As 'n ligte legering wat van uiterste belang is vir lugvaartvervoertoerusting, is die makroskopiese meganiese eienskappe van aluminiumlegering nou verwant aan die mikrostruktuur daarvan. Deur die belangrikste legeringselemente in die aluminiumlegeringstruktuur 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 mikro -legging die belowendste tegnologiese ontwikkelingstrategie geword om die mikrostruktuur van aluminiumlegerings te optimaliseer en die omvattende eienskappe van aluminiumlegeringsmateriaal te verbeter.Skandium(SC) is die doeltreffendste mikro -legeringselementverbeteraar wat bekend is vir aluminiumlegerings. Die oplosbaarheid van skandium in aluminiummatriks is minder as 0,35 gew.%, Deur spoorhoeveelhede Scandium -element by aluminiumlegerings by te voeg, kan hul mikrostruktuur effektief verbeter, hul sterkte, hardheid, plastisiteit, termiese stabiliteit en korrosie -weerstand breedvoerig verbeter. Scandium het veelvuldige fisiese effekte in aluminiumlegerings, insluitend die versterking van vaste oplossing, die versterking van deeltjies en die remming van herkristallisasie. In hierdie artikel word die historiese ontwikkeling, nuutste vordering en moontlike toepassings van Scandium wat aluminiumlegerings op die gebied van vervaardiging van lugvaartapparate bevat, bekendgestel.
Navorsing en ontwikkeling van aluminiumskandiumlegering
Die toevoeging van skandium as 'n legeringselement tot aluminiumlegerings kan teruggevoer word na die 1960's. Op daardie tydstip is die meeste van die werk in binêre Al SC en ternêre Almg SC -legeringsstelsels uitgevoer. In die 1970's het die Baykov -instituut vir metallurgie en materiaalwetenskap van die Sowjetakademie vir Wetenskappe en die All Russian Institute of Light Alloy -navorsing 'n sistematiese studie gedoen oor die vorm en meganisme van Scandium in aluminiumlegerings. Na byna veertig jaar se moeite is 14 grade aluminiumskandiumlegerings in drie groot reekse ontwikkel (Al Mg SC, Al Li SC, Al Zn Mg SC). Die oplosbaarheid van sandiumatome in aluminium is laag, en deur toepaslike hitte-behandelingsprosesse te gebruik, kan hoë-digtheid Al3SC-nano-neerslag neerslag kry. 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 baie kan verbeter. Daarbenewens het Al3SC -nano -neerslag 'n goeie termiese stabiliteit en 'n grofweerstand by hoë temperature (binne 400 ℃), wat uiters voordelig is vir die sterk hitteweerstand van die legering. In Russies het aluminiumskandiumlegerings gemaak, het 1570 legering baie aandag getrek vanweë die hoogste sterkte en breedste toepassing. Hierdie legering vertoon uitstekende werkverrigting in die werkstemperatuurbereik van -196 ℃ tot 70 ℃ en het 'n natuurlike superplastisiteit, wat die Russiese LF6 -aluminiumlegering ('n aluminium magnesiumlegering wat hoofsaaklik bestaan uit aluminium, magnesium, koper, mangaan en silikon) kan vervang vir loaddraende sweisstrukture in vloeistof, met 'n beduidende werking. Daarbenewens het Rusland ook aluminium -sink -magnesiumskandiumlegerings ontwikkel, wat teen 1970 voorgestel is, met 'n wesenlike sterkte van meer as 500MPa.
Die industrialisasie -status 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 bestudeerMagnesiumskandiumlegerings. In September 2020 het die Europese Unie 'n lys van 29 belangrike minerale bronne, insluitend Scandium, vrygestel. Die 5024H116 aluminium magnesiumskandiumlegering wat deur Ale -aluminium in Duitsland ontwikkel is, het medium tot hoë sterkte en verdraagsaamheid met 'n hoë skade, wat dit 'n baie belowende materiaal vir die vel van die romp maak. Dit kan gebruik word om tradisionele 2xxx-reeks aluminiumlegerings te vervang en is opgeneem in Airbus se AIMS03-01-055 materiaalverkrygingsboek. 5028 is 'n verbeterde graad van 5024, geskik vir lasersweis en wrywingstuursweis. Dit kan die kruipvormingsproses van hiperboliese integrale muurpanele bereik, wat korrosiebestand is en nie aluminiumbedekking benodig nie. In vergelyking met 2524 legering, kan die totale muurpaneelstruktuur van die romp 'n 5% strukturele gewigsvermindering bereik. Die AA5024-H116-aluminium-skandiumlegeringsplaat wat deur Aili Aluminium Company vervaardig is, is gebruik om die struktuurkomponente van vliegtuie en ruimtetuie te vervaardig. Die tipiese dikte van die AA5024-H116-legeringsvel is 1,6 mm tot 8,0 mm, en as gevolg van die lae digtheid, matige meganiese eienskappe, hoë korrosie-weerstand en streng dimensionele afwyking, kan dit 2524-legering vervang as die velmateriaal. Tans is die AA5024-H116-legeringsblad deur Airbus AIMS03-04-055 gesertifiseer. In Desember 2018 het die Ministerie van Nywerheid en Inligtingstegnologie van China die 'Guiding Catalogue vir die eerste groep sekondêre toepassingsdemonstrasies van belangrike nuwe materiale (2018-uitgawe) vrygestel, wat' hoë-suiwerheidskandiumoksied 'in die ontwikkelingskatalogus van die nuwe materiaalbedryf insluit. 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 bevat wat aluminium legeringsverwerkingsmateriaal en al si SC -sweisdrade bevat' in die ontwikkelingskatalogus van die nuwe materiaalbedryf. China -aluminiumgroep Northeast Light Alloy het 'n AL MG SC ZR -reeks 5B70 -legering ontwikkel wat Scandium en Zirconium bevat. In vergelyking met die tradisionele AL MG -reeks 5083 -legering sonder skandium en sirkonium, het die opbrengs en treksterkte met meer as 30%gestyg. Boonop kan die Al Mg SC Zr -legering vergelykbare korrosie -weerstand teen die 5083 -legering handhaaf. Tans is die belangrikste huishoudelike ondernemings met industriële graadaluminium skandiumlegeringDie produksievermoë is Northeast Light Alloy Company en die Suidwes -aluminiumbedryf. Die groot grootte 5B70 aluminiumskandiumlegeringsplaat wat deur Northeast Light Alloy Co., Ltd., ontwikkel is, kan groot plate met 'n groot aluminiumlegering met 'n maksimum dikte van 70 mm en 'n maksimum breedte van 3500 mm lewer; Dun plaatprodukte en profielprodukte kan aangepas word vir produksie, met 'n dikte van 2 mm tot 6 mm en 'n maksimum breedte van 1500 mm. Suidwes -aluminium het onafhanklik 5K40 materiaal ontwikkel en beduidende vordering gemaak met die ontwikkeling van dun plate. Al Zn Mg Alloy is 'n tydverhardende legering met hoë sterkte, goeie verwerkingsprestasie en uitstekende sweisprestasie. Dit is 'n onmisbare en belangrike strukturele materiaal in huidige vervoervoertuie soos vliegtuie. Op grond van mediumsterkte -sweisbare ALZN MG, kan die byvoeging van Scandium- en Zirconium -legeringselemente klein en verspreide Al3 (SC, Zr) nanodeeltjies in die mikrostruktuur vorm, wat die meganiese eienskappe en spanningskorrosweerstand van die legering aansienlik verbeter. Die Langley Research Centre van NASA het 'n ternêre aluminiumskandiumlegering ontwikkel met die graad C557, wat gereed is om in modelmissies toegepas te word. Die statiese sterkte, voortplanting van die kraak en die taaiheid van die breuk van hierdie legering by lae temperatuur (-200 ℃), kamertemperatuur en hoë temperatuur (107 ℃) is almal gelyk aan of beter as dié van 2524 legering. Die Noordwestelike Universiteit in die Verenigde State het die Alzn MG SC Alloy 7000-reeks Ultra-hoë sterkte aluminiumlegering ontwikkel, met 'n treksterkte van tot 680MPa. 'N Patroon van gewrigsontwikkeling tussen medium-hoë sterkte aluminiumskandiumlegering en ultra-hoë sterkte Al Zn Mg SC is gevorm. 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 prestasieparameters van die hoofgrade vanaluminium skandiumlegeringword soos volg opgesom, soos getoon in Tabelle 1 en 2.
Tabel 1 | Nominale samestelling van aluminiumskandiumlegering
Tabel 2 | Mikrostruktuur en trek eienskappe van aluminiumskandiumlegering
Aansoekvooruitsigte van aluminiumskandiumlegering
Hoë sterkte Al Zn Mg Cu SC en Al Culi SC-legerings is toegepas op lasdraende strukturele komponente, insluitend die Russiese MiG-21- en MiG-29-vegvliegtuie. Die paneelbord van die Russiese ruimtetuig “Mars-1 ″ is 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 sandium 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 vragdeurontwerp, navorsing en ontwikkeling, vervaardiging en installasie-toetsvlugte vir A321-vliegtuie uitgevoer, gebaseer op die opvolger-graad AA5028-H116 aluminiumskandiumlegering van 5024 aluminium-skandiumlegering. Aluminiumskandiumlegerings wat deur AA5028 voorgestel is, het uitstekende verwerking en sweisprestasie getoon. Die gebruik van gevorderde sweistegnieke soos wrywingstuursweis en lasersweiswerk om betroubare verbinding van skandium wat aluminiumlegeringsmateriaal bevat, te bewerkstellig. Die geleidelike implementering van “sweiswerk in plaas van klinknael” in vliegtuigversterkte dunplaatstrukture handhaaf nie net die konsekwentheid van vliegtuigmateriaal en strukturele integriteit nie, wat doeltreffende en lae-koste vervaardiging bewerkstellig, maar het ook gewigsvermindering en verseëlingseffekte. Die toepassingsnavorsing van aluminium Scandium 5B70 -legering deur China Aerospace Special Materials Research Institute het die tegnologieë van sterk draai van veranderlike muurdikte -komponente, beheer van korrosie -weerstand en sterkte -ooreenstemming, en die beheer van die residuele spanning van die sweiswerk gebreek. Dit het aluminiumskandiumlegerings -aanpasbare sweisdraad voorberei, en die gewrigsterkte van wrywingskoëffisiënt van wrywing roerweis 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 proseseksperimente op die 5B70 -materiaal uitgevoer, die strukturele materiaalkeuse -skema vir 5A06 opgegradeer en die 5B70 aluminiumlegering op die belangrikste struktuur van die algehele muurpanele van die verseëlde kajuit van die ruimtestasie en die terugvoering van die hoofstasie aangebring. Die algehele muurpaneel van die plaatstruktuur onder drukkas is ontwerp met 'n kombinasie van vel- en versterkingsribbes, wat hoër strukturele integrasie en gewigoptimalisering bewerkstellig. Terwyl die totale styfheid en sterkte verbeter word, verminder dit die aantal en kompleksiteit van verbindingskomponente, en verminder dit die gewig verder terwyl dit hoë werkverrigting behou. Met die bevordering van die toepassing van 5B70 materiaalingenieurswese, sal die gebruik van 5B70 materiaal geleidelik die minimum aanboddrempel verhoog en oorskry, wat sal help om die voortdurende produksie en stabiele gehalte van grondstowwe te verseker en die pryse van grondstowwe aansienlik te verlaag. Soos vroeër genoem, hoewel baie eienskappe van aluminiumlegerings verbeter is deur middel van Scandium -mikro -nageslag, beperk die hoë prys en skaarsheid van Scandium die toepassingsreeks van aluminiumskandiumlegerings. In vergelyking met aluminiumlegeringsmateriaal soos Al Cu, Al Zn, Al Znmg, het Scandium wat aluminiumlegeringsmateriaal bevat, 'n goeie omvattende meganiese eienskappe, korrosie -weerstand en uitstekende verwerkingseienskappe, wat hulle 'n breë toepassingsvooruitsigte het in die vervaardiging van die belangrikste strukturele komponente in industriële velde soos lugvaart. Met die voortdurende verdieping van navorsing oor Scandium-mikro-legeringstegnologie en die verbetering van die voorsieningsketting en die ooreenstemming van die industriële ketting, sal die prys- en kostefaktore wat die grootskaalse industriële toepassing van Scandium-aluminiumlegerings beperk, geleidelik verbeter. Die goeie omvattende meganiese eienskappe, korrosie -weerstand en uitstekende verwerkingseienskappe van aluminiumskandiumlegerings maak dat hulle duidelike voordele vir die vermindering van gewigsvermindering en 'n wye toepassingspotensiaal op die gebied van lugvaartapparaat het.
Postyd: Okt-29-2024