Sebagai aloi cahaya yang penting untuk peralatan pengangkutan penerbangan, sifat mekanik makroskopik aloi aluminium berkait rapat dengan mikrostrukturnya. Dengan mengubah unsur -unsur aloi utama dalam struktur aloi aluminium, mikrostruktur aloi aluminium dapat diubah, dan sifat -sifat mekanik makroskopik dan sifat -sifat lain (seperti rintangan kakisan dan prestasi kimpalan) bahan -bahan itu dapat diperbaiki dengan ketara. Sampai sekarang, microalloying telah menjadi strategi pembangunan teknologi yang paling menjanjikan untuk mengoptimumkan struktur mikro aloi aluminium dan meningkatkan sifat komprehensif bahan aloi aluminium.Scandium(SC) adalah penambah elemen microalloying yang paling berkesan yang dikenali untuk aloi aluminium. Kelarutan scandium dalam matriks aluminium adalah kurang daripada 0.35%berat, menambah jumlah jejak elemen scandium kepada aloi aluminium dapat meningkatkan struktur mikro mereka secara berkesan, meningkatkan kekuatan, kekerasan, kekerasan, keplastikan, kestabilan terma, dan ketahanan kakisan. Scandium mempunyai banyak kesan fizikal dalam aloi aluminium, termasuk pengukuhan penyelesaian pepejal, pengukuhan zarah, dan perencatan penghabluran semula. Artikel ini akan memperkenalkan perkembangan sejarah, kemajuan terkini, dan potensi aplikasi Scandium yang mengandungi aloi aluminium dalam bidang pembuatan peralatan penerbangan.
Penyelidikan dan pembangunan aloi scandium aluminium
Penambahan scandium sebagai elemen aloi kepada aloi aluminium dapat dikesan kembali ke tahun 1960 -an. Pada masa itu, sebahagian besar kerja telah dijalankan dalam sistem aloi Almg SC binari dan ternary. Pada tahun 1970 -an, Institut Sains Metalurgi dan Bahan Baykov Akademi Sains Soviet dan Penyelidikan Alloy Institut Rusia Rusia menjalankan kajian sistematik mengenai bentuk dan mekanisme scandium dalam aloi aluminium. Selepas hampir empat puluh tahun usaha, 14 gred aloi scandium aluminium telah dibangunkan dalam tiga siri utama (Al Mg SC, Al Li SC, Al Zn Mg SC). Kelarutan atom scandium dalam aluminium adalah rendah, dan dengan menggunakan proses rawatan haba yang sesuai, precipitates al3SC nano berkepadatan tinggi dapat dicetuskan. Fasa pemendakan ini hampir sfera, dengan zarah -zarah kecil dan pengedaran tersebar, dan mempunyai hubungan koheren yang baik dengan matriks aluminium, yang dapat meningkatkan kekuatan suhu bilik aloi aluminium. Di samping itu, al3SC nano precipitates mempunyai kestabilan haba yang baik dan rintangan kasar pada suhu tinggi (dalam 400 ℃), yang sangat bermanfaat untuk rintangan haba yang kuat dari aloi. Di Rusia membuat aloi scandium aluminium, 1570 aloi telah menarik banyak perhatian kerana kekuatan tertinggi dan aplikasi terluas. Aloi ini mempamerkan prestasi yang sangat baik dalam julat suhu kerja -196 ℃ hingga 70 ℃ dan mempunyai superplasticity semulajadi, yang dapat menggantikan aloi aluminium lf6 yang dibuat dengan aloi medan yang lebih tinggi, magnesium, mangan, mangan dan silikon untuk berbentuk medium. Di samping itu, Rusia juga telah membangunkan aloi zink magnesium scandium aluminium, yang diwakili pada tahun 1970, dengan kekuatan material lebih dari 500MPa.
Status perindustrian bagiAloi aluminium scandium
Pada tahun 2015, Kesatuan Eropah melancarkan "Roadmap Metalurgi Eropah: Prospek untuk Pengilang dan Pengguna Akhir", mencadangkan untuk mengkaji kebolehkalasan aluminiumaloi magnesium scandium. Pada September 2020, Kesatuan Eropah mengeluarkan senarai 29 sumber mineral utama, termasuk Scandium. Aloi scandium magnesium aluminium 5024H116 yang dibangunkan oleh aluminium ALE di Jerman mempunyai kekuatan sederhana dan tinggi dan toleransi kerosakan yang tinggi, menjadikannya bahan yang sangat menjanjikan untuk kulit fiuslaj. Ia boleh digunakan untuk menggantikan aloi aluminium siri 2xxx tradisional dan telah dimasukkan ke dalam buku perolehan bahan AIRBUS 'AIMS03-01-055. 5028 adalah gred yang lebih baik daripada 5024, sesuai untuk kimpalan laser dan kimpalan geseran. Ia boleh mencapai proses pembentukan rayapan panel dinding integral hiperbolik, yang tahan kakisan dan tidak memerlukan salutan aluminium. Berbanding dengan aloi 2524, struktur panel dinding keseluruhan pesawat boleh mencapai pengurangan berat struktur 5%. Lembaran aloi scandium aluminium AA5024-H116 yang dihasilkan oleh AILI Aluminium Company telah digunakan untuk mengeluarkan pesawat pesawat dan komponen struktur kapal angkasa. Ketebalan tipikal lembaran aloi AA5024-H116 adalah 1.6mm hingga 8.0mm, dan disebabkan oleh ketumpatan rendah, sifat mekanik sederhana, rintangan kakisan yang tinggi, dan sisihan dimensi yang ketat, ia dapat menggantikan 2524 aloi sebagai bahan kulit fuselage. Pada masa ini, lembaran aloi AA5024-H116 telah disahkan oleh Airbus AIMS03-04-055. Pada bulan Disember 2018, Kementerian Industri dan Teknologi Maklumat China mengeluarkan "Katalog Panduan untuk kumpulan pertama demonstrasi aplikasi sekunder bahan-bahan baru utama (edisi 2018)", termasuk "scandium oxide kebuluran tinggi" dalam katalog pembangunan industri bahan baru. Pada tahun 2019, Kementerian Industri dan Teknologi Maklumat China mengeluarkan "Katalog Panduan untuk Kumpulan Pertama Aplikasi Demonstrasi Bahan -Bahan Baru Utama (edisi 2019)", yang termasuk "SC yang mengandungi bahan pemprosesan aloi aluminium dan wayar kimpalan al SC" dalam katalog pembangunan industri bahan baru. China Aluminium Group Northeast Light Alloy telah membangunkan aloi Al Mg SC ZR 5B70 yang mengandungi scandium dan zirkonium. Berbanding dengan aloi tradisional AL MG Series 5083 tanpa scandium dan zirkonium, hasil dan kekuatan tegangannya meningkat lebih daripada 30%. Selain itu, aloi Al Mg SC ZR dapat mengekalkan ketahanan kakisan yang setanding dengan aloi 5083. Pada masa ini, perusahaan domestik utama dengan gred perindustrianaloi aluminium scandiumKapasiti pengeluaran adalah Syarikat Alloy Light Northeast dan Industri Aluminium Barat Daya. Lembaran aloi scandium aluminium 5B70 bersaiz besar yang dibangunkan oleh Northeast Light Alloy Co., Ltd. boleh membekalkan plat tebal aloi aluminium yang besar dengan ketebalan maksimum 70mm dan lebar maksimum 3500mm; Produk lembaran nipis dan produk profil boleh disesuaikan untuk pengeluaran, dengan jarak ketebalan 2mm hingga 6mm dan lebar maksimum 1500mm. Aluminium Barat Daya telah membangunkan bahan 5K40 secara bebas dan membuat kemajuan yang ketara dalam pembangunan plat nipis. Aloi Al Zn Mg adalah aloi pengerasan masa dengan kekuatan yang tinggi, prestasi pemprosesan yang baik, dan prestasi kimpalan yang sangat baik. Ia adalah bahan struktur yang sangat diperlukan dan penting dalam kenderaan pengangkutan semasa seperti kapal terbang. Berdasarkan kekuatan sederhana Alzn Mg, menambah unsur -unsur aloi scandium dan zirkonium boleh membentuk nanopartikel Al3 (SC, Zr) yang kecil dan tersebar dalam mikrostruktur, dengan ketara meningkatkan sifat mekanikal dan ketahanan kakisan tekanan aloi. Pusat Penyelidikan Langley NASA telah membangunkan aloi scandium aluminium ternary dengan gred C557, yang siap digunakan dalam misi model. Kekuatan statik, penyebaran retak, dan kekukuhan patah aloi ini pada suhu rendah (-200 ℃), suhu bilik, dan suhu tinggi (107 ℃) semuanya sama dengan atau lebih baik daripada 2524 aloi. Northwestern University di Amerika Syarikat telah membangunkan aloi aluminium kekuatan aloi Alzn MG SC Alloy 7000, dengan kekuatan tegangan sehingga 680MPa. Corak perkembangan bersama antara aloi scandium aluminium kekuatan tinggi dan kekuatan ultra tinggi Al Zn Mg SC telah dibentuk. AL ZN MG CU SC ALLOY adalah aloi aluminium kekuatan tinggi dengan kekuatan tegangan melebihi 800 MPa. Pada masa ini, komposisi nominal dan parameter prestasi asas gred utamaaloi aluminium scandiumdiringkaskan seperti berikut, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1 dan 2.
Jadual 1 | Komposisi nominal aloi scandium aluminium
Jadual 2 | Mikrostruktur dan sifat tegangan aloi scandium aluminium
Prospek permohonan aloi scandium aluminium
Kekuatan tinggi al zn mg cu sc dan aloi al culi sc telah digunakan untuk komponen struktur beban, termasuk jet pejuang MIG-21 dan MIG-29 Rusia. Papan pemuka kapal angkasa Rusia "Mars-1" diperbuat daripada 1570 aloi scandium aluminium, dengan pengurangan berat badan sebanyak 20%. Komponen muatan modul instrumen kapal angkasa Mars-96 diperbuat daripada aloi aluminium 1970 yang mengandungi scandium, mengurangkan berat modul instrumen sebanyak 10%. Dalam program "Clean Sky" dan projek "2050 Flight Route" EU, Airbus mengadakan reka bentuk pintu, penyelidikan dan pembangunan, pembuatan, dan penerbangan pemasangan yang bersepadu untuk aloi scandium aluminium gred AA5028-H116 aloi aluminium scandium 5024 aluminium. Aloi aluminium scandium yang diwakili oleh AA5028 menunjukkan prestasi pemprosesan dan kimpalan yang sangat baik. Menggunakan teknik kimpalan lanjutan seperti kimpalan geseran dan kimpalan laser untuk mencapai sambungan yang boleh dipercayai dari scandium yang mengandungi bahan aloi aluminium. Pelaksanaan secara beransur-ansur "kimpalan dan bukannya memukau" dalam struktur plat nipis yang diperkukuhkan pesawat bukan sahaja mengekalkan konsistensi bahan pesawat dan integriti struktur, mencapai pembuatan yang cekap dan murah, tetapi juga mempunyai pengurangan berat badan dan pengedap. Penyelidikan permohonan aloi aluminium scandium 5B70 oleh Institut Penyelidikan Bahan Khas China Aeroangkasa telah memecahkan teknologi pemutar kuat komponen ketebalan dinding yang berubah -ubah, kawalan rintangan kakisan dan padanan kekuatan, dan mengawal tekanan sisa kimpalan. Ia telah menyediakan aluminium scandium aloi aloi aloi adaptif, dan pekali kekuatan bersama kimpalan geseran untuk plat tebal di aloi boleh mencapai 0.92. Akademi Teknologi Angkasa, Central South University, dan lain -lain telah menjalankan ujian prestasi dan proses proses mekanikal yang luas pada bahan 5B70, dinaik taraf dan melelehkan skim pemilihan bahan struktur untuk 5B70 aloi aluminium. Panel dinding keseluruhan kabin bertekanan struktur plat direka dengan gabungan kulit dan tulang rusuk tetulang, mencapai integrasi struktur yang lebih tinggi dan pengoptimuman berat badan. Walaupun meningkatkan ketegaran dan kekuatan keseluruhan, ia mengurangkan bilangan dan kerumitan komponen penyambungan, dengan itu mengurangkan berat badan sambil mengekalkan prestasi tinggi. Dengan mempromosikan permohonan kejuruteraan bahan 5B70, penggunaan bahan 5B70 secara beransur -ansur akan meningkat dan melebihi ambang bekalan minimum, yang akan membantu memastikan pengeluaran berterusan dan kualiti bahan mentah yang stabil, dan mengurangkan harga bahan mentah dengan ketara. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, walaupun banyak sifat aloi aluminium telah diperbaiki melalui scandium microalloying, harga yang tinggi dan kekurangan Scandium mengehadkan pelbagai aplikasi aloi scandium aluminium. Berbanding dengan bahan aloi aluminium seperti Al Cu, Al Zn, Al Znmg, scandium yang mengandungi bahan aloi aluminium mempunyai sifat mekanikal yang komprehensif, rintangan kakisan, dan ciri -ciri pemprosesan yang sangat baik, yang menjadikan mereka mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam pembuatan komponen struktur utama dalam bidang industri seperti aerospace. Dengan mendalamkan penyelidikan mengenai teknologi microalloying scandium dan peningkatan rantaian bekalan dan pemadanan rantaian perindustrian, faktor harga dan kos yang menyekat penggunaan perindustrian besar-besaran aloi scandium aluminium secara beransur-ansur akan bertambah baik. Ciri -ciri mekanikal yang komprehensif, rintangan kakisan, dan ciri -ciri pemprosesan yang sangat baik bagi aloi scandium aluminium menjadikan mereka mempunyai kelebihan pengurangan berat struktur struktur dan potensi aplikasi yang luas dalam bidang pembuatan peralatan penerbangan.
Masa Post: Okt-29-2024