Kā viegls sakausējums, kas ir būtisks aviācijas transporta aprīkojumā, alumīnija sakausējuma makroskopiskās mehāniskās īpašības ir cieši saistītas ar tā mikrostruktūru. Mainot galvenos leģējošos elementus alumīnija sakausējuma struktūrā, alumīnija sakausējuma mikrostruktūru var mainīt, un makroskopiskās mehāniskās īpašības un citas īpašības (piemēram, izturība pret koroziju un metināšanas veiktspēju) var ievērojami uzlabot. Līdz šim mikroalizēšana ir kļuvusi par daudzsološāko tehnoloģiskās attīstības stratēģiju, lai optimizētu alumīnija sakausējumu mikrostruktūru un uzlabotu alumīnija sakausējumu materiālu visaptverošās īpašības.Skandijs(SC) ir visefektīvākais mikroloying elementa pastiprinātājs, kas pazīstams ar alumīnija sakausējumiem. Skandija šķīdība alumīnija matricā ir mazāka par 0,35 masas%, alumīnija sakausējumu izsekošanas daudzuma pievienošana alumīnija sakausējumiem var efektīvi uzlabot to mikrostruktūru, visaptveroši pastiprināt to izturību, cietību, plastiskumu, termisko stabilitāti un korozijas izturību. Skandijam ir vairākas fiziskas ietekmes alumīnija sakausējumos, ieskaitot cietā šķīduma stiprināšanu, daļiņu stiprināšanu un pārkristalizācijas kavēšanu. Šajā rakstā tiks ieviesta skandija, kas satur alumīnija sakausējumus, vēsturisko attīstību, jaunāko progresu un potenciālo pielietojumu aviācijas aprīkojuma ražošanas jomā.
Alumīnija skandija sakausējuma izpēte un attīstība
Skandija kā leģējoša elementa pievienošanu alumīnija sakausējumiem var izsekot līdz 1960. gadiem. Tajā laikā lielākā daļa darba tika veikta binārā Al SC un trīskāršās Almg SC sakausējuma sistēmās. 70. gados Padomju Zinātņu akadēmijas Metalurģijas un materiālu zinātnes institūts un Visu Krievijas Gaismas sakausējumu pētījumu institūts veica sistemātisku pētījumu par skandija formu un mehānismu alumīnija sakausējumos. Pēc gandrīz četrdesmit gadu pūlēm trīs galvenajās sērijās ir izstrādātas 14 alumīnija skandija sakausējumu pakāpes (Al Mg SC, Al Li Sc, Al Zn Mg SC). Skandija atomu šķīdība alumīnijā ir zema, un, izmantojot atbilstošus termiskās apstrādes procesus, var nogulsnēties augsta blīvuma AL3SC nano nogulsnes. Šī nokrišņu fāze ir gandrīz sfēriska, ar mazām daļiņām un izkliedētu sadalījumu, un tai ir laba sakarīga saistība ar alumīnija matricu, kas var ievērojami uzlabot alumīnija sakausējumu istabas temperatūras izturību. Turklāt AL3SC nano nogulsnēm ir laba termiskā stabilitāte un rupja pretestība augstā temperatūrā (400 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ on. Krievu veidotajos alumīnija skandija sakausējumos 1570 sakausējums ir piesaistījis daudz uzmanības, pateicoties vislielākajam spēkam un visplašākajam pielietojumam. Šim sakausējumam ir lieliska veiktspēja darba temperatūras diapazonā no -196 ℃ līdz 70 ℃, un tam ir dabiska superplastiskums, kas var aizstāt krievu veidoto LF6 alumīnija sakausējumu (alumīnija magnija sakausējums, kas galvenokārt sastāv no alumīnija, magnija, vara, mangāna un silikona). Turklāt Krievija ir izstrādājusi arī alumīnija cinka magnija skandija sakausējumus, kas pārstāvēti līdz 1970. gadam, ar materiālo stiprumu vairāk nekā 500MPA.
Industrializācijas statussAlumīnija skandija sakausējums
Eiropas Savienība 2015. gadā izlaida “Eiropas metalurģijas ceļvedi: ražotāju un gala lietotāju izredzes”, ierosinot izpētīt alumīnija metināmībumagnija skandija sakausējumiApvidū 2020. gada septembrī Eiropas Savienība izlaida 29 galveno minerālu resursu sarakstu, ieskaitot Skandiju. 5024H116 alumīnija magnija skandija sakausējumam, ko Vācijā izstrādājis Ale alumīnijs, ir vidējas vai augstas stiprības un lielas bojājuma tolerance, padarot to par ļoti daudzsološu materiālu fizelāžas ādai. To var izmantot, lai aizstātu tradicionālos 2xxx sērijas alumīnija sakausējumus, un tas ir iekļauts Airbus AIMS03-01-055 materiālu iepirkuma grāmatā. 5028 ir uzlabota pakāpe 5024, kas piemērota lāzera metināšanai un berzes maisīšanas metināšanai. Tas var sasniegt hiperbolisko integrālo sienas paneļu šļūdes veidošanas procesu, kas ir izturīgs pret koroziju un neprasa alumīnija pārklājumu. Salīdzinot ar 2524 sakausējumu, kopējā fizelāžas sienas paneļa struktūra var sasniegt 5% strukturālo svara samazināšanos. AA5024-H116 alumīnija skandija sakausējuma lapa, ko ražojusi Aili Alumīnija uzņēmums, ir izmantota, lai ražotu gaisa kuģu fizelāžu un kosmosa kuģu konstrukcijas komponentus. Tipiskais AA5024-H116 sakausējuma loksnes biezums ir no 1,6 mm līdz 8,0 mm, un tā zemā blīvuma, mērenas mehāniskās īpašības, augstas korozijas izturības un stingras izmēru novirzes dēļ tas var aizstāt 2524 sakausējumu kā fizelāžas ādas materiālu. Pašlaik AA5024-H116 sakausējuma lapu ir sertificējusi Airbus AIMS03-04-055. Ķīnas Rūpniecības un informācijas tehnoloģiju ministrija 2018. gada decembrī izlaida “galveno jauno materiālu sekundāro lietojumprogrammu demonstrāciju (2018. gada izdevuma) pirmās sekundāro lietojumprogrammu partiju (2018. gada izdevums), kurā jaunās materiālu nozares attīstības katalogā bija“ augstas iztikas skandija oksīds ”. Ķīnas Rūpniecības un informācijas tehnoloģiju ministrija 2019. gadā izlaida “galveno jauno materiālu (2019. gada izdevuma) pirmās demonstrācijas lietojumprogrammu (2019. gada izdevuma) demonstrācijas lietojumu (2019. gada izdevums), kurā jaunās materiālu nozares attīstības katalogā bija iekļauts“ SC, kas satur alumīnija sakausējuma apstrādes materiālus un Al Si SC metināšanas vadus ”. Ķīnas alumīnija grupas ziemeļaustrumu gaismas sakausējums ir izstrādājis Al Mg SC Zr Series 5B70 sakausējumu, kas satur skandiju un cirkoniju. Salīdzinot ar tradicionālo Al MG sēriju 5083 sakausējumu bez skandija un cirkonija, tā raža un stiepes izturība ir palielinājusies par vairāk nekā 30%. Turklāt Al Mg SC Zr sakausējums var saglabāt salīdzināmu izturību pret koroziju pret 5083 sakausējumu. Pašlaik galvenie vietējie uzņēmumi ar rūpniecisko pakāpialumīnija skandija sakausējumsRažošanas jauda ir ziemeļaustrumu vieglmetāla leģēta uzņēmums un dienvidrietumu alumīnija rūpniecība. Liela izmēra 5B70 alumīnija skandija sakausējuma loksne, ko izstrādājusi Northeast Light Alloy Co., Ltd., var piegādāt lielas alumīnija sakausējuma biezas plāksnes ar maksimālo biezumu 70 mm un maksimālo platumu 3500 mm; Plāno lokšņu un profila produktus var pielāgot ražošanai ar biezuma diapazonu no 2 mm līdz 6 mm un maksimālo platumu 1500 mm. Dienvidrietumu alumīnijs ir patstāvīgi izstrādājis 5K40 materiālu un guvis ievērojamu progresu plānu plāksņu attīstībā. Al Zn Mg sakausējums ir laika sacietēšanas sakausējums ar augstu izturību, labu apstrādes veiktspēju un lielisku metināšanas veiktspēju. Tas ir neaizstājams un svarīgs konstrukcijas materiāls pašreizējos transporta transportlīdzekļos, piemēram, lidmašīnās. Balstoties uz vidējas stiprības metināmu Alzn Mg, skandija un cirkonija sakausējuma elementu pievienošana mikrostruktūrā var veidot mazas un izkliedētas AL3 (SC, ZR) nanodaļiņas, ievērojami uzlabojot sakausējuma mehāniskās īpašības un stresa korozijas izturību. NASA Langley pētījumu centrs ir izstrādājis trīskāršu alumīnija skandija sakausējumu ar C557 pakāpi, kuru ir gatava piemērošanai modeļa misijās. Šī sakausējuma statiskā stiprība, plaisu izplatīšanās un lūzuma izturība zemā temperatūrā (-200 ℃), istabas temperatūra un augstā temperatūrā (107 ℃) visi ir vienādi vai labāki nekā 2524 sakausējumā. Ziemeļrietumu universitāte Amerikas Savienotajās Valstīs ir izstrādājusi Alzn Mg SC Alloy 7000 sērijas īpaši augstas izturības alumīnija sakausējumu ar stiepes izturību līdz 680MPa. Ir izveidots locītavu attīstības modelis starp vidējas augstas stiprības alumīnija skandija sakausējuma un īpaši augstas izturības Al Zn Mg SC. Al Zn Mg Cu SC sakausējums ir augstas stiprības alumīnija sakausējums ar stiepes izturību, kas pārsniedz 800 MPa. Pašlaik galveno pakāpju nominālais sastāvs un pamatpārvaldes parametrialumīnija skandija sakausējumsir apkopoti šādi, kā parādīts 1. un 2. tabulā.
1. tabula | Alumīnija skandija sakausējuma nominālais sastāvs
2. tabula | Alumīnija skandija sakausējuma mikrostruktūra un stiepes īpašības
Alumīnija skandija sakausējuma pieteikšanās perspektīvas
Augstas stiprības Al Zn Mg Cu SC un Al Culi SC sakausējumi ir uzklāti uz slodzēm nesošām strukturālām sastāvdaļām, ieskaitot Krievijas MIG-21 un MIG-29 iznīcinātāju sprauslas. Krievijas kosmosa kuģa “Mars-1 ″ ir izgatavots no 1570 alumīnija skandija sakausējuma ar kopējo svara samazinājumu par 20%. MARS-96 kosmosa kuģu instrumentu moduļa nesaistošās sastāvdaļas ir izgatavotas no 1970. gada alumīnija sakausējuma, kas satur skandiju, samazinot instrumenta moduļa svaru par 10%. Programmā “Tīras debesis” un ES projektā “2050 lidojuma maršruts” Airbus veica integrētu kravas aizturēšanas durvju dizainu, pētniecību un izstrādi, ražošanu un uzstādīšanas testa lidojumus A321 gaisa kuģim, pamatojoties uz AA5028-H116 pēcteci alumīnija skandija sakausējuma 5024 alumīnija skandija sakausējuma sakausējumu. Alumīnija skandija sakausējumi, kurus pārstāv AA5028, parādīja lielisku apstrādes un metināšanas veiktspēju. Izmantojot progresīvas metināšanas metodes, piemēram, berzes maisīšanas metināšanu un lāzera metināšanu, lai panāktu ticamu skandija savienojumu, kas satur alumīnija sakausējuma materiālus. Pakāpeniska “metināšanas vietā, nevis kniedēšana” gaisa kuģu pastiprinātās plānas plāksnes struktūrās saglabā ne tikai gaisa kuģu materiālu un strukturālās integritātes konsistenci, iegūstot efektīvu un lētu ražošanu, bet tam ir arī svara samazināšana un blīvēšanas ietekme. Alumīnija skandija 5B70 sakausējuma piemērošanas izpēte, ko veic Ķīnas Aerospace Special Materials Research Institute, ir izlauzis, izmantojot spēcīgas mainīga sienas biezuma komponentu, kas kontrolē korozijas izturību un izturību, kā arī metināšanas atlikušā stresa kontroli. Tas ir sagatavojis alumīnija skandija sakausējuma adaptīvo metināšanas vadu, un berzes metināšanas locītavas stiprības koeficients sakausējuma biezām plāksnēm var sasniegt 0,92. Ķīnas Kosmosa tehnoloģiju akadēmija, Centrālā Dienvidu universitāte un citi ir veikuši plašus mehāniskās veiktspējas pārbaudes un procesu eksperimentus ar 5B70 materiālu, modernizējis un atkārtojis 5A06 konstrukcijas materiālu atlases shēmu un ir sākusi uzklāt uz 5B70 alumīnija sakausējuma galveno struktūru, kas saistīta ar vispārējo sakārtoto sienas paneļiem, kas ir noslēgtā kaj kaj kaj kaj kajlīnā. Plāksnes struktūras kopējais sienas panelis spiediens, kas paredzēts, ir veidots ar ādas un armatūras ribu kombināciju, sasniedzot augstāku strukturālo integrāciju un svara optimizāciju. Lai arī uzlabo vispārējo stingrību un izturību, tas samazina savienojošo komponentu skaitu un sarežģītību, tādējādi vēl vairāk samazinot svaru, vienlaikus saglabājot augstu veiktspēju. Veicinot 5B70 materiālu inženierijas pielietojumu, 5B70 materiāla izmantošana pakāpeniski palielināsies un pārsniegs minimālo piegādes slieksni, kas palīdzēs nodrošināt nepārtrauktu izejvielu ražošanu un stabilu kvalitāti un ievērojami samazināt izejvielu cenas. Kā jau minēts iepriekš, kaut arī daudzas alumīnija sakausējumu īpašības ir uzlabotas, izmantojot Scandium Microallying, skandija augstā cena un trūkums ierobežo alumīnija skandija sakausējumu pielietojuma diapazonu. Salīdzinot ar alumīnija sakausējuma materiāliem, piemēram, Al Cu, Al Zn, Al Znmg, skandiju, kas satur alumīnija sakausējuma materiālus, ir labas visaptverošas mehāniskās īpašības, izturība pret koroziju un lieliskas pārstrādes īpašības, kas tām padara plašas pielietojuma iespējas galveno konstrukcijas komponentu ražošanā rūpnieciskos laukos, piemēram, aviācijas un aviācijas ražošanā. Nepārtraukti padziļinot skandija mikroalloying tehnoloģijas pētījumus un piegādes ķēdes un rūpniecības ķēdes saskaņošanas uzlabošanu, cenu un izmaksu faktori, kas ierobežo skandija alumīnija sakausējumu liela mēroga rūpniecisko pielietojumu. Labās visaptverošās mehāniskās īpašības, korozijas pretestība un izcilās alumīnija skandija sakausējumu apstrādes īpašības padara tos skaidras strukturālās svara samazināšanas priekšrocības un plašs pielietojuma potenciāls aviācijas aprīkojuma ražošanas jomā.
Pasta laiks: 29.-2024. Gada oktobris