendriikide Northwesterni ülikool on välja töötanud ALZN MG SC Alloy 7000 seeria ülikõrge tugevuse alumiiniumsulami, mille tõmbetugevus on kuni 680MPA. Moodustub keskmise kõrge tugevusega alumiiniumist skandiumisulami ja ülikõrge tugevuse al Zn Mg SC liigese arengu muster. Al Zn Mg Cu SC sulam on ülitugev alumiiniumsulam, mille tõmbetugevus ületab 800 MPa. Praegualumiiniumist Skandiumi sulamon kokku võetud järgmiselt, nagu on näidatud tabelites 1 ja 2.
Tabel 1 | Alumiiniumist skandiumisulami nominaalne koosseis
Tabel 2 | Alumiiniumist skandiumisulami mikrostruktuur ja tõmbeomadused
Alumiiniumist skandiumisulami rakendusväljavaated
Koormus kandvatele konstruktsioonikomponentidele, sealhulgas vene MIG-21 ja Mig-29 hävituslennukitele on rakendatud kõrge tugevuse al Zn Mg Cu SC ja Al Culi SC sulamid. Venemaa kosmoselaeva armatuurlaud “Mars-1” on valmistatud 1570 alumiiniumist skandiumisulamist, kogukaalu vähendamine 20%. MARS-96 kosmoselaeva instrumendimooduli koorma kandvad komponendid on valmistatud 1970. aasta alumiiniumsulamist, mis sisaldab skandiumi, vähendades instrumendimooduli kaalu 10%. Programmis „Clean Sky” ja ELi projekti “2050 lennutee” viis Airbus A321 lennukitele integreeritud kaubahoakude disaini, uurimis- ja arendustegevuse ja paigalduskatse lende, mis põhineb AA5028-H116 alumiiniumsulamist 5024 alumiiniumist skandiumi sulamist. AA5028 esindatud alumiiniumist skandiumisulamid näitasid suurepärast töötlemis- ja keevituste jõudlust. Kasutades täiustatud keevitustehnikaid nagu hõõrde segamine ja laserkeevitus, et saavutada alumiiniumsulamist sisaldavate skandiumi usaldusväärne ühendus. Lennukite tugevdatud õhukeste plaatide struktuuride järkjärgulise keevitamise asemel ei säilitata mitte ainult lennukite materjalide ja konstruktsiooni terviklikkuse konsistentsi, saavutades tõhusa ja odava tootmise, vaid sellel on ka kehakaalu vähendamise ja tihendamise mõju. Hiina lennunduse Aerospace Spetsiaalsete materjalide uurimisinstituudi alumiiniumist skandium 5b70 sulami rakendusuuringud on purunenud muutuva seina paksuse komponentide tugeva keerutamise tehnoloogiate, korrosioonikindluse kontrolli ja tugevuse sobitamise ning keevituspinge kontrollimise kaudu. See on valmistanud alumiiniumist skandiumisulamist adaptiivse keevitusjuhtme ja sulami paksude taldrikute hõõrdekoefitsiendi liigesetugevuse koefitsient võib ulatuda 0,92 -ni. Hiina kosmosetehnoloogiaakadeemia, Kesk -Lõuna ülikool ja teised on teinud ulatuslikke mehaanilisi jõudluskatseid ja protsessikatseid 5B70 materjali kohta, täiendanud ja iteerinud 5A06 konstruktsioonimaterjali valimise skeemi ning on hakanud rakendama kosmosejaama ja tagasitulekuga kabinettide üldise tugevdatud seinapaneelide põhikonstruktsiooni 5B70 alumiiniumi sulamist. Plaadi struktuuri üldine seinapaneel on survestatud salongi konstrueeritud naha ja tugevdavate ribide kombinatsiooniga, saavutades suurema konstruktsiooni integreerimise ja kaalu optimeerimise. Parandades üldist jäikust ja tugevust, vähendab see ühenduskomponentide arvu ja keerukust, vähendades sellega veelgi kaalu, säilitades samal ajal suure jõudluse. 5b70 materjalide inseneri rakendamise edendamisega suureneb 5B70 materjali kasutamine järk -järgult ja ületab minimaalse pakkumise läve, mis aitab tagada tooraine pideva tootmise ja stabiilse kvaliteedi ning vähendab märkimisväärselt tooraineid. Nagu varem mainitud, on Skandiumi mikrorallooy abil parandatud paljusid alumiiniumsulamite omadusi, piiravad skandiumi kõrge hinna ja nappuse alumiiniumist skandiumi sulamite rakendusvahemikku. Võrreldes alumiiniumsulami materjalidega nagu Al Cu, AL Zn, Al Znmg, on alumiiniumsulamist sisaldavatel Skandiumil head põhjalikud mehaanilised omadused, korrosioonikindlus ja suurepärased töötlemisomadused, mis muudavad nende laialdased rakenduse väljavaated peamiste konstruktsioonikomponentide tootmisel tööstuslikes valdkondades, näiteks Aerospace. Skandiumi mikroralloying-tehnoloogia uurimistöö ning tarneahela ja tööstusahela sobitamise parandamise pideva süvenemisega paranevad järk-järgult hinna- ja kulufaktorid, mis piiravad Skandiumi alumiiniumsulamite ulatuslikku tööstuslikku rakendust. Alumiiniumist skandiumisulamite headel põhjalikud mehaanilised omadused, korrosioonikindlus ja suurepärased töötlemisomadused muudavad need selged konstruktsioonide vähendamise eelised ja laialdase rakenduse potentsiaal lennuseadmete tootmise valdkonnas.
Postiaeg: 29.-29. Oktoober2024