Jako lehká slitina, která je zásadní pro zařízení pro přepravu letectví, jsou makroskopické mechanické vlastnosti slitiny hliníku úzce spojeny s jeho mikrostrukturou. Změnou hlavních letinových prvků ve struktuře slitiny hliníku lze mikrostruktura slitiny hliníku změnit a lze výrazně zlepšit makroskopické mechanické vlastnosti a další vlastnosti (jako je odolnost proti korozi a svařovací výkon) materiálu. Až dosud se mikroapolování stala nejslibnější strategií technologického vývoje pro optimalizaci mikrostruktury slitin hliníku a zlepšení komplexních vlastností materiálů z hliníkové slitiny.Skandium(SC) je nejúčinnějším mikroapounkovým zesilovačem prvků známý pro slitiny hliníku. Rozpustnost skandium v hliníkové matrici je menší než 0,35%hmotn.%, Což přidává stopová množství skandiálního prvku do slitin hliníku může účinně zlepšit jejich mikrostrukturu, komplexně zvyšovat jejich sílu, tvrdost, plasticitu, tepelnou stabilitu a odolnost proti korozi. Skandium má více fyzikálních účinků v slitinách hliníku, včetně posilování pevného roztoku, posilování částic a inhibice rekrystalizace. Tento článek představí historický vývoj, nejnovější pokrok a potenciální aplikace skandium obsahujících hliníkové slitiny v oblasti výroby leteckých zařízení.
Výzkum a vývoj slitiny skandiálního hliníku
Přidání skandium jako legovacího prvku do slitin hliníku lze vysledovat až do šedesátých let. V té době byla většina práce prováděna v binárních AL SC a Ternárních systémech Almg SC. V 70. letech 20. století provedl Baykovský institut pro metalurgii a materiálové vědy o sovětské akademii věd a All Russian Institute of Light Alloy Research systematické studium o formě a mechanismu skandium v slitinách hliníku. Po téměř čtyřiceti letech úsilí bylo ve třech hlavních sériích vyvinuto 14 stupňů slitin hliníku (Al Mg SC, Al Li SC, Al Zn Mg SC). Rozpustnost skandiálních atomů v hliníku je nízká a pomocí vhodných procesů tepelného zpracování může být vysrážena nano sraženiny AL3SC s vysokou hustotou. Tato fáze srážení je téměř sférická, s malými částicemi a dispergovaným rozdělením a má dobrý koherentní vztah s hliníkovou matricí, což může výrazně zlepšit pevnost v pokojové teplotě hliníkových slitin. Kromě toho mají nano sraženiny AL3SC dobrou tepelnou stabilitu a hrubé rezistenci při vysokých teplotách (v rámci 400 ℃), což je pro silnou tepelnou odolnost slitiny extrémně prospěšné. V ruštině vyráběných slitin skandiálního hliníku přitahovala 1570 slitina velkou pozornost díky své nejvyšší síle a nejširší aplikaci. Tato slitina vykazuje vynikající výkon v rozmezí pracovní teploty od -196 ℃ až 70 ℃ a má přirozenou superplasticitu, která může nahradit ruskou slitinu z hliníku LF6 (hliníková slitina hořčíku hlavně složená z hliníku, magnezia, mědi, manganu a křemíku) pro zatížení v kapalině v kapalném vylepšeném výkonu. Kromě toho Rusko také vyvinulo slitiny skandiálního zinku zinku zinku, představované 1970, s materiální silou více než 500 MPA.
Stav industrializaceHliníková slitina skandium
V roce 2015 vydala Evropská unie „Evropská metalurgická plán: vyhlídky na výrobce a koncové uživatele“, která navrhla studovat svařovatelnost hliníkuSlitiny hořčíku skandium. V září 2020 vydala Evropská unie seznam 29 klíčových minerálních zdrojů, včetně Scandium. Slitina hliníkového hořčíku 5024H116 vyvinutá Ale Aluminium v Německu má střední až vysokou pevnost a vysokou toleranci poškození, což z něj činí velmi slibný materiál pro trupovou pokožku. Lze jej použít k nahrazení tradičních slitin sérií 2xxx série a byl zahrnut do knihy Airbus 'AIMS03-01-055. 5028 je vylepšený stupeň 5024, vhodný pro svařování laserového svařování a svařování tření. Může dosáhnout procesu formování dotvarování hyperbolických integrálních nástěnných panelů, které jsou odolné vůči korozi a nevyžadují hliníkový povlak. Ve srovnání se slitinou 2524 může celková struktura panelu trupu na stěně dosáhnout 5% redukce strukturální hmotnosti. K výrobě trupu a kosmických konstrukcí a kosmické lodi se používá hliníkový skandiční slitinový list AA5024-H116. Typická tloušťka listu slitiny AA5024-H116 je 1,6 mm až 8,0 mm a díky nízké hustotě, mírné mechanické vlastnosti, vysokou odolnost proti korozi a přísnou rozměrovou odchylku může nahradit slitinu 2524 jako trupový materiál. V současné době byl list slitiny AA5024-H116 certifikován společností Airbus AIMS03-04-055. V prosinci 2018 vydalo ministerstvo průmyslu a informačních technologií Číny „hlavní katalog pro první dávku demonstrací sekundárních aplikací klíčových materiálů (vydání 2018)“, který zahrnoval „oxid skandiálního oxidu“ v rozvojovém katalogu nového materiálového průmyslu. V roce 2019 ministerstvo průmyslu a informačních technologií v Číně vydalo „vodící katalog pro první dávku demonstračních aplikací klíčových materiálů (vydání 2019)“, který zahrnoval „SC obsahující materiály pro zpracování slitiny hliníku a svařovací dráty Al Si SC“ v vývojovém katalogu nového materiálového průmyslu. Čínská hliníková skupina na severovýchodní světlo vyvinula slitinu Al Mg SC ZR Series 5B70 obsahující skandium a zirkonium. Ve srovnání s tradiční slitinou AL MG série 5083 bez skandium a zirkonia se její výnos a pevnost v tahu zvýšila o více než 30%. Kromě toho může slitina Al Mg SC ZR udržovat srovnatelnou odolnost proti korozi vůči slitině 5083. V současné době hlavní domácí podniky s průmyslovou třídouHliníková slitina skandiumProdukční kapacita jsou společností na severovýchodě a jihozápadní hliníkový průmysl. Rozsáhlý list z hliníkového skandiálního slitiny 5B70 s 5B70 vyvinutými společností Northeast Light Alloy Co., Ltd. může dodávat velké destičky tlusté slitiny hliníku s maximální tloušťkou 70 mm a maximální šířkou 3500 mm; Produkty a produkty profilu a profilové produkty lze přizpůsobit pro výrobu s rozsahem tloušťky 2 mm až 6 mm a maximální šířkou 1500 mm. Jihozápadní hliník nezávisle vyvinul materiál 5K40 a dosáhl významného pokroku ve vývoji tenkých destiček. Al zn Mg slitina je časová kalení slitiny s vysokou pevností, dobrým výkonem zpracování a vynikajícím svařovacím výkonem. Je to nepostradatelný a důležitý strukturální materiál v současných dopravních vozidlech, jako jsou letadla. Na základě středně pevného svařovatelného Alzn Mg může přidání skandiálních a zirkoniových slitinových prvků tvořit malé a rozptýlené nanočástice AL3 (SC, ZR) v mikrostruktuře, což významně zlepšuje mechanické vlastnosti a odolnost proti korozi napětí. Langley Research Center v NASA vyvinulo ternární hliníkovou skandiální slitinu se stupněm C557, která je připravena k aplikaci v modelových misích. Statická síla, šíření trhlin a houževnatost zlomeniny této slitiny při nízké teplotě (-200 ℃), teplota místnosti a vysoká teplota (107 ℃) se rovnají nebo jsou lepší než u slitiny 2524. Northwestern University ve Spojených státech vyvinula ALZN MG SC slitinu 7000 Series Ultra-High Pevnost hliníkovou hliníku, s pevností v tahu až 680 MPA. Byl vytvořen vzorec vývoje kloubů mezi středně vysokou pevnou hliníkovou slitinou a ultra vysokou pevností Al Zn Mg SC. Slitina Al Zn Mg Cu SC je vysoce pevná hliníková slitina s pevností v tahu přesahující 800 MPa. V současné době nominální složení a základní výkonnostní parametry hlavních stupňů hlavních stupňůHliníková slitina skandiumjsou shrnuty následovně, jak je uvedeno v tabulkách 1 a 2.
Tabulka 1 | Nominální složení slitiny hliníku skandium
Tabulka 2 | Mikrostruktura a tahové vlastnosti slitiny hliníku
Vyhlídky na aplikaci z hliníkové slitiny skandium
Na strukturální složky nesoucí zátěž, včetně ruských bojových trysek MIG-21 a MIG-29, byly aplikovány slitiny s vysokou pevností al zn mg Cu SC a Al Culi SC. The dashboard of the Russian spacecraft “Mars-1″ is made of 1570 aluminum scandium alloy, with a total weight reduction of 20%. The load-bearing components of the instrument module of the Mars-96 spacecraft are made of 1970 aluminum alloy containing scandium, reducing the weight of the instrument module by 10%. In the “Clean Sky” program and the EU's “2050 Flight Route” Projekt, airbus, provedl integrovaný design nákladů, výzkum a vývoj, výroba a instalační testovací lety pro letadlo A321 na základě nástupce AA5028-H116 Hliníkové skandové slitiny 5024 Scandium Scandium Aa5028. Laserové svařování k dosažení spolehlivého spojení skandium obsahujících hliníkovou slitinu. Aplikační výzkum slitiny hliníku SCANDIUM 5B70 od China Aerospace Special Materials Research Institute pronikl technologiemi silného točení komponent tloušťky variabilní stěny, kontroly odolnosti proti korozi a porovnáváním pevnosti a kontroly zbytkového stresu svařování. Připravil adaptivní svařovací drát z hliníku skandiální slitiny a koeficient pevnosti kloubu s míchaným svařováním pro silné destičky ve slitině může dosáhnout 0,92. Čínská akademie vesmírné technologie, střední jižní univerzita a další provedly rozsáhlé testování mechanického výkonu a experimenty s procesními experimenty na materiálu 5b70, upgradovaly a iterovaly schéma výběru strukturálních materiálů pro 5A06 a začaly aplikovat 5B70 hliníkovou slitinu na hlavní strukturu na zpevněné nástěnné panely kosmické stanice a zpáteční kabinu. Celkový panel nástěnné nástěnné nástěnné kabiny je navržen s kombinací žeber kůže a vyztužení a dosahuje vyšší strukturální integrace a optimalizaci hmotnosti. Při zlepšování celkové tuhosti a síly snižuje počet a složitost spojovacích komponent, čímž se dále snižuje hmotnost při zachování vysokého výkonu. S podporou aplikace 5B70 materiálového inženýrství se využití materiálu 5B70 postupně zvyšuje a překročí minimální práh dodávek, což pomůže zajistit nepřetržitou výrobu a stabilní kvalitu surovin a výrazně snížit ceny surovin. Jak již bylo zmíněno dříve, ačkoli mnoho vlastností slitin hliníku bylo zlepšeno skrz skandiální mikroapounství, vysoká cena a nedostatek skandium omezují rozsah aplikací slitin skandiálních hliníku. Ve srovnání s materiály z slitiny hliníku, jako jsou Al Cu, Al Zn, Al Znmg, skandium obsahující hliníkové slitinové materiály, mají dobré komplexní mechanické vlastnosti, odolnost proti korozi a vynikající charakteristiky zpracování, díky nimž mají široké aplikace při výrobě hlavních strukturálních komponent v průmyslových oblastech, jako je letectví. S neustálým prohlubováním výzkumu skandiálních mikroapolovacích technologií a zlepšením porovnávání dodavatelského řetězce a průmyslového řetězce se postupně zlepšují cena a nákladové faktory, které omezují rozsáhlé průmyslové použití slitin skandiálních hliníků. Dobré komplexní mechanické vlastnosti, odolnost proti korozi a vynikající charakteristiky zpracování z hliníkových skandiálních slitin je činí jasné výhody snižování strukturální hmotnosti a široký potenciál aplikace v oblasti výroby leteckých zařízení.
Čas příspěvku: říjen-29-2024