Kao lagana legura koja je presudna za opremu za prijevoz zrakoplovstva, makroskopska mehanička svojstva aluminijske legure usko su povezana s njegovom mikrostrukturom. Promjenom glavnih legirajućih elemenata u strukturi aluminijske legure, mikrostruktura aluminijske legure može se izmijeniti, a makroskopska mehanička svojstva i druga svojstva (poput otpornosti na koroziju i performansi zavarivanja) mogu se značajno poboljšati. Do sada je mikro -prelivanje postalo najperspektivnija strategija tehnološkog razvoja za optimizaciju mikrostrukture aluminijskih legura i poboljšanje sveobuhvatnih svojstava materijala aluminijskih legura.Skandijum(SC) je najučinkovitiji pojačivač elemenata za mikroliziranje poznat po aluminijskim legurama. Topljivost skandijuma u aluminijskoj matrici manja je od 0,35 tež. Scandium ima više fizičkih učinaka u aluminijske legure, uključujući jačanje čvrste otopine, jačanje čestica i inhibiciju rekristalizacije. Ovaj će članak uvesti povijesni razvoj, najnoviji napredak i potencijalne primjene skandijuma koje sadrže aluminijske legure u području proizvodnje zrakoplovne opreme.
Istraživanje i razvoj legure aluminijskog skandijuma
Dodavanje skandijuma kao legiranog elementa aluminijskim legurama može se pratiti do 1960 -ih. U to je vrijeme većina posla obavljena u binarnim Al SC i Ternary ALMG SC legurama. U 1970 -ima, Baykov institut za metalurgiju i znanost o znanosti o sovjetskoj akademiji znanosti i All Russian Institute of Light Alley istraživanja proveli su sustavno istraživanje o obliku i mehanizmu skandijuma u aluminijskim legurama. Nakon gotovo četrdeset godina napora, u tri glavne serije razvijeno je 14 razreda aluminijskih legura skandijuma (Al MG SC, Al Li SC, Al Zn MG SC). Topljivost atoma skandijuma u aluminiji je niska, a primjenom odgovarajućih procesa topline, može se istaknuti AL3ST nano talozi visoke gustoće. Ova faza oborina gotovo je sferična, s malim česticama i raspršenom raspodjelom i ima dobar koherentan odnos s aluminijskom matricom, što može uvelike poboljšati čvrstoću sobne temperature aluminijskih legura. Pored toga, AL3SC Nano talozi imaju dobru toplinsku stabilnost i grubi otpor na visokim temperaturama (unutar 400 ℃), što je izuzetno korisno za snažni toplinski otpor legure. U ruskim izrađenim aluminijskim legurama skandijuma, 1570 legura privuklo je veliku pažnju zbog svoje najveće snage i najšire primjene. Ova legura pokazuje izvrsne performanse u rasponu radne temperature od -196 ℃ do 70 ℃ i ima prirodnu superplastičnost, koja može zamijeniti rusku aluminijsku leguru LF6 (aluminijska magnezijska legura koja se uglavnom sastoji od aluminija, magnezija, bakara, mangana i vijanog sredstva za zavarivanje za zavarivanje. Osim toga, Rusija je također razvila aluminijske legure magnezija s cinkom, predstavljene do 1970. godine, s materijalnom čvrstoćom od preko 500MPA.
Status industrijalizacijeLegura aluminijskog skandijuma
Europska unija je 2015. godine objavila "europski metalurški plan puta: izglede za proizvođače i krajnje korisnike", predlažući proučavanje zavarivosti aluminijlegure magnezija skandijuma. U rujnu 2020. Europska unija objavila je popis od 29 ključnih mineralnih resursa, uključujući Scandium. Aluminijska magnezijeva legura od aluminijskog magnezija 5024H116 koju je razvio Ale Aluminium u Njemačkoj ima srednju do visoku toleranciju na snagu i veliku toleranciju na oštećenja, što ga čini vrlo obećavajućim materijalom za kožu trupa. Može se koristiti za zamjenu tradicionalnih aluminijskih legura 2xxx serije i uključen je u Airbusovu knjigu AIMS03-01-055 materijala. 5028 je poboljšana ocjena 5024, pogodna za lasersko zavarivanje i zavarivanje trenja. Može postići proces formiranja puzanja hiperbolijskog integralnih zidnih panela, koji je otporan na koroziju i ne zahtijeva aluminijsko premaz. U usporedbi s 2524 legura, ukupna struktura zidne ploče trupa može postići 5% strukturne smanjenje težine. List legura aluminijskog skandijuma AA5024-H116, proizveden od strane AILI aluminijske tvrtke, korišten je za proizvodnju trupa zrakoplova i strukturnih komponenti svemirskih letjelica. Tipična debljina lima legure AA5024-H116 je 1,6 mm do 8,0 mm, a zbog njegove male gustoće, umjerena mehanička svojstva, visoke otpornosti na koroziju i strogo dimenzionalno odstupanje, može zamijeniti 2524 legure kao materijal kože trupa. Trenutno je list legura AA5024-H116 certificiran Airbus AIMS03-04-055. U prosincu 2018. godine, Ministarstvo industrije i informatičke tehnologije Kine objavilo je "Vodeći katalog za prvu seriju demonstracija sekundarne primjene ključnih materijala (2018. izdanje)", koji je uključivao "Scandium oksid visoke čistoće" u razvojni katalog nove industrije materijala. U 2019. godini Ministarstvo industrije i informatičke tehnologije Kine objavilo je „Vodeći katalog za prvu seriju demonstracijskih primjena ključnih novih materijala (2019. izdanje)“, koji je uključivao „SC koji sadrži materijale za obradu aluminijskih legura i žice zavarivanja za zavarivanje“ u razvojnom katalogu nove materijale. Kineska aluminijska skupina Northeast Light Legura razvila je leguru Al MG SC ZR serije 5B70 koja sadrži skandij i cirkonij. U usporedbi s tradicionalnom legurom AL MG serije 5083 bez skandijuma i cirkonija, njegov prinos i vlačna čvrstoća povećali su se za više od 30%. Nadalje, legura Al Mg SC Zr može održavati usporedivu otpornost na koroziju na leguru 5083. Trenutno su glavna domaća poduzeća s industrijskim razredomlegura aluminijskog skandijumaProizvodni kapacitet su sjeveroistočna lagana legura i industrija jugozapadne aluminijske industrije. List legura od aluminijskog skandijuma velike veličine 5B70, razvijen od strane Northeast Light Alloy Co., Ltd., može opskrbiti velike aluminijske legure debele ploče s maksimalnom debljinom od 70 mm i maksimalnom širinom od 3500 mm; Proizvodi tankih lima i proizvodi profila mogu se prilagoditi za proizvodnju, s rasponom debljine od 2 mm do 6 mm i maksimalnom širinom od 1500 mm. Jugozapadni aluminij neovisno je razvio materijal od 5K40 i postigao značajan napredak u razvoju tankih ploča. Al Zn Mg legura je legura za otvrdnica s visokom snagom, dobrim performansama obrade i izvrsnim performansama zavarivanja. To je neophodan i važan strukturni materijal u trenutnim transportnim vozilima kao što su zrakoplovi. Na temelju srednje čvrstoće za zavarivanje ALZN Mg, dodavanje elemenata skandijuma i cirkonijevih legura može formirati male i raspršene nanočestice AL3 (SC, ZR) u mikrostrukturi, značajno poboljšava mehalna svojstva i otpornost na koroziju stresa legure. Langley istraživački centar NASA -e razvio je ternarnu aluminijsku leguru s skandijuma s razredom C557, koji je spreman primijeniti u misijama modela. Statička čvrstoća, širenje pukotina i žilavost frakture ove legure na niskoj temperaturi (-200 ℃), sobna temperatura i visoka temperatura (107 ℃) jednaki su ili bolji od onih od 2524 legure. Sveučilište Northwestern u Sjedinjenim Državama razvilo je ultra-visoku aluminijsku aluminijsku leguru Alzn MG SC ALLOY 7000, s vlačnom čvrstoćom do 680MPa. Formiran je obrazac razvoja zglobova između aluminijskog skandijskog aluminijskog skandijuma visoke čvrstoće i ultra čvrstoće Al Zn Mg SC. Al Zn Mg Cu SC legura je aluminijska legura visoke čvrstoće s vlačnom čvrstoćom veće od 800 MPa. Trenutno su nominalni sastav i osnovni parametri izvedbe glavnih razredalegura aluminijskog skandijumasažeti su na sljedeći način, kao što je prikazano u tablicama 1 i 2.
Tablica 1 | Nominalni sastav legure aluminijskog skandijuma
Tablica 2 | Mikrostruktura i zatezna svojstva legure aluminijskog skandijuma
Izgledi za prijavu legure aluminijskog skandijuma
AL Zn Mg Cu SC i Al Culi SC legure primijenjene su na norljive strukturne komponente, uključujući ruske MIG-21 i MIG-29 borbene mlaznice. Nadzorna ploča ruske svemirske letjelice „Mars-1 ″ izrađena je od legure od aluminijskog skandijuma od 1570, s ukupnim smanjenjem težine od 20%. Komponente s opterećenjem instrumentnog modula svemirske letjelice Mars-96 izrađene su od aluminijske legure iz 1970. godine koji sadrže skandij, smanjujući težinu modula instrumenta za 10%. U programu "čisto nebo" i projektu EU "Let-2050 ruta", Airbus je proveo integrirani dizajn vrata, istraživanja i razvoja i instalacije testnih letova za zrakoplove A321 na temelju legure aluminijskog skandijuma AA5028-H116 aluminij aluminij aluminij aluminij. Aluminijske legure skandijuma predstavljene AA5028 pokazale su izvrsne performanse obrade i zavarivanja. Korištenje naprednih tehnika zavarivanja poput zavarivanja trenja i laserskog zavarivanja za postizanje pouzdane povezanosti s skandijuma koji sadrže aluminijske legure materijala. Postepena implementacija „zavarivanja umjesto zakovaka“ u zrakoplovima ojačala je konstrukcije tankih ploča ne samo da održava konzistentnost zrakoplovnih materijala i strukturnog integriteta, postižući učinkovitu i jeftinu proizvodnju, već ima i smanjenje težine i efekte brtvljenja. Istraživanje primjene aluminijskog Scandium 5b70 legura od strane China Aerospace Special Materials Research Institute probio se tehnologijama snažnog vrtnje komponenti varijabilne debljine stijenke, kontrole otpornosti na koroziju i podudaranja čvrstoće i kontrole zaostalog stresa zavarivanja. Pripremio je aluminijsku adaptivnu žicu za zavarivanje legure od aluminijskog skandijuma, a koeficijent čvrstoće zgloba zavarivanja trenja za zavarivanje za debele ploče u leguri može doseći 0,92. Kineska akademija svemirske tehnologije, Sveučilište Central South i drugi proveli su opsežne eksperimente za ispitivanje mehaničkih performansi i procesne eksperimente na materijalu 5B70, nadogradili i iteratirali shemu za odabir strukturnog materijala za 5A06, te su počeli primjenjivati aluminijsku leguru 5B70 na glavnu strukturu kabine u kabini i povratne kabine. Ukupna zidna ploča kabine pod pritiskom ploče dizajnirana je kombinacijom rebara kože i armatura, postižući veću strukturnu integraciju i optimizaciju težine. Dok poboljšava ukupnu krutost i snagu, smanjuje broj i složenost povezivanja komponenti, što dodatno smanjuje težinu uz održavanje visokih performansi. S promocijom primjene materijala od 5b70 materijal, upotreba materijala od 5b70 postupno će se povećavati i premašiti minimalni prag opskrbe, što će pomoći osigurati kontinuiranu proizvodnju i stabilnu kvalitetu sirovina i značajno smanjiti cijene sirovina. Kao što je ranije spomenuto, iako su mnoga svojstva aluminijskih legura poboljšana mikroskolikiranjem skandijuma, visoka cijena i oskudica skandijuma ograničavaju raspon primjene aluminijskih legura s skandijuma. U usporedbi s materijalima od aluminijskih legura kao što su Al Cu, Al Zn, Al Znmg, Scandium koji sadrži aluminijske legurne materijale imaju dobra sveobuhvatna mehanička svojstva, otpornost na koroziju i odlične karakteristike obrade, zbog čega imaju široke izglede za primjenu u proizvodnji glavnih strukturnih komponenti u industrijskim područjima kao što su zračna područja. S kontinuiranim produbljivanjem istraživanja tehnologije mikrojaka i poboljšanjem podudaranja lanca opskrbe i industrijskog lanca, čimbenici cijene i troškova koji ograničavaju industrijsku primjenu aluminijskih legura u velikoj mjeri postupno će se poboljšati. Dobra sveobuhvatna mehanička svojstva, otpornost na koroziju i izvrsne karakteristike obrade aluminijskih legura skandijuma čine ih jasnim prednostima smanjenja strukturne težine i širokoj primjeni u području proizvodnje zrakoplovne opreme.
Post Vrijeme: Oct-29-2024