Kaip lengvas lydinys, labai svarbus aviacijos transportavimo įrangai, makroskopinės aliuminio lydinio mechaninės savybės yra glaudžiai susijusios su jo mikrostruktūra. Keičiant pagrindinius lydinio elementus aliuminio lydinio struktūroje, galima pakeisti aliuminio lydinio mikrostruktūrą, o medžiagos makroskopinės mechaninės savybės ir kitos savybės (pvz., Korozijos atsparumas ir suvirinimo savybės) gali būti žymiai pagerintos. Iki šiol mikro palengvinimas tapo perspektyviausia technologinės plėtros strategija, skirta optimizuoti aliuminio lydinių mikrostruktūrą ir pagerinti išsamias aliuminio lydinio medžiagų savybes.Skandis(SC) yra veiksmingiausias mikroelemento elementų stiprintuvas, žinomas dėl aliuminio lydinių. Skandžio tirpumas aliuminio matricoje yra mažesnis nei 0,35 masės%, todėl į aliuminio lydinius pridedant pėdsakų kiekį skandžio elementas gali efektyviai pagerinti jų mikrostruktūrą, visapusiškai padidinti jų stiprumą, kietumą, plastiškumą, šiluminį stabilumą ir atsparumą korozijai. Skandis turi daugybę fizinių poveikių aliuminio lydiniams, įskaitant kieto tirpalo stiprinimą, dalelių stiprinimą ir perkristalinimo slopinimą. Šiame straipsnyje bus pristatyta istorinė plėtra, naujausia pažanga ir galimas skandžio, kuriame yra aliuminio lydinių, naudojimą aviacijos įrangos gamybos srityje.
Aliuminio skandžio lydinio tyrimai ir plėtra
Skandiumo, kaip lydinio elemento, pridėjimą prie aliuminio lydinių galima atsekti septintajame dešimtmetyje. Tuo metu didžioji dalis darbų buvo atlikta dvejetainiuose AL SC ir trišalėse ALMG SC lydinių sistemose. Aštuntajame dešimtmetyje Sovietų mokslų akademijos Baykovo metalurgijos ir medžiagų mokslo institutas ir All Rusijos lengvųjų lydinių tyrimų institutas atliko sistemingą skandžio formos ir mechanizmo tyrimą aliuminio lydiniuose. Po beveik keturiasdešimt metų pastangų buvo sukurtos 14 pagrindinių serijų aliuminio skandžio lydinių (Al MG SC, Al Li SC, Al Zn Mg SC). Skandžio atomų tirpumas aliuminyje yra mažas, o naudojant tinkamus terminio apdorojimo procesus, galima nusodinti didelio tankio AL3SC nano nuosėdas. Ši kritulių fazė yra beveik sferinė, su mažomis dalelėmis ir išsklaidytu pasiskirstymu ir turi gerą nuoseklų ryšį su aliuminio matrica, kuri gali žymiai pagerinti aliuminio lydinių kambario temperatūros stiprumą. Be to, „AL3SC Nano“ nuosėdos turi gerą šiluminį stabilumą ir didelę atsparumą aukštoje temperatūroje (per 400 ℃), o tai yra ypač naudinga stipriam lydinio atsparumui šilumai. Rusijos gaminami aliuminio skandžio lydiniai 1570 lydinys sulaukė daug dėmesio dėl didžiausio stiprumo ir plačiausio pritaikymo. Šis lydinys pasižymi puikiu darbo temperatūros diapazonu nuo -196 ℃ iki 70 ℃ ir turi natūralų superplastiškumą, kuris gali pakeisti Rusijos pagamintą LF6 aliuminio lydinį (aliuminio magnio lydinį, daugiausia sudarantį iš aliuminio, magnio, varis, vario, ir mangano ir silicio). Be to, Rusija taip pat sukūrė aliuminio cinko magnio skandžio lydinius, atstovaujamus 1970 m., Kurios medžiagos stipris viršija 500MPa.
Industrializacijos būklėAliuminio skandžio lydinys
2015 m. Europos Sąjunga išleido „Europos metalurgijos planą: gamintojų ir galutinių vartotojų perspektyvos“, siūlydama ištirti aliuminio suvirinamumąMagnio skandžio lydiniai. 2020 m. Rugsėjo mėn. Europos Sąjunga išleido 29 pagrindinių mineralinių išteklių, įskaitant skandiją, sąrašą. 5024H116 aliuminio magnio skandžio lydinys, kurį sukūrė Ale aliuminis Vokietijoje, yra vidutinio ar didelio stiprumo ir didelės žalos tolerancija, todėl tai yra labai perspektyvi medžiaga fiuzeliažo odai. Jis gali būti naudojamas pakeisti tradicinius „2xxx“ serijos aliuminio lydinius ir buvo įtrauktas į „Airbus“ AIMS03-01-055 medžiagų viešųjų pirkimų knygą. 5028 yra patobulinta 5024 laipsnis, tinkamas suvirinimui lazeriu ir trinties suvirinimą. Tai gali pasiekti hiperbolinių integruotų sienų plokščių roplių formavimo procesą, kuris yra atsparus korozijai ir nereikalauja aliuminio dengimo. Palyginti su 2524 lydiniu, bendroji fiuzeliažo sienos plokštės struktūra gali pasiekti 5% konstrukcinio svorio sumažėjimą. „AILI Aluminium Company“ pagamintas AA5024-H116 aliuminio skandžio lydinio lakštas buvo naudojamas gaminant orlaivių fiuzeliažą ir erdvėlaivio konstrukcinius komponentus. Tipiškas AA5024-H116 lydinio lakšto storis yra nuo 1,6 mm iki 8,0 mm, o dėl mažo tankio, vidutinio sunkumo mechaninių savybių, didelio atsparumo korozijai ir griežtą matmenų nuokrypį, jis gali pakeisti 2524 lydinį kaip korpuso odos medžiagą. Šiuo metu AA5024-H116 lydinio lapas buvo sertifikuotas „Airbus AIMS03-04-055“. 2018 m. Gruodžio mėn. Kinijos pramonės ir informacinių technologijų ministerija išleido „pagrindinį pagrindinių naujų medžiagų (2018 m. Leidimo) antrinių programų demonstracijų (2018 m. Leidimo) katalogą, kuris įtraukė„ didelio grynumo skandijos oksidą “naujos medžiagų pramonės kūrimo kataloge. 2019 m. Kinijos pramonės ir informacinių technologijų ministerija išleido „pagrindinį pagrindinių naujų medžiagų (2019 m. Leidimo) demonstracinių pritaikymų katalogą“, kuriame buvo „SC, kuriame yra aliuminio lydinių apdorojimo medžiagos ir al SI SC suvirinimo laidai“ naujos medžiagų pramonės kūrimo kataloge. Kinijos aliuminio grupės „Northeast Light“ lydinys sukūrė AL MG SC ZR seriją 5B70 lydinį, kuriame yra skandžio ir cirkonio. Palyginti su tradiciniu AL MG serijos 5083 lydiniu be skandžio ir cirkonio, jo išeiga ir tempimo stiprumas padidėjo daugiau nei 30%. Be to, Al Mg SC ZR lydinys gali išlaikyti panašų atsparumą korozijai 5083 lydiniui. Šiuo metu pagrindinės vidaus įmonės, turinčios pramoninę klasęAliuminio skandžio lydinysGamybos pajėgumai yra šiaurės rytų lengvųjų lydinių įmonė ir pietvakarių aliuminio pramonė. Didelio dydžio „5B70“ aliuminio skandžio lydinio lapo lapas, kurį sukūrė „Northeast Light Alloy Co., Ltd.“, gali tiekti dideles aliuminio lydinio storas plokšteles, kurių maksimalus storis yra 70 mm, o maksimalus plotis-3500 mm; Ploni lakštiniai ir profilio produktai gali būti pritaikyti gamybai, kurių storio diapazonas yra nuo 2 mm iki 6 mm, o maksimalus plotis - 1500 mm. Pietvakarių aliuminis savarankiškai sukūrė 5K40 medžiagą ir padarė didelę pažangą kuriant plonas plokšteles. „Al Zn Mg“ lydinys yra laiko užkietėjęs lydinys, turintis didelį stiprumą, gerą apdorojimo efektyvumą ir puikų suvirinimo efektyvumą. Tai yra nepakeičiama ir svarbi struktūrinė medžiaga dabartinėse transporto priemonėse, tokiose kaip lėktuvai. Remiantis vidutinio stiprumo suvirinamu Alzn Mg, pridedant skandžio ir cirkonio lydinio elementus, mikrostruktūroje gali susidaryti maži ir išsklaidyti Al3 (SC, Zr) nanodalelės, žymiai pagerindami lydinio atsparumą mechaninėms savybėms ir įtempių korozijai. NASA „Langley“ tyrimų centras sukūrė trijų aliuminio skandžio lydinį su C557 laipsniu, kuris yra paruoštas pritaikyti modelių misijose. Statinis šio lydinio stiprumas, įtrūkimų sklidimas ir lūžio kietumas žemoje temperatūroje (-200 ℃), kambario temperatūra ir aukšta temperatūra (107 ℃) yra lygūs arba geresni nei 2524 lydinio. Šiaurės vakarų universitetas JAV sukūrė „Alzn Mg SC“ lydinio 7000 serijos ypač aukšto stiprumo aliuminio lydinį, kurio tempimo stipris siekia iki 680MPa. Buvo suformuotas sąnario vystymosi tarp vidutinio stiprumo aliuminio skandžio lydinio ir ypač didelio stiprumo Al Zn Mg SC modelis. „Al Zn Mg Cu SC“ lydinys yra aukšto stiprumo aliuminio lydinys, kurio tempimo stipris viršija 800 MPa. Šiuo metu pagrindinių klasių nominalios kompozicijos ir pagrindinės veiklos parametraiAliuminio skandžio lydinysyra apibendrinti taip, kaip parodyta 1 ir 2 lentelėse.
1 lentelė | Nominali aliuminio skandžio lydinio kompozicija
2 lentelė | Aliuminio skandžio lydinio mikrostruktūra ir tempimo savybės
Aliuminio skandžio lydinio taikymo perspektyvos
Didelis stipris Al Zn Mg Cu SC ir Al culi SC lydiniai buvo pritaikyti prie apkrovos turinčių konstrukcinių komponentų, įskaitant Rusijos MIG-21 ir MIG-29 naikintuvus. Rusijos erdvėlaivio „Mars-1“ prietaisų skydelis yra pagamintas iš 1570 aliuminio skandžio lydinio, kurio bendras svoris sumažėjo 20%. „Mars-96“ erdvėlaivio prietaiso modulio apkrovos turintys komponentai yra pagaminti iš 1970 m. Aliuminio lydinio, kuriame yra skandžio, ir sumažina prietaiso modulio svorį 10%. Programoje „Švaraus dangaus“ ir „ES“ projekto „2050 Skrydžio maršrutas“ „Airbus“ vykdė integruotus krovinių sulaikymo durų projektavimo, tyrimų ir plėtros, gamybos ir montavimo bandomuosius skrydžius A321 orlaiviui, pagrįstai AA5028-H116 lygio AA5028-H116 aliuminio skandijos legiono lydinio 5024 Aluminium Scandium Scandium Scandium Scandium Scandium Scandium Scandium Scandium Scandium Scandium Scandium lairo. Aluminio skandžio lydiniai, kuriuos vaizduoja AA5028, parodė puikų apdorojimo ir suvirinimo efektyvumą. Naudojant pažangių suvirinimo būdus, tokius kaip trinties maišymas ir suvirinimas, ir suvirinimas lazeriu, kad būtų galima patikimai sujungti skandiją, kurioje yra aliuminio lydinio medžiagos. Laipsniškas „suvirinimo, o ne kniedymo“ įgyvendinimas orlaiviuose sustiprintose plonos plokštelės konstrukcijose ne tik palaiko orlaivių medžiagų ir konstrukcinio vientisumo nuoseklumą, pasiekia efektyvią ir nebrangią gamybą, bet ir turi svorio mažinimo ir sandarinimo poveikį. Kinijos aviacijos kosmoso specialiųjų medžiagų tyrimų instituto taikymo tyrimas „Scandium 5B70“, kurį sukūrė Kinijos aviacijos ir kosmoso specialiųjų medžiagų tyrimų institutas, nutrūko nuo stipraus kintamo sienos storio komponentų sukimosi technologijų, atsparumo korozijai kontrolės ir stiprumo suderinimo bei suvirinimo liekaninio įtempio kontrolės. Jis paruošė aliuminio skandžio lydinio adaptyvų suvirinimo vielą, o trinties sąnario stiprumo koeficientas, maišant suvirinimą storoms plokštelėms lydinyje, gali pasiekti 0,92. Kinijos kosminių technologijų akademija, Centrinis Pietų universitetas ir kiti atliko išsamius mechaninių našumo bandymų ir procesų eksperimentus su 5B70 medžiaga, patobulinta ir pakartojusi konstrukcinių medžiagų atrankos schemą 5A06, ir pradėjo pritaikyti 5B70 aliuminio lydinį į pagrindinę sustiprintų sienų plokščių sandarinimo kabinos struktūrą. Bendras plokščio struktūros slėginės kabinos sieninis skydelis yra suprojektuotas naudojant odos ir armatūros šonkaulių derinį, pasiekiant didesnę struktūrinę integraciją ir svorio optimizavimą. Pagerindamas bendrą tvirtumą ir stiprumą, jis sumažina jungimo komponentų skaičių ir sudėtingumą, taip dar labiau sumažina svorį išlaikant aukštą našumą. Paskatinus 5B70 medžiagų inžinerijos taikymą, 5B70 medžiagos naudojimas pamažu padidės ir viršys minimalią tiekimo slenkstį, o tai padės užtikrinti nuolatinę žaliavų gamybą ir stabilią kokybę ir žymiai sumažins žaliavų kainas. Kaip minėta anksčiau, nors daugelis aliuminio lydinių savybių buvo pagerintos skandžio mikro lygintuvu, didelė skandžio kaina ir trūkumas riboja aliuminio skandžio lydinių taikymo diapazoną. Palyginti su aliuminio lydinio medžiagomis, tokiomis kaip „Al Cu“, „Al Zn“, „Al Znmg“, „Scandium“, kuriose yra aliuminio lydinio medžiagos, turi geras išsamias mechanines savybes, atsparumą korozijai ir puikias apdorojimo charakteristikas, dėl kurių jie turi plačias taikymo perspektyvas gaminant pagrindinius struktūrinius komponentus pramoniniuose laukuose, tokiose kaip aviacijos kosmosas. Nuolat gilinant į skandžio mikroviziojimo technologijų tyrimus ir tiekimo grandinės bei pramoninės grandinės suderinimo tobulinimą, kainų ir išlaidų veiksniai, kurie riboja didelio masto skandžio aliuminio lydinių pritaikymą pramoniniu būdu, pamažu pagerės. Geros išsamios mechaninės savybės, atsparumas korozijai ir puikios aliuminio skandžio lydinių apdorojimo charakteristikos verčia juos turėti aiškius struktūrinio svorio mažinimo pranašumus ir plačią taikymo potencialą aviacijos įrangos gamybos srityje.
Pašto laikas: 2012 m. Spalio 29 d