Jako stop, który ma kluczowe znaczenie dla urządzeń transportowych lotnictwa, makroskopowe właściwości mechaniczne stopu aluminium są ściśle związane z jego mikrostrukturą. Zmieniając główne elementy stopu w strukturze stopu aluminium, mikrostruktura stopu aluminium można zmienić, a makroskopowe właściwości mechaniczne i inne właściwości (takie jak odporność na korozję i wydajność spawania) materiału można znacznie ulepszyć. Do tej pory mikroalloying stał się najbardziej obiecującą strategią rozwoju technologicznego optymalizacji mikrostruktury stopów aluminium i poprawy kompleksowych właściwości materiałów aluminiowych.Scandium(SC) jest najskuteczniejszym wzmacniaczem elementów mikroalloyingowych znanych ze stopów aluminium. Rozpuszczalność Scandium w matrycy aluminiowej jest mniejsza niż 0,35%wag., Dodanie śladowych ilości elementu Scandium do stopów aluminium może skutecznie poprawić ich mikrostrukturę, kompleksowo zwiększyć ich wytrzymałość, twardość, plastyczność, stabilność termiczną i odporność na korozję. Scandium ma wiele działań fizycznych w stopach aluminium, w tym wzmocnienie roztworu stałego, wzmocnienie cząstek i hamowanie rekrystalizacji. W tym artykule wprowadzono rozwój historyczny, najnowsze postępy i potencjalne zastosowania Scandyium zawierające stopy aluminium w dziedzinie produkcji sprzętu lotniczego.
Badania i rozwój aluminiowego stopu Scandium
Dodanie Scandium jako elementu stopowego do stopów aluminium można prześledzić do lat 60. XX wieku. W tym czasie większość prac przeprowadzono w systemach aluminiowych Binary AL SC i TERNARY ALMG SC. W latach siedemdziesiątych Baykow Institute of Metallurgy and Materials Science of the Soviet Academy of Sciences i All Rosyan Institute of Light Alloy Research przeprowadzili systematyczne badanie formy i mechanizmu Scandium w stopach aluminium. Po prawie czterdziestu latach wysiłku w trzech głównych seriach opracowano 14 gatunków aluminiowych stopów Scandium (AL MG SC, Al Li SC, Al Zn MG SC). Rozpuszczalność atomów Scandium w aluminium jest niska, a przy użyciu odpowiednich procesów oczyszczania ciepła można wytrącać się o wysokiej gęstości NanoSC. Ta faza opadów jest prawie sferyczna, z małymi cząsteczkami i rozproszonym rozkładem, i ma dobry spójny związek z matrycą aluminiową, co może znacznie poprawić wytrzymałość na temperaturę stopu aluminium. Ponadto osady nano -nano -AL3SC mają dobrą stabilność termiczną i zgrubną odporność w wysokich temperaturach (w granicach 400 ℃), co jest niezwykle korzystne dla silnej odporności na ciepło stopu. W rosyjskich aluminiowych stopach Scandium stop z 1570 roku przyciągnął wiele uwagi ze względu na jego najwyższą siłę i najszersze zastosowanie. Ten stop wykazuje doskonałą wydajność w zakresie temperatur roboczych od -196 ℃ do 70 ℃ i ma naturalną superplastyczność, która może zastąpić rosyjski stop aluminium LF6 (aluminium stopu magnezu, złożone głównie z aluminium, magnezu, miedzi, miedzi, manganu i shilikonu) w przypadku struktury spawalniczej obciążenia ciekłego tlenu, znacząco poprawionej wydajności. Ponadto Rosja opracowała również aluminiowe stopy magnezu cynku, reprezentowane w 1970 r., Z siłą materiałową ponad 500 MPa.
Status uprzemysłowieniaAluminiowy stop ze skandum
W 2015 r. Unia Europejska opublikowała „Europejską metallurgiczną mapę drogową: perspektywy dla producentów i użytkowników końcowych”, proponując zbadanie spawania aluminiumStopy magnezu Scandium. We wrześniu 2020 r. Unia Europejska opublikowała listę 29 kluczowych zasobów mineralnych, w tym Scandium. Aluminiowy stop magnezu 5024H116 opracowany przez ALE Aluminium w Niemczech ma średnią do wysokiej wytrzymałości i tolerancję o wysokie uszkodzenia, co czyni go bardzo obiecującym materiałem dla skóry kadłuba. Można go użyć do zastąpienia tradycyjnych stopów aluminium serii 2xxx i został zawarty w książce zamówień materialnych AIMS03-01-055. 5028 to poprawa oceny 5024, odpowiedniego do spawania laserowego i mieszania tarcia. Może osiągnąć proces tworzenia pełzania hiperbolicznych zintegrowanych paneli ściennych, które jest odporne na korozję i nie wymaga powłoki aluminiowej. W porównaniu ze stopem 2524, ogólna struktura panelu ściennego kadłuba może osiągnąć 5% redukcję masy strukturalnej. Aluminiowy arkusz ze stopu Scandium AA5024-H116 wyprodukowany przez aluminiową firmę aluminiową AILI została wykorzystana do produkcji kadłubów i elementów strukturalnych statków kosmicznych. Typowa grubość arkusza stopu AA5024-H116 wynosi od 1,6 mm do 8,0 mm, a ze względu na jego niską gęstość, umiarkowane właściwości mechaniczne, wysoką odporność na korozję i ścisłe odchylenie wymiarowe, może zastąpić stop 2524 jako materiał skóry kadłuba. Obecnie arkusz stopu AA5024-H116 został certyfikowany przez Airbus AIMS03-04-055. W grudniu 2018 r. Ministerstwo przemysłu i technologii informacyjnych Chin opublikowało „Katalog przewodnia dla pierwszej partii wtórnych demonstracji aplikacji kluczowych nowych materiałów (wydanie 2018)”, które obejmowały „tlenek Scandium o dużej czystości” w katalogu rozwoju nowego przemysłu materiałowego. W 2019 r. Ministerstwo przemysłu i technologii informacyjnych Chin opublikowało „Katalog przewodni do pierwszej partii zastosowań demonstracyjnych kluczowych nowych materiałów (wydanie 2019)”, które obejmowało „SC zawierające materiały do przetwarzania stopu aluminium oraz przewody spawalnicze Al SI” w katalogu rozwojowym nowej branży materiałowej. Chińska grupa aluminiowa północno -wschodnia stopa światła opracowała stop alloy AL MG SC ZR serii 5B70 zawierający Scandium i Zirkonium. W porównaniu z tradycyjnym stopem AL MG serii 5083 bez Scandium i Cyrkonu, jego wydajność i wytrzymałość na rozciąganie wzrosły o ponad 30%. Ponadto stop Al MG SC ZR może utrzymać porównywalną odporność na korozję z stopem 5083. Obecnie główne przedsiębiorstwa krajowe o klasie przemysłowejAluminiowy stop ze skandumPojemność produkcyjna to północno -wschodnia firma stopu światła i przemysł aluminiowy w południowo -zachodniej części. Duży rozmiarze aluminiowy arkusz stopu ze stopu scandum 5B70 opracowany przez Northeast Light Alloy Co., Ltd. może dostarczać duże płytki grubości aluminium o maksymalnej grubości 70 mm i maksymalnej szerokości 3500 mm; Cienkie produkty i produkty profilowe można dostosować do produkcji, z zakresem grubości od 2 mm do 6 mm i maksymalną szerokością 1500 mm. Southwest Aluminium niezależnie opracowało materiał 5K40 i poczynił znaczny postęp w rozwoju cienkich płyt. Stop Al Zn Mg to stop czasowy o wysokiej wytrzymałości, dobrej wydajności przetwarzania i doskonałej wydajności spawania. Jest to niezbędny i ważny materiał konstrukcyjny w obecnych pojazdach transportowych, takich jak samoloty. Na podstawie średniej wytrzymałości na spawanie ALZN MG, dodanie elementów stopu Scandium i Cyrconium może tworzyć małe i zdyspergowane nanocząstki AL3 (SC, Zr) w mikrostrukturze, znacznie poprawiając właściwości mechaniczne i odporność na korozję naprężeń stopu. Langley Research Center of NASA opracowało trójskładnikowy stop scandium z klasą C557, który jest gotowy do zastosowania w misjach modelowych. Wytrzymałość statyczna, propagacja pęknięć i wytrzymałość złamania tego stopu w niskiej temperaturze (-200 ℃), temperaturze pokojowej i wysokiej temperaturze (107 ℃) są równe lub lepsze niż w przypadku stopu 2524. Northwestern University w Stanach Zjednoczonych opracował Alluminium Aluminium Stop Aluminium Aluminium Aluminium Alzn MG SC 7000, o sile rozciągania do 680 MPa. Utworzono wzór stawu między średniej wysokiej wytrzymałości aluminium ze stopem skandumu a ultra-wysoką wytrzymałością Al Zn Mg SC. Stop AL Zn Mg Cu SC to stop aluminium o wysokiej wytrzymałości o wytrzymałości na rozciąganie przekraczającą 800 MPa. Obecnie skład nominalny i podstawowe parametry wydajności głównych gatunkówAluminiowy stop ze skandumsą podsumowane w następujący sposób, jak pokazano w tabelach 1 i 2.
Tabela 1 | Nominalny skład aluminiowego stopu Scandium
Tabela 2 | Mikrostruktura i właściwości rozciągania aluminiowego stopu skandum
Perspektywy zastosowania aluminiowego stopu Scandium
Stopy o wysokiej wytrzymałości Al Zn Mg Cu SC i Al Culi SC zastosowano do zawierających obciążenie komponentów strukturalnych, w tym rosyjskich myśliwców MIG-21 i MIG-29. Pulpit nawigacyjny rosyjskiego statku kosmicznego „Mars-1 ″ jest wykonany ze stopu 1570 aluminium, z całkowitą redukcją masy 20%. Składniki nośne modułu instrumentu statku kosmicznego MARS-96 wykonane są ze stopu aluminium z 1970 roku zawierającego skandium, zmniejszając masę modułu przyrządu o 10%. W programie „Clean Sky” i projekcie UE „2050 Flight Route” Airbus przeprowadził zintegrowane projekty drzwi, badania i rozwój, produkcja i instalacja dla samolotów A321 w oparciu o następcę AA5028-H116 Aluminium Scandium Alloy z 5024 Alluminum Scandium Alloy. Aluminiowe stopy Scandium reprezentowane przez AA5028 wykazały doskonałą wydajność przetwarzania i spawania. Wykorzystanie zaawansowanych technik spawania, takich jak spawanie tarcia i spawanie laserowe w celu osiągnięcia niezawodnego połączenia Scandium zawierającego materiały ze stopu aluminium. Stopniowe wdrażanie „spawania zamiast nitowania” w cienkich strukturach płyt wzmocnionych samolotem nie tylko utrzymuje spójność materiałów samolotów i integralności strukturalnej, osiągając wydajną i tanie produkcję, ale ma również efekty redukcji masy i uszczelnienia. Badania zastosowania stopu aluminiowego Scandium 5B70 przez China Aerospace Special Materials Research Institute przełamało technologie silnego wirowania składników o zmiennej grubości ściany, kontrolę odporności na korozję i dopasowanie wytrzymałości oraz kontrolę naprężenia resztkowego. Przygotował aluminiowy drut spawałowy ze stopu scandium, a współczynnik wytrzymałości wytrzymałościowa spawania tarcia dla grubych płyt w stopie może osiągnąć 0,92. China Academy of Space Technology, Central South University i inni przeprowadzili szeroko zakrojone eksperymenty dotyczące testowania wydajności mechanicznej na materiale 5B70, zaktualizowały i iterowały strukturalny plan wyboru materiału dla 5A06, i zaczęli stosować stop aluminium 5B70 do głównej struktury w ogóle wzmocnionej paneli ściennych w kabinie stacji kosmicznej. Ogólny panel ścienny kabiny pod ciśnieniem jest zaprojektowany z kombinacją żeber skóry i wzmacniacza, osiągając wyższą integrację strukturalną i optymalizację masy. Poprawiając ogólną sztywność i siłę, zmniejsza liczbę i złożoność łączących komponentów, a tym samym zmniejszając wagę przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wydajności. Wraz z promocją zastosowania inżynierii materiału 5B70, wykorzystanie materiału 5B70 będzie stopniowo wzrastać i przekraczać minimalny próg dostaw, co pomoże zapewnić ciągłą produkcję i stabilną jakość surowców oraz znacznie obniży ceny surowców. Jak wspomniano wcześniej, chociaż wiele właściwości stopów aluminium uległo poprawie poprzez mikroalloying Scandium, wysoka cena i niedobór Scandium ograniczają zakres zastosowania stopów aluminiowych. W porównaniu z materiałami ze stopu aluminium, takimi jak Al Cu, Al Zn, Al Znmg, Scandium zawierające materiały ze stopu aluminium mają dobre kompleksowe właściwości mechaniczne, odporność na korozję i doskonałe charakterystyki przetwarzania, które sprawiają, że mają szerokie perspektywy zastosowania w produkcji głównych komponentów konstrukcyjnych w przemysłowych polach przemysłowych, takich jak lotniczy. Dzięki ciągłemu pogłębieniu badań nad technologią mikroalloyingu w Scandium oraz poprawa dopasowania łańcucha dostaw i łańcucha przemysłowego, czynniki ceny i kosztów ograniczające duże zastosowanie przemysłowych stopów aluminium w Scandium stopniowo się poprawi. Dobre kompleksowe właściwości mechaniczne, odporność na korozję i doskonałe charakterystyki przetwarzania stopów skandynowych aluminiowych sprawiają, że mają wyraźne zalety strukturalnej redukcji masy i szeroki potencjał zastosowania w dziedzinie produkcji sprzętu lotniczego.
Czas postu: 29-2024 października