Як легкий сплав, який має вирішальне значення для обладнання авіаційного транспортування, макроскопічні механічні властивості алюмінієвого сплаву тісно пов'язані з його мікроструктурою. Змінюючи основні легові елементи в структурі алюмінієвого сплаву, можна змінити мікроструктуру алюмінієвого сплаву, а макроскопічні механічні властивості та інші властивості (наприклад, корозійна стійкість та продуктивність зварювання) можуть бути значно вдосконалені. На сьогоднішній день MicroAlloying став найбільш перспективною стратегією технологічного розвитку для оптимізації мікроструктури алюмінієвих сплавів та вдосконалення комплексних властивостей матеріалів з алюмінієвого сплаву.Скандію(SC) - це найефективніший підсилювач мікропрофільних елементів, відомий алюмінієвими сплавами. Розчинність скандингу в алюмінієвій матриці становить менше 0,35 мас.%, Додавання кількості слідів скандового елемента до алюмінієвих сплавів може ефективно покращити їх мікроструктуру, всебічно підвищити їх силу, твердість, пластичність, термічну стабільність та корозійну стійкість. Скандій має численні фізичні ефекти в алюмінієвих сплавах, включаючи зміцнення твердого розчину, зміцнення частинок та гальмування перекристалізації. Ця стаття введе історичну розробку, останній прогрес та потенційне застосування скандії, що містять алюмінієві сплави в галузі виробництва авіаційного обладнання.
Дослідження та розробки алюмінієвого сплаву сканду
Додавання скандію як легованого елемента до алюмінієвих сплавів можна простежити до 1960 -х. У той час більшість робіт проводилися у бінарних системах AL SC та потрійних ALMG SC. У 1970 -х роках Інститут металургії та матеріалознавства Баякова та Радянської академії наук та Весь російський інститут досліджень світлого сплаву провели систематичне дослідження форми та механізму скандії в алюмінієвих сплавах. Після майже сорока років зусиль у трьох основних серіях було розроблено 14 сортів алюмінієвих сплавів скандій (Al MG SC, Al Li SC, Al Zn MG). Розчинність атомів скандій в алюмінієві низька, і, використовуючи відповідні процеси термічної обробки, може бути осаджено осадки високої щільності AL3SC NANO. Ця фаза осадження майже сферична, з дрібними частинками та дисперсним розподілом, і має хороший узгоджений зв’язок з алюмінієвою матрицею, яка може значно покращити міцність кімнатної температури алюмінієвих сплавів. Крім того, осад Nano Al3SC має хорошу термічну стійкість та грубе стійкість при високій температурі (в межах 400 ℃), що надзвичайно корисно для сильної тепловідповідачів сплаву. У російських сплавах скандування з алюмінію 1570 сплав привернув багато уваги завдяки своїй найвищій силі та найширшому застосуванню. Цей сплав проявляє відмінні показники в діапазоні робочої температури від -196 до 70 ℃ і має природну суперпластичність, яка може замінити російський сплав алюмінію LF6 (алюмінієвий магнійний сплав, в основному, що складається з алюмінію, магнію, мідь, марганцю та кремнію) для навантажувальних структур у рідинних окислених, з значущим вдосконаленням продуктивності. Крім того, Росія також розробила алюмінієві сплави з магнію цинку, представлених до 1970 року, з міцністю матеріалу понад 500 мпА.
Статус індустріалізаціїАлюмінієвий сплав
У 2015 році Європейський Союз випустив "Європейський металургійний дорожній карта: перспективи для виробників та кінцевих споживачів", пропонуючи вивчити зварюваність алюмініюсплави скандингу магнію. У вересні 2020 року Європейський Союз оприлюднив список з 29 ключових мінеральних ресурсів, включаючи скандію. Алюмінієвий сплав алюмінієвого магнію 5024H116, розроблений Ale Aluminium в Німеччині, має середню до високої міцності та високу толерантність до пошкоджень, що робить його дуже перспективним матеріалом для шкіри фюзеляжу. Він може бути використаний для заміни традиційних алюмінієвих сплавів серії 2XXX і був включений до AIMS03-01-055 Матеріали Airbus. 5028 - вдосконалений ступінь 5024, що підходить для лазерного зварювання та зварювання тертя. Він може досягти процесу формування повзучості гіперболічних інтегральних стінових панелей, який стійкий до корозії і не потребує алюмінієвого покриття. Порівняно з 2524 сплавом, загальна структура стінових панелей фюзеляжу може досягти 5% структурного зниження ваги. Алюмінієвий сплав AA5024-H116, вироблений алюмінієвою компанією AILI, використовувався для виготовлення компонентів фюзеляжу літальних апаратів та конструкцій космічних кораблів. Типова товщина сплаву AA5024-H116 становить 1,6 мм до 8,0 мм, і завдяки його низькій щільності, помірними механічними властивостями, високою стійкістю до корозії та суворим розмірним відхиленням він може замінити 2524 сплав як матеріал шкіри фюзеляжу. Наразі сплав AA5024-H116 був сертифікований Airbus AIMS03-04-055. У грудні 2018 року Міністерство промисловості та інформаційних технологій Китаю оприлюднило "Керівний каталог для першої партії демонстрацій вторинних додатків ключових нових матеріалів (2018 р.)", Що включало "оксид сканду з високою чистотою" у каталозі розвитку нової галузі матеріалів. У 2019 році Міністерство промисловості та інформаційних технологій Китаю оприлюднило "Керівний каталог для першої партії демонстраційних застосувань ключових нових матеріалів (2019 р.)", Що включало "SC, що містить матеріали для обробки алюмінієвих сплавів та проводів зварювання Al Si SC" у каталозі розвитку нової галузі матеріалів. Китайська алюмінієва група Північно -Східного світла розробила сплав Al MG MG SC Zr 5B70, що містить скандій та цирконій. Порівняно з традиційним сплавом Al MG Series 5083 без скандію та цирконію, його вихід та міцність на розрив зросли більш ніж на 30%. Більше того, сплав Al Mg SC Zr може підтримувати порівнянну стійкість до корозії з сплавом 5083. В даний час основні внутрішні підприємства з промисловим класомАлюмінієвий сплавВиробничі потужності - це компанія на північно -східному світлі та алюмінієва промисловість на південному заході. Великий розмір алюмінієвого сплаву з алюмінієвим скандуванням 5B70, розроблений на північно-східному світлі Alloy Co., Ltd. може постачати великі пластини з товстими алюмінієвими сплавами з максимальною товщиною 70 мм і максимальною шириною 3500 мм; Тонкі листові вироби та профілкові продукти можна налаштувати для виробництва з діапазоном товщини від 2 мм до 6 мм і максимальною шириною 1500 мм. Південно -західний алюміній незалежно розробив 5K40 матеріал і досяг значного прогресу в розробці тонких пластин. Al Zn Mg Shloy - це час затвердіння часу з високою міцністю, хорошими показниками обробки та чудовими продуктивністю зварювання. Це незамінний і важливий структурний матеріал у поточних транспортних засобах, таких як літаки. На основі середньої міцності зварювальної Alzn Mg, додавання елементів сплаву скандію та цирконію може утворювати невеликі та дисперговані наночастинки AL3 (SC, ZR) в мікроструктурі, значно покращуючи механічні властивості та стійкість до корозійного стресу сплаву. Дослідницький центр Langley NASA розробив потрійну алюмінієву сплаву скандію з класом C557, який готовий до застосування в модельних місіях. Статична міцність, розповсюдження тріщин та міцність на перелом цього сплаву при низькій температурі (-200 ℃), кімнатна температура та висока температура (107 ℃) всі дорівнюють або краще, ніж сплав 2524. Північно-Західний університет у Сполучених Штатах розробив алюмінієвий сплав Alzn MG SC Sloy 7000 Series, з міцністю на розрив до 680 мпА. Сформується схема розвитку суглобів між сплавом алюмінієвого сканду середньої високої міцності та надвисокою міцністю Al Zn Mg SC. Al Zn Mg Cu SC Alloy-це високоміцний алюмінієвий сплав із міцністю на розрив, що перевищує 800 МПа. В даний час номінальний склад та основні параметри продуктивності основних класівАлюмінієвий сплавузагальнені наступним чином, як показано в Таблицях 1 та 2.
Таблиця 1 | Номінальний склад сплаву з алюмінієвим скандуванням
Таблиця 2 | Мікроструктура та властивості розтягування алюмінієвого сплаву
Перспективи застосування алюмінієвого сплаву
Високі сплави Al Zn Mg Cu SC та Al Culi SC були застосовані для навантажувальних конструкційних компонентів, включаючи російські винищувачі MIG-21 та MIG-29. Приладова панель російського космічного корабля «MARS-1 ″» виготовлена з 1570 алюмінієвого сплаву скандингу, із загальним зниженням ваги на 20%. Компоненти, що несуть навантаження, інструментального модуля космічного корабля MARS-96 виготовлені з алюмінієвого сплаву 1970 року, що містить скандію, зменшуючи вагу модуля приладу на 10%. У програмі "Clean Sky" та проект "Польотна маршрут" ЄС "2050", Airbus провів інтегровану конструкцію вантажних дверей, досліджень та розробок, виготовлення та встановлення тестових польотів для літаків A321 на основі алюмінієвого сплаву алюмінію AA5028-H116. Алюмінієві сплави скандую, представлені AA5028, продемонстрували відмінні показники обробки та зварювання. Використання вдосконалених методів зварювання, таких як зварювання тертя та лазерне зварювання для досягнення надійного з'єднання скандії, що містять матеріали з алюмінієвого сплаву. Поступове впровадження "зварювання замість заклепки" в підсилених літакам тонких пластини не лише підтримує узгодженість літальних матеріалів та цілісності конструкцій, досягнення ефективного та недорогого виробництва, але й має ефекти зменшення ваги та герметизації. Дослідження застосування сплаву алюмінієвого скандового 5B70 за допомогою інституту досліджень спеціальних матеріалів Китаю пробив технології сильного обертання компонентів змінної товщини стінки, контролю за корозійною стійкістю та відповідністю міцності та контролем залишкового напруги зварювання. Він підготував адаптивне зварювальне дротя з алюмінієвим сплавом, а коефіцієнт міцності суглоба зварювання тертя для товстих пластин у сплаві може досягти 0,92. Китайська академія космічних технологій, Центральний Південний університет та інші провели широкі експерименти з тестуванням та процесом механічних показників на матеріалі 5B70, вдосконалювали та ітерували схему вибору структурних матеріалів для 5A06, і почали застосовувати алюмінієвий сплав 5B70 до основної структури загальної підсиленої стінки панелі космічної станції. Загальна настінна панель структури пластини під тиском салону розроблена з комбінації шкіри та арматури, досягаючи більш високої структурної інтеграції та оптимізації ваги. При поліпшенні загальної жорсткості та міцності він зменшує кількість та складність з'єднувальних компонентів, тим самим ще більше знижуючи вагу, зберігаючи при високій продуктивності. З сприяння застосуванню інженерії матеріалів 5B70, використання матеріалу 5B70 поступово збільшуватиметься та перевищує мінімальний поріг живлення, що допоможе забезпечити постійну виробництво та стабільну якість сировини та значно знизити ціни на сировину. Як було сказано раніше, хоча багато властивостей алюмінієвих сплавів були вдосконалені за допомогою мікропрофільного сканду, висока ціна та дефіцит скандію обмежують діапазон застосувань сплавів скандій алюмінію. Порівняно з матеріалами з алюмінієвого сплаву, такими як Al Cu, Al Zn, Al Znmg, скандії, що містять алюмінієві сплави, мають хороші всебічні механічні властивості, корозійну стійкість та відмінні характеристики переробки, які змушують їх широкі перспективи застосування у виробництві основних структурних компонентів у промислових полях, таких як аерокоспекти. З безперервним поглибленням досліджень технології мікропрозахисту скандію та вдосконаленням ланцюга поставок та відповідності промислових ланцюгів, ціна та фактори витрат, які обмежують масштабне промислове застосування алюмінієвих сплавів скандіуму, поступово покращиться. Хороші комплексні механічні властивості, корозійна стійкість та відмінні характеристики обробки сплавів з алюмінієвими скандійами змушують їх чіткі переваги щодо зниження ваги та широкий потенціал застосування в галузі виробництва авіаційного обладнання.
Час посади: 29-2024 жовтня