As 'n ligte legering wat noodsaaklik is vir lugvaartvervoertoerusting, is die makroskopiese meganiese eienskappe van aluminiumlegering nou verwant aan sy mikrostruktuur. Deur die hooflegeringselemente in die aluminiumlegeringsstruktuur te verander, kan die mikrostruktuur van die aluminiumlegering verander word, en die makroskopiese meganiese eienskappe en ander eienskappe (soos korrosieweerstand en sweisprestasie) van die materiaal kan aansienlik verbeter word. Tot dusver het mikrolegering die mees belowende tegnologiese ontwikkelingstrategie geword vir die optimalisering van die mikrostruktuur van aluminiumlegerings en die verbetering van die omvattende eienskappe van aluminiumlegeringsmateriale.Skandium(Sc) is die mees effektiewe mikrolegeringselementversterker bekend vir aluminiumlegerings. Die oplosbaarheid van skandium in aluminiummatriks is minder as 0.35 gewig%. Die byvoeging van spoorhoeveelhede van die skandiumelement tot aluminiumlegerings kan hul mikrostruktuur effektief verbeter, hul sterkte, hardheid, plastisiteit, termiese stabiliteit en korrosieweerstand omvattend verbeter. Skandium het verskeie fisiese effekte in aluminiumlegerings, insluitend versterking in vaste oplossings, versterking van deeltjies en inhibisie van herkristallisasie. Hierdie artikel sal die historiese ontwikkeling, nuutste vordering en potensiële toepassings van skandiumbevattende aluminiumlegerings in die veld van lugvaarttoerustingvervaardiging bekendstel.
Navorsing en Ontwikkeling van Aluminium Skandiumlegering
Die byvoeging van skandium as 'n legeringselement tot aluminiumlegerings kan teruggevoer word na die 1960's. Destyds is die meeste van die werk in binêre AlSc- en ternêre AlMgSc-legeringsstelsels uitgevoer. In die 1970's het die Baykov-instituut vir Metallurgie en Materiaalkunde van die Sowjet-Akademie vir Wetenskappe en die Al-Russiese Instituut vir Liglegeringsnavorsing 'n sistematiese studie oor die vorm en meganisme van skandium in aluminiumlegerings gedoen. Na byna veertig jaar se pogings is 14 grade aluminiumskandiumlegerings in drie hoofreekse (AlMgSc, AlLiSc, AlZnMgSc) ontwikkel. Die oplosbaarheid van skandiumatome in aluminium is laag, en deur toepaslike hittebehandelingsprosesse te gebruik, kan hoëdigtheid Al3Sc-nano-presipitaat neergeslaan word. Hierdie neerslagfase is byna sferies, met klein deeltjies en verspreide verspreiding, en het 'n goeie samehangende verhouding met die aluminiummatriks, wat die kamertemperatuursterkte van aluminiumlegerings aansienlik kan verbeter. Daarbenewens het Al3Sc-nano-presipitate goeie termiese stabiliteit en growwe weerstand by hoë temperature (binne 400 ℃), wat uiters voordelig is vir die sterk hittebestandheid van die legering. In Russies vervaardigde aluminiumskandiumlegerings het die 1570-legering baie aandag getrek as gevolg van sy hoogste sterkte en wydste toepassing. Hierdie legering toon uitstekende prestasie in die werktemperatuurreeks van -196 ℃ tot 70 ℃ en het natuurlike superplastisiteit, wat die Russies vervaardigde LF6-aluminiumlegering (’n aluminiummagnesiumlegering wat hoofsaaklik uit aluminium, magnesium, koper, mangaan en silikon bestaan) kan vervang vir lasdraende sweisstrukture in vloeibare suurstofmedium, met aansienlik verbeterde prestasie. Daarbenewens het Rusland ook aluminiumsinkmagnesiumskandiumlegerings ontwikkel, verteenwoordig deur 1970, met 'n materiaalsterkte van meer as 500 MPa.
Die Industrialiseringstatus vanAluminium Skandiumlegering
In 2015 het die Europese Unie die "Europese Metallurgiese Padkaart: Vooruitsigte vir Vervaardigers en Eindgebruikers" vrygestel, wat voorgestel het om die sweisbaarheid van aluminium te bestudeer.magnesiumskandiumlegeringsIn September 2020 het die Europese Unie 'n lys van 29 belangrike minerale hulpbronne vrygestel, insluitend skandium. Die 5024H116 aluminiummagnesiumskandiumlegering wat deur Ale Aluminum in Duitsland ontwikkel is, het medium tot hoë sterkte en hoë skadetoleransie, wat dit 'n baie belowende materiaal vir rompvel maak. Dit kan gebruik word om tradisionele 2xxx-reeks aluminiumlegerings te vervang en is ingesluit in Airbus se AIMS03-01-055 materiaalverkrygingsboek. 5028 is 'n verbeterde graad van 5024, geskik vir lasersweis en wrywingsroersweis. Dit kan die kruipvormingsproses van hiperboliese integrale muurpanele bereik, wat korrosiebestand is en nie aluminiumbedekking benodig nie. In vergelyking met 2524-legering, kan die algehele muurpaneelstruktuur van die romp 'n strukturele gewigsvermindering van 5% behaal. Die AA5024-H116 aluminiumskandiumlegeringsplaat wat deur Aili Aluminum Company vervaardig word, is gebruik om vliegtuigromp- en ruimtetuigstrukturele komponente te vervaardig. Die tipiese dikte van die AA5024-H116-legeringsplaat is 1,6 mm tot 8,0 mm, en as gevolg van sy lae digtheid, matige meganiese eienskappe, hoë korrosieweerstand en streng dimensionele afwyking, kan dit 2524-legering as die rompvelmateriaal vervang. Tans is die AA5024-H116-legeringsplaat gesertifiseer deur Airbus AIMS03-04-055. In Desember 2018 het die Ministerie van Nywerheid en Inligtingstegnologie van China die "Guiding Catalogue for the First Batch of Secondary Application Demonstrations of Key New Materials (2018 Edition)" vrygestel, wat "hoë-suiwerheid skandiumoksied" in die ontwikkelingskatalogus van die nuwe materiaalbedryf ingesluit het. In 2019 het die Ministerie van Nywerheid en Inligtingstegnologie van China die "Guiding Catalogue for the First Batch of Demonstration Applications of Key New Materials (2019 Edition)" vrygestel, wat "Sc-bevattende aluminiumlegeringsverwerkingsmateriale en Al Si Sc-sweisdrade" in die ontwikkelingskatalogus van die nuwe materiaalbedryf ingesluit het. China Aluminum Group Northeast Light Alloy het 'n Al Mg Sc Zr-reeks 5B70-legering ontwikkel wat skandium en sirkonium bevat. In vergelyking met die tradisionele Al Mg-reeks 5083-legering sonder skandium en sirkonium, het die opbrengs en treksterkte met meer as 30% toegeneem. Boonop kan die Al Mg Sc Zr-legering vergelykbare korrosiebestandheid as die 5083-legering handhaaf. Tans is die belangrikste binnelandse ondernemings met industriële graad...aluminium skandiumlegeringproduksiekapasiteit is Northeast Light Alloy Company en Southwest Aluminum Industry. Die groot 5B70 aluminium skandiumlegeringsplaat wat deur Northeast Light Alloy Co., Ltd. ontwikkel is, kan groot aluminiumlegeringsplate met 'n maksimum dikte van 70 mm en 'n maksimum breedte van 3500 mm lewer; Dun plaatprodukte en profielprodukte kan vir produksie aangepas word, met 'n diktebereik van 2 mm tot 6 mm en 'n maksimum breedte van 1500 mm. Southwest Aluminum het onafhanklik 5K40-materiaal ontwikkel en beduidende vordering gemaak in die ontwikkeling van dun plate. Al Zn Mg-legering is 'n tydverhardende legering met hoë sterkte, goeie verwerkingsprestasie en uitstekende sweisprestasie. Dit is 'n onontbeerlike en belangrike strukturele materiaal in huidige vervoermiddels soos vliegtuie. Op grond van mediumsterkte sweisbare AlZn Mg, kan die byvoeging van skandium- en sirkoniumlegeringselemente klein en verspreide Al3 (Sc, Zr) nanopartikels in die mikrostruktuur vorm, wat die meganiese eienskappe en spanningskorrosiebestandheid van die legering aansienlik verbeter. Die Langley Navorsingsentrum van NASA het 'n ternêre aluminiumskandiumlegering met die graad C557 ontwikkel, wat gereed is om in modelmissies toegepas te word. Die statiese sterkte, kraakvoortplanting en breuktaaiheid van hierdie legering by lae temperatuur (-200 ℃), kamertemperatuur en hoë temperatuur (107 ℃) is almal gelyk aan of beter as dié van die 2524-legering. Die Northwestern Universiteit in die Verenigde State het die AlZn Mg Sc-legering 7000-reeks ultra-hoë sterkte aluminiumlegering ontwikkel, met 'n treksterkte van tot 680 MPa. 'n Patroon van voegontwikkeling tussen medium-hoë sterkte aluminiumskandiumlegering en ultra-hoë sterkte Al Zn Mg Sc is gevorm. Die Al Zn Mg Cu Sc-legering is 'n hoë sterkte aluminiumlegering met 'n treksterkte van meer as 800 MPa. Tans is die nominale samestelling en basiese werkverrigtingsparameters van die hoofgrade vanaluminium skandiumlegeringword soos volg opgesom, soos getoon in Tabelle 1 en 2.
Tabel 1 | Nominale Samestelling van Aluminium Skandiumlegering
Tabel 2 | Mikrostruktuur en Treksterkte van Aluminium Skandiumlegering
Toepassingsvooruitsigte van aluminiumskandiumlegering
Hoësterkte AlZnMgCuSc- en AlCuLiSc-legerings is al op lasdraende strukturele komponente toegepas, insluitend die Russiese MiG-21- en MiG-29-vegvliegtuie. Die paneelbord van die Russiese ruimtetuig "Mars-1" is gemaak van 1570 aluminiumskandiumlegering, met 'n totale gewigsvermindering van 20%. Die lasdraende komponente van die instrumentmodule van die Mars-96-ruimtetuig is gemaak van 1970 aluminiumlegering wat skandium bevat, wat die gewig van die instrumentmodule met 10% verminder. In die "Clean Sky"-program en die EU se "2050 Flight Route"-projek het Airbus geïntegreerde vragruimdeurontwerp, navorsing en ontwikkeling, vervaardiging en installasietoetsvlugte vir A321-vliegtuie uitgevoer, gebaseer op die opvolgergraad AA5028-H116 aluminiumskandiumlegering van 5024 aluminiumskandiumlegering. Aluminiumskandiumlegerings wat deur AA5028 verteenwoordig word, het uitstekende verwerkings- en sweisprestasie getoon. Deur gebruik te maak van gevorderde sweistegnieke soos wrywingsroersweis en lasersweis om betroubare verbinding van skandiumbevattende aluminiumlegeringsmateriale te verkry. Die geleidelike implementering van "sweis in plaas van klink" in vliegtuigversterkte dunplaatstrukture handhaaf nie net die konsekwentheid van vliegtuigmateriale en strukturele integriteit nie, wat doeltreffende en laekoste-vervaardiging bereik, maar het ook gewigsvermindering en verseëlingseffekte. Die toepassingsnavorsing van aluminiumskandium 5B70-legering deur die China Aerospace Special Materials Research Institute het deur die tegnologieë van sterk spin van veranderlike wanddikte-komponente, beheer van korrosieweerstand en sterkte-ooreenstemming, en beheer van sweisresiduele spanning gebreek. Dit het aanpasbare sweisdraad van aluminiumskandium-legering voorberei, en die lassterktekoëffisiënt van wrywingsroerlas vir dik plate in die legering kan 0.92 bereik. China Academy of Space Technology, Central South University, en ander het uitgebreide meganiese prestasietoetsing en proses-eksperimente op die 5B70-materiaal uitgevoer, die strukturele materiaalkeuseskema vir 5A06 opgegradeer en herhaal, en het begin om die 5B70-aluminiumlegering toe te pas op die hoofstruktuur van die algehele versterkte muurpanele van die ruimtestasie se verseëlde kajuit en terugkeerkajuit. Die algehele muurpaneel van die plaatstruktuur-drukkajuit is ontwerp met 'n kombinasie van vel- en versterkingsribbes, wat hoër strukturele integrasie en gewigoptimalisering bereik. Terwyl die algehele styfheid en sterkte verbeter word, verminder dit die aantal en kompleksiteit van verbindingskomponente, waardeur gewig verder verminder word terwyl hoë werkverrigting gehandhaaf word. Met die bevordering van die toepassing van 5B70-materiaalingenieurswese, sal die gebruik van 5B70-materiaal... geleidelik die minimum voorsieningsdrempel verhoog en oorskry, wat sal help om die deurlopende produksie en stabiele kwaliteit van grondstowwe te verseker, en grondstofpryse aansienlik te verlaag. Soos vroeër genoem, hoewel baie eienskappe van aluminiumlegerings verbeter is deur skandium-mikrolegering, beperk die hoë prys en skaarste van skandium die toepassingsreeks van aluminiumskandiumlegerings. In vergelyking met aluminiumlegeringsmateriale soos Al Cu, Al Zn, Al ZnMg, het skandiumbevattende aluminiumlegeringsmateriale goeie omvattende meganiese eienskappe, korrosieweerstand en uitstekende verwerkingseienskappe, wat hulle breë toepassingsvooruitsigte gee in die vervaardiging van hoofstrukturele komponente in industriële velde soos lugvaart. Met die voortdurende verdieping van navorsing oor skandium-mikrolegeringstegnologie en die verbetering van die voorsieningsketting en industriële kettingpassing, sal die prys- en kostefaktore wat die grootskaalse industriële toepassing van skandium-aluminiumlegerings beperk, geleidelik verbeter. Die goeie omvattende meganiese eienskappe, korrosieweerstand en uitstekende verwerkingseienskappe van aluminiumskandiumlegerings maak dat hulle duidelike strukturele gewigsverminderingsvoordele en wye toepassingspotensiaal het in die veld van lugvaarttoerustingvervaardiging.
Plasingstyd: 29 Okt-2024