Като светлинна сплав, който е от решаващо значение за авиационното транспортно оборудване, макроскопичните механични свойства на алуминиевата сплав са тясно свързани с неговата микроструктура. Чрез промяна на основните легиращи елементи в структурата на алуминиевата сплав, микроструктурата на алуминиевата сплав може да бъде променена и макроскопичните механични свойства и други свойства (като корозионна устойчивост и заваряване) на материала могат да бъдат значително подобрени. Досега Microalloying се превърна в най -обещаващата стратегия за технологично развитие за оптимизиране на микроструктурата на алуминиевите сплави и подобряване на всеобхватните свойства на алуминиевите сплав.Скандий(SC) е най -ефективният усилвател на микро слягащите елементи, известен с алуминиевите сплави. Разтворимостта на скандий в алуминиева матрица е по -малка от 0,35 тегл.%, Добавянето на следи от скандиев елемент към алуминиеви сплави може ефективно да подобри тяхната микроструктура, да засили цялостно тяхната здравина, твърдост, пластичност, термична стабилност и устойчивост на корозия. Скандалът има множество физически ефекти в алуминиеви сплави, включително укрепване на твърд разтвор, укрепване на частиците и инхибиране на прекристализация. Тази статия ще въведе историческото развитие, най -новия напредък и потенциалните приложения на скандий, съдържащи алуминиеви сплави в областта на производството на авиационно оборудване.
Изследвания и разработване на алуминиева скандиева сплав
Добавянето на скандий като легиращ елемент към алуминиеви сплави може да се проследи до 60 -те години. По това време по -голямата част от работата е извършена в бинарни AL SC и Ternary ALMG SC Alloy Systems. През 70 -те години на миналия век Институтът за металургия и материалите на Байков от Съветската академия на науките и Изследванията на All Russian of Light Alloy проведоха систематично проучване на формата и механизма на скандий в алуминиеви сплави. След близо четиридесет години усилия в три основни серии са разработени 14 степени на алуминиеви скандиеви сплави (Al Mg SC, Al Li SC, Al Zn Mg SC). Разтворимостта на скандиевите атоми в алуминий е ниска и чрез използване на подходящи процеси на обработка на топлината могат да се утаяват утайките на Al3Sc на Al3SC с висока плътност. Тази фаза на утаяване е почти сферична, с малки частици и разпръснато разпределение и има добра съгласувана връзка с алуминиевата матрица, която може значително да подобри силата на стайна температура на алуминиевите сплави. В допълнение, утайките на Al3Sc Nano имат добра термична стабилност и устойчивост на грубост при високи температури (в рамките на 400 ℃), което е изключително полезно за силната топлинна устойчивост на сплавта. В алуминиевите скандиеви сплави, 1570 сплав привлича много внимание поради най -високата си якост и най -широко приложение. Тази сплав проявява отлични показатели в работния температурен диапазон от -196 ℃ до 70 ℃ и има естествена суперпластичност, която може да замени алуминиевата сплав, изработена от руския LF6 (алуминиева магнезиева сплав, съставена главно от алуминий, магнезий, мед, манган и силикона). В допълнение, Русия е разработила и алуминиеви магнезиеви сплави с магнезий, представена от 1970 г., с материална якост над 500MPa.
Състоянието на индустриализацията наАлуминиева скандий сплав
През 2015 г. Европейският съюз пусна „Европейската металургична пътна карта: Перспективи за производителите и крайните потребители“, предлагайки да се проучи заваряването на алуминийМагнезиеви скандиеви сплави. През септември 2020 г. Европейският съюз пусна списък с 29 ключови минерални ресурси, включително Scandium. Алуминиевата магнезиева сплав от 5024H116, разработена от Ale Aluminium в Германия, има средна до висока здравина и висока толерантност към увреждане, което го прави много обещаващ материал за кожата на фюзелаж. Може да се използва за замяна на традиционните алуминиеви сплави от 2xxx серия и е включен в книгата за обществени поръчки на Airbus от AIMS03-01-055. 5028 е подобрена степен 5024, подходяща за лазерно заваряване и разбъркване на триене. Той може да постигне процеса на образуване на пълзене на хиперболични интегрални стенни панели, който е устойчив на корозия и не изисква алуминиево покритие. В сравнение с 2524 сплав, общата структура на панела на стените на фюзелажа може да постигне 5% структурно намаляване на теглото. Алуминиевият сплав AA5024-H116, произведен от алуминиевата компания AILI, е използван за производство на конструктивни компоненти на самолета и космически кораби. Типичната дебелина на сплавния лист AA5024-H116 е от 1,6 мм до 8,0 мм, и поради ниската му плътност, умерените механични свойства, високата устойчивост на корозия и строгото измерение на размерите, може да замени 2524 сплав като материал за кожа на фюзелажа. В момента сплавният лист AA5024-H116 е сертифициран от Airbus AIMS03-04-055. През декември 2018 г. Министерството на индустрията и информационните технологии на Китай пусна „Водещ каталог за първата партида от демонстрации на вторични приложения на ключови нови материали (2018 издание)“, която включва „Скандален оксид с висока чистота“ в каталога на развитието на новата индустрия за материали. През 2019 г. Министерството на промишлеността и информационните технологии на Китай пусна „Водещ каталог за първата партида демонстрационни приложения на ключови нови материали (издание 2019)“, което включва „SC, съдържащ алуминиеви сплави за обработка и заваръчни проводници на Al SI SC“ в каталога на развитието на новата индустрия за материали. Китайската алуминиева група североизточна светлина сплав е разработила сплав Al Mg SC ZR серия 5B70, съдържаща скандий и цирконий. В сравнение с традиционната сплав от серия Al Mg без скандий и цирконий, неговият добив и якост на опън са се увеличили с повече от 30%. Освен това, Al Mg SC ZR сплавта може да поддържа сравнима устойчивост на корозия на сплавта 5083. В момента основните вътрешни предприятия с индустриална степенАлуминиева скандий сплавПроизводственият капацитет са Northeast Light Alloy Company и Югозападната алуминиева индустрия. Малко по-голям алуминиев сплав 5B70 сплав, разработен от Alloy Alloy Co., Ltd., може да достави големи плочи на алуминиева сплав с максимална дебелина 70 mm и максимална ширина 3500 mm; Продуктите с тънки листове и профилни продукти могат да бъдат персонализирани за производство, с диапазон на дебелина от 2 мм до 6 мм и максимална ширина 1500 мм. Югозападният алуминий е развил независимо 5K40 материал и постигна значителен напредък в развитието на тънки плочи. Al Zn Mg Alloy е сплав за втвърдяване на времето с висока якост, добра производителност на обработка и отлични характеристики на заваряване. Той е незаменим и важен структурен материал в текущите транспортни превозни средства като самолети. Въз основа на заваряващата със средна якост ALZN MG, добавянето на скандий и циркониеви сплавски елементи може да образува малки и диспергирани наночастици AL3 (SC, ZR) в микроструктурата, като значително подобрява механичните свойства и устойчивостта на корозия на напрежението на сплавта. Изследователският център Langley в NASA разработи сплав с алуминиева скандий с тройник с клас C557, който е готов за прилагане в моделни мисии. Статичната якост, разпространението на пукнатини и здравината на счупването на тази сплав при ниска температура (-200 ℃), стайна температура и висока температура (107 ℃) са равни или по-добри от тези от 2524 сплав. Северозападният университет в Съединените щати е разработил алуминиевата сплав Alzn Mg SC Alloy 7000 Series Series, с якост на опън до 680MPa. Образува се модел на развитие на ставите между средна алуминиева скандиева сплав и ултра-висока якост Al Zn Mg SC. Al Zn Mg Cu SC сплав е алуминиева сплав с висока якост с якост на опън над 800 MPa. Понастоящем номиналният състав и основните параметри на ефективността на основните степени наАлуминиева скандий сплавса обобщени, както следва, както е показано в таблици 1 и 2.
Таблица 1 | Номинален състав на алуминиевата скандиева сплав
Таблица 2 | Микроструктура и свойства на опън на алуминиева скандиева сплав
Перспективи на приложението на алуминиевата скандиева сплав
Сплави с висока якост Al Zn Mg Cu Sc и Al Culi SC са приложени за структурни компоненти, носещи натоварване, включително руските изтребители MIG-21 и MIG-29. Таблото на руския космически кораб „Mars-1 ″ е изработено от 1570 алуминиева скандий сплав, с общо намаление на теглото от 20%. Компонентите, носещи натоварване на инструменталния модул на космическия кораб MARS-96, са направени от алуминиева сплав от 1970 г., съдържащ скандий, намалявайки теглото на инструменталния модул с 10%. В програмата „Clean Sky“ и проекта „Полетният маршрут на полетния път“ на ЕС, Airbus проведе интегриран дизайн на вратата, изследвания и разработки, производство и монтаж на алуминиеви самолети A321 на базата на алуминиева сплав от алуминиева скандий от 5024. Алуминиевите скандиеви сплави, представени от AA5028, демонстрираха отлични характеристики на обработка и заваряване. Използване на усъвършенствани техники за заваряване, като заваряване на триене и лазерно заваряване за постигане на надеждна връзка на скандий, съдържащ материали от алуминиева сплав. Постепенното прилагане на „заваряване вместо нитове“ в самолетите засилени тънки плочи не само поддържа консистенцията на самолетните материали и структурната цялост, постигайки ефективно и нискотарифно производство, но също така има намаляване на теглото и запечатване. Изследването на приложението на алуминиевия скандий 5B70 сплав от Китайския институт за специални материали за аерокосмически материали се е пробило чрез технологиите на силно въртене на компоненти на дебелината на променливата стена, контрол на устойчивостта на корозия и съвпадение на якостта и контрол на остатъчния стрес на заваряването. Той е приготвил адаптивна заваръчна тел за заваряване на алуминиева сплав и коефициентът на якост на ставата на заваряване с разбъркване на триене за дебели плочи в сплавта може да достигне 0,92. Китайската академия за космически технологии, Централен Южен университет и други проведоха обширни механични експерименти за тестване на производителност и процеси върху 5B70 материали, модернизират и повтаряли схемата за подбор на структурни материали за 5A06 и са започнали да прилагат алуминиевата сплав 5B70 към основната структура на общата подсилена стенна панела на уплътнената в космическата станция и се завръща кабината. Общият панел на стената на кабината с налягане на плочата е проектиран с комбинация от ребра на кожата и армировките, постигайки по -висока структурна интеграция и оптимизация на теглото. Докато подобрява общата твърдост и здравина, той намалява броя и сложността на свързващите компоненти, като по този начин намалява теглото, като същевременно поддържа висока производителност. С насърчаването на прилагането на 5B70 материално инженерство, използването на 5B70 материали постепенно ще увеличи и надвиши минималния праг на доставка, което ще помогне да се гарантира непрекъснатото производство и стабилното качество на суровините и значително намалява цените на суровините. Както бе споменато по -рано, въпреки че много свойства на алуминиевите сплави са подобрени чрез скандиев микроспособност, високата цена и недостига на скандий ограничават обхвата на приложението на алуминиевите скандиеви сплави. В сравнение с алуминиеви сплави като Al Cu, Al Zn, Al Znmg, скандий, съдържащ алуминиеви сплави, имат добри всеобхватни механични свойства, устойчивост на корозия и отлични характеристики на обработка, които ги правят широки перспективи за приложение в производството на основни структурни компоненти в индустриалните полета, като авиационното пространство. С непрекъснатото задълбочаване на изследванията на скандиевата микро слягаща технология и подобряването на съвпадението на веригата на доставки и индустриалната верига, цените и факторите на разходите, които ограничават мащабното индустриално приложение на скандиеви алуминиеви сплави, постепенно ще се подобрят. Добрите изчерпателни механични свойства, устойчивост на корозия и отлични характеристики на обработка на алуминиеви скандиеви сплави ги правят да имат ясни предимства на структурното намаляване на теглото и широкия потенциал за прилагане в областта на производството на авиационно оборудване.
Време за публикация: 29-2024 октомври