Fel aloi ysgafn sy'n hanfodol ar gyfer offer cludo hedfan, mae cysylltiad agos rhwng priodweddau mecanyddol macrosgopig aloi alwminiwm â'i ficrostrwythur. Trwy newid y prif elfennau aloi yn strwythur aloi alwminiwm, gellir newid microstrwythur yr aloi alwminiwm, a gellir gwella priodweddau mecanyddol macrosgopig ac eiddo eraill (megis ymwrthedd cyrydiad a pherfformiad weldio) y deunydd yn sylweddol. Hyd yn hyn, mae microalloying wedi dod yn strategaeth datblygu technolegol fwyaf addawol ar gyfer optimeiddio microstrwythur aloion alwminiwm a gwella priodweddau cynhwysfawr deunyddiau aloi alwminiwm.Sgandiwm(SC) yw'r gwelliant elfen ficroalloying mwyaf effeithiol sy'n adnabyddus am aloion alwminiwm. Mae hydoddedd sgandiwm mewn matrics alwminiwm yn llai na 0.35 wt.%, Gan ychwanegu symiau olrhain o elfen sgandiwm at aloion alwminiwm yn gallu gwella eu microstrwythur yn effeithiol, gwella eu cryfder, caledwch, plastigrwydd, plastigrwydd, sefydlogrwydd thermol, a gwrthiant cyrydiad yn gynhwysfawr. Mae gan Scandium effeithiau corfforol lluosog mewn aloion alwminiwm, gan gynnwys cryfhau toddiant solet, cryfhau gronynnau, a gwahardd ailrystallization. Bydd yr erthygl hon yn cyflwyno datblygiad hanesyddol, y cynnydd diweddaraf, a chymwysiadau posibl Scandium sy'n cynnwys aloion alwminiwm ym maes gweithgynhyrchu offer hedfan.
Ymchwil a datblygu aloi sgandiwm alwminiwm
Gellir olrhain ychwanegu sgandiwm fel elfen aloi i aloion alwminiwm yn ôl i'r 1960au. Bryd hynny, cynhaliwyd y rhan fwyaf o'r gwaith mewn systemau aloi SC deuaidd Al SC a theiran Almg. Yn y 1970au, cynhaliodd Sefydliad Meteleg a Gwyddoniaeth Deunyddiau Baykov yr Academi Wyddorau Sofietaidd a Sefydliad Ymchwil Alloy Golau Rwsia astudiaeth systematig ar ffurf a mecanwaith Scandium mewn aloion alwminiwm. Ar ôl bron i ddeugain mlynedd o ymdrech, mae 14 gradd o aloion sgandiwm alwminiwm wedi'u datblygu mewn tair cyfres fawr (Al MG SC, Al Li SC, Al Zn MG SC). Mae hydoddedd atomau sgandiwm mewn alwminiwm yn isel, a thrwy ddefnyddio prosesau trin gwres priodol, gellir gwaddodi gwaddodion nano Al3SC dwysedd uchel. Mae'r cyfnod dyodiad hwn bron yn sfferig, gyda gronynnau bach a dosbarthiad gwasgaredig, ac mae ganddo berthynas gydlynol dda â'r matrics alwminiwm, a all wella cryfder tymheredd yr ystafell aloion alwminiwm yn fawr. Yn ogystal, mae gan waddodion nano Al3SC sefydlogrwydd thermol da a gwrthiant coarsening ar dymheredd uchel (o fewn 400 ℃), sy'n hynod fuddiol ar gyfer ymwrthedd gwres cryf yr aloi. Yn aloion sgandiwm alwminiwm a wnaed yn Rwsia, mae aloi 1570 wedi denu llawer o sylw oherwydd ei gryfder uchaf a'i gymhwysiad ehangaf. This alloy exhibits excellent performance in the working temperature range of -196 ℃ to 70 ℃ and has natural superplasticity, which can replace the Russian made LF6 aluminum alloy (an aluminum magnesium alloy mainly composed of aluminum, magnesium, copper, manganese, and silicon) for load-bearing welding structures in liquid oxygen medium, with significantly improved performance. Yn ogystal, mae Rwsia hefyd wedi datblygu aloion sgandiwm magnesiwm alwminiwm sinc, a gynrychiolir gan 1970, gyda chryfder materol o dros 500MPA.
Statws diwydiannuAloi sgandiwm alwminiwm
Yn 2015, rhyddhaodd yr Undeb Ewropeaidd y “Map Ffordd Metelegol Ewropeaidd: Rhagolygon ar gyfer Gweithgynhyrchwyr a Defnyddwyr Terfynol”, gan gynnig astudio weldadwyedd alwminiwmaloion scandium magnesiwm. Ym mis Medi 2020, rhyddhaodd yr Undeb Ewropeaidd restr o 29 o adnoddau mwynau allweddol, gan gynnwys Scandium. Mae gan yr aloi scandium magnesiwm alwminiwm 5024H116 a ddatblygwyd gan alwminiwm cwrw yn yr Almaen gryfder canolig i uchel a goddefgarwch difrod uchel, sy'n golygu ei fod yn ddeunydd addawol iawn ar gyfer croen fuselage. Gellir ei ddefnyddio i ddisodli aloion alwminiwm cyfres 2xxx traddodiadol ac mae wedi'i gynnwys yn Llyfr Caffael Deunydd AIMS03-01-055 AIRBUS. Mae 5028 yn radd well o 5024, yn addas ar gyfer weldio laser a weldio troi ffrithiant. Gall gyflawni'r broses ffurfio ymgripiad o baneli waliau annatod hyperbolig, sy'n gwrthsefyll cyrydiad ac nad oes angen cotio alwminiwm arno. O'i gymharu ag aloi 2524, gall strwythur panel wal cyffredinol y fuselage sicrhau gostyngiad pwysau strwythurol 5%. Defnyddiwyd y ddalen aloi sgandiwm alwminiwm AA5024-H116 a gynhyrchwyd gan Gwmni Alwminiwm Aili i gynhyrchu cydrannau strwythurol ffiwslawdd a llong ofod awyrennau. Mae trwch nodweddiadol y ddalen aloi AA5024-H116 yn 1.6mm i 8.0mm, ac oherwydd ei dwysedd isel, priodweddau mecanyddol cymedrol, ymwrthedd cyrydiad uchel, a gwyriad dimensiwn caeth, gall ddisodli aloi 2524 fel y deunydd croen fuselage. Ar hyn o bryd, mae'r ddalen aloi AA5024-H116 wedi'i hardystio gan Airbus AIMS03-04-055. Ym mis Rhagfyr 2018, rhyddhaodd y Weinyddiaeth Diwydiant a Thechnoleg Gwybodaeth Tsieina y “Catalog Arweiniol ar gyfer y swp cyntaf o arddangosiadau cymwysiadau eilaidd o ddeunyddiau newydd allweddol (rhifyn 2018)”, a oedd yn cynnwys “Scandium Ocsid Purdeb Uchel” yng nghatalog datblygu’r diwydiant deunyddiau newydd. Yn 2019, rhyddhaodd y Weinyddiaeth Diwydiant a Thechnoleg Gwybodaeth Tsieina y “Catalog Arweiniol ar gyfer y swp cyntaf o gymwysiadau arddangos deunyddiau newydd allweddol (rhifyn 2019)”, a oedd yn cynnwys “SC yn cynnwys deunyddiau prosesu aloi alwminiwm a gwifrau weldio Al Si SC” yng nghatalog datblygu’r diwydiant deunyddiau newydd. Mae Grŵp Alwminiwm Tsieina Gogledd -ddwyrain Alloy Light wedi datblygu aloi Cyfres 5B70 Al Mg SC ZR sy'n cynnwys Scandium a Zirconium. O'i gymharu â'r aloi AL MG cyfres 5083 traddodiadol heb sgandiwm a zirconium, mae ei gynnyrch a'i gryfder tynnol wedi cynyddu mwy na 30%. Ar ben hynny, gall yr aloi al mg sc zr gynnal ymwrthedd cyrydiad tebyg i'r aloi 5083. Ar hyn o bryd, y prif fentrau domestig gyda gradd ddiwydiannolaloi sgandiwm alwminiwmCapasiti cynhyrchu yw Gogledd -ddwyrain Cwmni Alloy Light a Diwydiant Alwminiwm De -orllewinol. Gall y ddalen aloi sgandiwm alwminiwm 5B70 maint mawr a ddatblygwyd gan Northeast Light Alloy Co., Ltd gyflenwi platiau aloi alwminiwm mawr gyda thrwch uchaf o 70mm a lled uchaf o 3500mm; Gellir addasu cynhyrchion dalen denau a chynhyrchion proffil i'w cynhyrchu, gydag ystod trwch o 2mm i 6mm ac uchafswm lled o 1500mm. Mae Southwest alwminiwm wedi datblygu deunydd 5K40 yn annibynnol ac wedi gwneud cynnydd sylweddol yn natblygiad platiau tenau. Mae aloi Al Zn Mg yn aloi caledu amser gyda chryfder uchel, perfformiad prosesu da, a pherfformiad weldio rhagorol. Mae'n ddeunydd strwythurol anhepgor a phwysig mewn cerbydau cludo cyfredol fel awyrennau. Ar sail cryfder canolig gall elfennau alzn weldadwy, gan ychwanegu elfennau aloi sgandiwm a zirconium ffurfio nanopartynnau Al3 (SC, Zr) bach a gwasgaredig yn y microstrwythur, gan wella priodweddau mecanyddol a gwrthsefyll cyrydiad straen yr aloi yn sylweddol. Mae Canolfan Ymchwil Langley NASA wedi datblygu aloi sgandiwm alwminiwm teiran gyda'r radd C557, sy'n barod i'w gymhwyso mewn cenadaethau model. Mae cryfder statig, lluosogi crac, a chaledwch torri esgyrn yr aloi hwn ar dymheredd isel (-200 ℃), tymheredd yr ystafell, a thymheredd uchel (107 ℃) i gyd yn hafal neu'n well na rhai aloi 2524. Mae Prifysgol Gogledd-orllewinol yn yr Unol Daleithiau wedi datblygu aloi alwminiwm cryfder ultra-uchel Cyfres Alzn MG SC SC SC SC, gyda chryfder tynnol o hyd at 680MPA. Mae patrwm o ddatblygiad ar y cyd rhwng aloi sgandiwm alwminiwm cryfder uchel canolig a chryfder ultra-uchel Al Zn Mg SC wedi'i ffurfio. Mae aloi Al Zn Mg Cu SC yn aloi alwminiwm cryfder uchel gyda chryfder tynnol yn fwy na 800 MPa. Ar hyn o bryd, cyfansoddiad enwol a pharamedrau perfformiad sylfaenol prif raddaualoi sgandiwm alwminiwmyn cael eu crynhoi fel a ganlyn, fel y dangosir yn Nhablau 1 a 2.
Tabl 1 | Cyfansoddiad enwol aloi sgandiwm alwminiwm
Tabl 2 | Microstrwythur a phriodweddau tynnol aloi sgandiwm alwminiwm
Rhagolygon cais o aloi sgandiwm alwminiwm
Mae aloion Al Zn Mg Cu SC ac Al Culi SC wedi'u cymhwyso i gydrannau strwythurol sy'n dwyn llwyth, gan gynnwys jetiau ymladdwr MiG-21 a MiG-29 Rwsia. Mae dangosfwrdd llong ofod Rwsia “Mars-1 ″ wedi’i wneud o 1570 o aloi sgandiwm alwminiwm, gyda gostyngiad pwysau o 20%. Mae cydrannau sy'n dwyn llwyth modiwl offeryn llong ofod Mars-96 wedi'u gwneud o aloi alwminiwm 1970 sy'n cynnwys sgandiwm, gan leihau pwysau'r modiwl offeryn 10%. Yn y rhaglen “Sky Clean” a phrosiect “Llwybr Hedfan 2050” yr UE, cynhaliodd Airbus ddylunio drws dal cargo integredig, ymchwil a datblygu, gweithgynhyrchu a hediadau prawf gosod ar gyfer awyren A321 yn seiliedig ar yr olynydd Gradd AA5028-H116 Alloy Scandium Alwminiwm Scandium o 5024 Alloy Scandium Scandium Scandium Scandium. Dangosodd aloion sgandiwm alwminiwm a gynrychiolir gan AA5028 berfformiad prosesu a weldio rhagorol. Defnyddio technegau weldio datblygedig fel weldio troi ffrithiant a weldio laser i sicrhau cysylltiad dibynadwy o sgandiwm sy'n cynnwys deunyddiau aloi alwminiwm. Mae gweithrediad graddol “weldio yn lle rhybedio” mewn strwythurau plât tenau wedi'u hatgyfnerthu ag awyrennau nid yn unig yn cynnal cysondeb deunyddiau awyrennau a chywirdeb strwythurol, gan sicrhau gweithgynhyrchu effeithlon a chost isel, ond mae hefyd yn cael effeithiau lleihau pwysau a selio. Mae ymchwil cymhwysiad aloi alwminiwm Scandium 5B70 gan Sefydliad Ymchwil Deunyddiau Arbennig Awyrofod Tsieina wedi torri trwy dechnolegau nyddu cryf o gydrannau trwch wal amrywiol, rheoli ymwrthedd cyrydiad a chyfateb cryfder, a rheoli straen gweddilliol weldio. Mae wedi paratoi gwifren weldio addasol aloi sgandiwm alwminiwm, a gall cyfernod cryfder ar y cyd o weldio tro ffrithiant ar gyfer platiau trwchus yn yr aloi gyrraedd 0.92. Mae Academi Technoleg Gofod Tsieina, Prifysgol Canol y De, ac eraill wedi cynnal profion perfformiad mecanyddol helaeth ac arbrofion proses ar y deunydd 5B70, wedi uwchraddio ac ailadrodd y cynllun dewis deunydd strwythurol ar gyfer 5A06, ac wedi dechrau cymhwyso'r aloi aluminiwm 5B70 i brif strwythur yr orsaf caben wedi'i newid a chabanau cyffredinol y panel sydd wedi'i newid. Mae panel wal cyffredinol y strwythur plât wedi'i bwysoli caban wedi'i ddylunio gyda chyfuniad o groen ac asennau atgyfnerthu, gan sicrhau integreiddio strwythurol uwch ac optimeiddio pwysau. Wrth wella anhyblygedd a chryfder cyffredinol, mae'n lleihau nifer a chymhlethdod cysylltu cydrannau, a thrwy hynny leihau pwysau ymhellach wrth gynnal perfformiad uchel. Gyda hyrwyddo cymhwysiad peirianneg deunydd 5B70, bydd y defnydd o ddeunydd 5B70 yn cynyddu'n raddol ac yn rhagori ar y trothwy cyflenwi lleiaf, a fydd yn helpu i sicrhau cynhyrchiant parhaus ac ansawdd sefydlog deunyddiau crai, ac yn lleihau prisiau deunydd crai yn sylweddol. Fel y soniwyd yn gynharach, er bod llawer o briodweddau aloion alwminiwm wedi'u gwella trwy sgandiwm microalloying, mae pris uchel a phrinder sgandiwm yn cyfyngu ar ystod cymhwysiad aloion sgandiwm alwminiwm. O'u cymharu â deunyddiau aloi alwminiwm fel AL Cu, AL Zn, AL Znmg, mae gan sgandiwm sy'n cynnwys deunyddiau aloi alwminiwm briodweddau mecanyddol cynhwysfawr da, ymwrthedd cyrydiad, a nodweddion prosesu rhagorol, sy'n golygu bod ganddynt ragolygon cymhwysiad eang wrth weithgynhyrchu prif gydrannau strwythurol mewn meysydd diwydiannol fel Aerospace. Gyda dyfnhau ymchwil yn barhaus ar dechnoleg microalloying sgandiwm a gwella paru cadwyn gyflenwi a chadwyn ddiwydiannol, bydd y prisiau a'r ffactorau cost sy'n cyfyngu ar gymhwysiad diwydiannol ar raddfa fawr aloion alwminiwm sgandiwm yn gwella'n raddol. Mae priodweddau mecanyddol cynhwysfawr da, ymwrthedd cyrydiad, a nodweddion prosesu rhagorol aloion sgandiwm alwminiwm yn golygu bod ganddynt fanteision lleihau pwysau strwythurol clir a photensial cymhwyso eang ym maes gweithgynhyrchu offer hedfan.
Amser Post: Hydref-29-2024