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. Přístrojová deska ruské kosmické lodi „Mars-1“ je vyrobena z 1570 slitiny skandiálního hliníku, s celkovým snížením hmotnosti o 20%. Komponenty na zatížení přístrojového modulu kosmické lodi Mars-96 jsou vyrobeny ze slitiny hliníku z roku 1970 obsahující skandium, což snižuje hmotnost přístrojového modulu o 10%. V programu „Clean Sky“ a projektu EU „Letiční trasa 2050“ provedla Airbus integrovaný design nákladu, výzkum a vývoj, výrobu, výrobu a instalační testovací lety pro letadlo A321 na základě nástupce AA5028-H116 hliníkové skandium slitiny skandinum skandinium. Hliníkové slitiny skandium reprezentované AA5028 prokázaly vynikající zpracování a svařovací výkon. Využití pokročilých technik svařování, jako je svařování tření a svařování laseru k dosažení spolehlivého spojení skandium obsahujících materiály z slitiny hliníku. Postupná implementace „svařování namísto nýtování“ ve strukturách tenkých desek zesílených letadlem nejen udržuje konzistenci letadlových materiálů a strukturální integrity, dosažení efektivní a levné výroby, ale má také účinky na snižování hmotnosti a těsnění. 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