Kot lahka zlitina, ki je ključnega pomena za letalsko prevozno opremo, so makroskopske mehanske lastnosti aluminijeve zlitine tesno povezane z njegovo mikrostrukturo. S spreminjanjem glavnih zlitinskih elementov v strukturi aluminijeve zlitine je mogoče spremeniti mikrostrukturo aluminijeve zlitine, makroskopske mehanske lastnosti in druge lastnosti (na primer korozijsko odpornost in učinkovitost varjenja) materiala pa je mogoče bistveno izboljšati. Do zdaj je mikroleženje postalo najbolj obetavna strategija tehnološkega razvoja za optimizacijo mikrostrukture aluminijevih zlitin in izboljšanje celovitih lastnosti materialov aluminijevih zlitin.Skandij(SC) je najučinkovitejši ojačevalec mikrolejnih elementov, znan po aluminijastih zlitinah. Topnost skandija v aluminijevi matrici je manjša od 0,35 mas. Scandium ima več fizičnih učinkov v aluminijevih zlitinah, vključno s krepitvijo trdne raztopine, krepitvijo delcev in inhibicijo rekristalizacije. Ta članek bo predstavil zgodovinski razvoj, najnovejši napredek in potencialne aplikacije Scandium, ki vsebujejo aluminijeve zlitine na področju proizvodnje letalske opreme.
Raziskave in razvoj aluminijeve skandijeve zlitine
Dodatek skandija kot legiranega elementa aluminijevim zlitinam je mogoče zaslediti do šestdesetih let prejšnjega stoletja. Takrat je bila večina dela opravljena v sistemih Binary Al SC in Ternary Almg SC. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je Baykov inštitut za metalurgijo in materiale sovjetske akademije znanosti in raziskave All Russis Institute of Light Alloy izvedel sistematično študijo oblike in mehanizma skandija v aluminijevih zlitinah. Po skoraj štiridesetih letih truda je bilo v treh glavnih serijah razviti 14 razredov aluminijevih skandijevih zlitin (Al MG SC, Al Li SC, Al Zn MG SC). Topnost skandijevih atomov v aluminiju je nizka, z uporabo ustreznih postopkov obdelave toplote pa lahko oborimo oborine nano z visoko gostoto AL3SC. Ta faza padavin je skoraj sferična, z majhnimi delci in razpršeno porazdelitev in ima dober koherenten odnos z aluminijasto matrico, ki lahko močno izboljša moč sobne temperature aluminijevih zlitin. Poleg tega imajo AL3SC nano oborini dobro toplotno stabilnost in grobo odpornost pri visokih temperaturah (znotraj 400 ℃), kar je izjemno koristno za močno toplotno odpornost zlitine. V ruskih izdelanih aluminijevih skandijevih zlitinah je 1570 zlitine pritegnilo veliko pozornosti zaradi svoje najvišje moči in najširše uporabe. Ta zlitina ima odlične zmogljivosti v območju delovne temperature od -196 ℃ do 70 ℃ in ima naravno superplastičnost, ki lahko nadomesti rusko izdelano aluminijevo zlitino LF6 (aluminijeva magnezijeva zlitina, sestavljena predvsem iz aluminijevega, magnezijevega, bakra, mangana in silikona) za obremenitvene konstrukcije v tekočem oksi. Poleg tega je Rusija razvila tudi aluminijeve cinkove magnezijeve zlitine, zastopane do leta 1970, z materialno močjo več kot 500MPA.
Status industrializacijeAluminijasta skandijska zlitina
Leta 2015 je Evropska unija izdala "evropski metalurški načrt: možnosti za proizvajalce in končne uporabnike", ki predlagajo preučevanje varljivosti aluminijaMagnezijeve zlitine. Septembra 2020 je Evropska unija objavila seznam 29 ključnih mineralnih virov, vključno s skandijem. Aluminijasta magnezijeva skandijska zlitina 5024H116, ki jo je v Nemčiji razvil ale aluminij, ima srednje do visoke trdnosti in visoko toleranco, zaradi česar je zelo obetaven material za kožo. Uporablja se lahko za zamenjavo tradicionalnih aluminijevih zlitin serije 2xxx in je vključen v Airbusovo knjigo AIMS03-01-055. 5028 je izboljšana ocena 5024, primerna za lasersko varjenje in varjenje trenja. Lahko doseže proces oblikovanja lezenja hiperboličnih integralnih stenskih plošč, ki je odporen proti koroziji in ne potrebuje aluminijaste prevleke. V primerjavi s 2524 zlitin lahko celotna struktura stenske plošče trupa doseže 5 -odstotno zmanjšanje konstrukcijske teže. Aluminijasta skandijska zlitina AA5024-H116, ki jo je izdelalo Aili Aluminium Company, je bil uporabljen za izdelavo strukturnih komponent letala in vesoljskih plovil. Tipična debelina zlitine AA5024-H116 je 1,6 mm do 8,0 mm, zaradi njegove nizke gostote, zmernih mehanskih lastnosti, visoke korozijske odpornosti in stroge dimenzijske odklone pa lahko nadomesti 2524 alozije kot kožni material za trup. Trenutno je zlitinski list AA5024-H116 potrdil Airbus AIMS03-04-055. Decembra 2018 je Kitajsko ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo objavilo "vodilni katalog za prvo serijo demonstracij sekundarnih aplikacij ključnih novih materialov (izdaja 2018)", ki je v razvojni katalog nove materialne industrije vključeval "visoko-čistost skandijev oksid". Leta 2019 je Kitajsko ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo objavilo "vodilni katalog za prvo serijo demonstracijskih aplikacij ključnih novih materialov (2019 Edition)", ki je vključeval "SC, ki vsebujejo aluminijeve zlitine in varilne žice Al SI SC" v razvojnem katalogu nove industrije materialov. Kitajska aluminijasta skupina Northeast Light Alloy je razvila zlitino Al MG SC ZR 5B70, ki vsebuje skandij in cirkonij. V primerjavi s tradicionalno zlitino serije Al Mg 5083 brez skandija in cirkonija sta se njen donos in natezna trdnost povečala za več kot 30%. Poleg tega lahko Al Mg SC Zr zlitina ohrani primerljivo korozijsko odpornost na zlitino 5083. Trenutno so glavna domača podjetja z industrijskim razredomAluminijasta skandijska zlitinaProizvodna zmogljivost sta severovzhodni lahki zlitini in jugozahodni aluminijasti industriji. Velika velikost aluminijeve skandijeve zlitine 5B70, ki jo je razvil Northeast Light Alloy Co., Ltd. lahko oskrbuje velike aluminijeve zlitine z največjo debelino 70 mm in največjo širino 3500 mm; Tanke pločevine in izdelke profila lahko prilagodite za proizvodnjo, z debelino od 2 mm do 6 mm in največjo širino 1500 mm. Jugozahodni aluminij je neodvisno razvil material 5K40 in dosegel pomemben napredek pri razvoju tankih plošč. Al Zn MG zlitina je časovno otrditev zlitine z visoko močjo, dobro zmogljivostjo predelave in odličnimi zmogljivostmi varjenja. Je nepogrešljiv in pomemben konstrukcijski material v trenutnih prometnih vozilih, kot so letala. Na podlagi srednje trdnosti privarjenega alzn Mg lahko dodajanje elementov skandijevega in cirkonijevega zlitin v mikrostrukturi tvorijo majhne in razpršene nanodelce AL3 (SC, ZR), kar bistveno izboljša mehanske lastnosti in stresno odpornost proti zlitini. Raziskovalni center Langleyja NASA je z oceno C557, ki je pripravljena za uporabo v modelnih misijah, razvil trojsko aluminijevo skandijsko zlitino. Statična trdnost, širjenje razpok in žilavost zloma te zlitine pri nizki temperaturi (-200 ℃), sobna temperatura in visoka temperatura (107 ℃) so enaki ali boljši od tistih iz 2524 zlitine. Univerza Northwestern v ZDA je razvila aluminijasto zlitino Alzn MG SC Alloy 7000 Series Ultra Highing Strengy, z natezno trdnostjo do 680MPA. Oblikovan je bil vzorec razvoja sklepov med srednje visoko trdno aluminijevo skandijevo zlitino in ultra visokimi trdnostmi al Zn Mg SC. Al Zn Mg Cu SC ALLOY je aluminijasta zlitina z visoko trdnostjo z natezno trdnostjo, ki presega 800 MPa. Trenutno so nominalna sestava in osnovni parametri uspešnosti glavnih razredovAluminijasta skandijska zlitinaso povzeti na naslednji način, kot je prikazano v tabelah 1 in 2.
Tabela 1 | Nominalna sestava aluminijeve skandijeve zlitine
Tabela 2 | Mikrostruktura in natezne lastnosti aluminijeve skandijeve zlitine
Pripombe k aluminijevi skandijevi zlitini
Visoka trdnost Al Zn Mg Cu SC in Al Culi SC so bili uporabljeni za strukturne komponente, ki nosijo obremenitev, vključno z ruskimi lovskimi letali MIG-21 in MIG-29. Nadzorna plošča ruskega vesoljskega plovila "Mars-1" je izdelana iz 1570 aluminijeve skandijeve zlitine, skupno zmanjšanje teže pa 20%. Komponente instrumentnega modula vesoljskega plovila Mars-96 so narejene iz aluminijeve zlitine, ki vsebuje skandij iz leta 1970, kar zmanjšuje težo instrumentnega modula za 10%. V programu "Clean Sky" in projektu "Letalska pot leta 2050" je Airbus opravil integrirano oblikovanje, raziskave in razvoj, proizvodnjo in razvoj vrat za tovorna vrata za letala A321 na podlagi aluminijeve zlitine AA5028-H116 AA5028-H116 z zlitino AA5028-H116. Aluminijeve skandijeve zlitine, ki jih predstavlja AA5028, so pokazale odlično zmogljivost obdelave in varjenja. Uporaba naprednih tehnik varjenja, kot so trenje, kot so varjenje in lasersko varjenje, za dosego zanesljive povezave materialov za aluminijeve zlitine. Postopno izvajanje "varjenja namesto kovičenja" v zrakoplovih, ojačenih s tankimi ploščami, ne samo da ohranja konsistenco letalskih materialov in strukturne celovitosti, kar dosega učinkovito in poceni proizvodnjo, ampak ima tudi zmanjšanje teže in tesnjenje. Aplikacijska raziskava aluminijastega Scandium 5B70 zlitine China Aerospace Special Materials Research Institute se je prebil skozi tehnologije močnega vrtenja komponent z debelino spremenljive stene, nadzor odpornosti proti koroziji in ujemanja moči ter nadzorovanja preostalega stresa varjenja. Pripravila je aluminijevo skandijsko zlitino prilagodljivo varilno žico, koeficient trdnosti sklepov pa trenje za varjenje debelih plošč v zlitini lahko doseže 0,92. Kitajska akademija vesoljske tehnologije, Central South University in drugi so izvedli obsežne mehanske preizkušnje in procesne eksperimente na materialu 5B70, nadgradili in ponavljali shemo za izbiro strukturnega materiala za 5A06, in začeli nanašati aluminijevo zlitino 5B70 v glavno strukturo celotne kabine, ki je bila pripravljena vodna kabina. Skupna stenska plošča kabine pod tlakom plošče je zasnovana s kombinacijo kožnih in armaturnih reber, ki dosega večjo strukturno integracijo in optimizacijo teže. Medtem ko izboljšuje skupno togost in trdnost, zmanjšuje število in zapletenost povezovanja komponent, s čimer se še dodatno zmanjšuje težo, hkrati pa ohranja visoko zmogljivost. S promocijo uporabe materialnega inženiringa 5B70 se bo uporaba materiala 5B70 postopoma povečala in presegla minimalni prag oskrbe, kar bo pomagalo zagotoviti neprekinjeno proizvodnjo in stabilno kakovost surovin ter znatno znižanje cen surovin. Kot smo že omenili, čeprav so bile številne lastnosti aluminijevih zlitin izboljšane s skandijevim mikroleženjem, visoka cena in pomanjkanje skandija omejujeta obseg uporabe aluminijevih skandijevih zlitin. V primerjavi z materiali aluminijeve zlitine, kot so Al Cu, Al Zn, Al Znmg, Scandium, ki vsebujejo aluminijeve zlitine, imajo dobre izčrpne mehanske lastnosti, korozijsko odpornost in odlične značilnosti obdelave, zaradi česar imajo široke možnosti uporabe pri proizvodnji glavnih strukturnih komponent na industrijskih poljih, kot je aerosca. Z nenehnim poglabljanjem raziskav o tehnologiji mikrolesiranja skandijeve in izboljšanju ujemanja dobavne verige in industrijskih verig se bodo cenovni in stroški, ki omejujejo obsežno industrijsko uporabo aluminijevih zlitin Scandium, postopoma izboljševali. Dobre celovite mehanske lastnosti, korozijska odpornost in odlične lastnosti obdelave aluminijevih skandijevih zlitin imajo jasne konstrukcijske prednosti zmanjševanja teže in širok potencial uporabe na področju proizvodnje letalske opreme.
Čas objave: oktober-29-2024