Havacılık taşıma ekipmanı için çok önemli olan hafif bir alaşım olarak, alüminyum alaşımının makroskopik mekanik özellikleri mikro yapısı ile yakından ilişkilidir. Alüminyum alaşım yapısındaki ana alaşım elemanlarını değiştirerek, alüminyum alaşımının mikro yapısı değiştirilebilir ve malzemenin makroskopik mekanik özellikleri ve diğer özellikleri (korozyon direnci ve kaynak performansı gibi) önemli ölçüde iyileştirilebilir. Şimdiye kadar, mikroaloylama, alüminyum alaşımlarının mikro yapısını optimize etmek ve alüminyum alaşım malzemelerinin kapsamlı özelliklerini iyileştirmek için en umut verici teknolojik geliştirme stratejisi haline gelmiştir.Skandiyum(SC), alüminyum alaşımları ile bilinen en etkili mikroalkoylama elemanı arttırıcıdır. Alüminyum matriste skandiyumun çözünürlüğü ağırlıkça%0.35'ten azdır, alüminyum alaşımlarına eser miktarda skandiyum elemanı eklemek, mikro yapılarını etkili bir şekilde iyileştirebilir, güçlerini, sertliklerini, plastisitesini, termal stabilitesini ve korozyon direncini kapsamlı bir şekilde artırabilir. Skanyum, alüminyum alaşımlarında katı çözelti güçlendirme, partikül güçlendirme ve yeniden kristalleşmenin inhibisyonu dahil olmak üzere birçok fiziksel etkiye sahiptir. Bu makale, havacılık ekipmanı üretimi alanında tarihsel gelişim, son ilerleme ve skandyum içeren alüminyum alaşımların potansiyel uygulamalarını tanıtacaktır.
Alüminyum skandiyum alaşımının araştırılması ve geliştirilmesi
Alüminyum alaşımlarına alaşımlı bir element olarak skandiyum eklenmesi 1960'lara kadar izlenebilir. O zaman, çalışmanın çoğu ikili Al SC ve üçlü ALMG SC alaşım sistemlerinde gerçekleştirildi. 1970'lerde, Baykov Sovyet Bilimler Akademisi Metalurji ve Malzeme Bilimi Enstitüsü ve tüm Rus Işık Alaşım Araştırmaları Enstitüsü, alüminyum alaşımlarında skandyumun şekli ve mekanizması üzerinde sistematik bir çalışma gerçekleştirdi. Yaklaşık kırk yıllık çabadan sonra, üç ana seride (AL MG SC, AL LI SC, AL ZN MG SC) 14 sınıf alüminyum skandiyum alaşımı geliştirilmiştir. Alüminyumdaki skandiyum atomlarının çözünürlüğü düşüktür ve uygun ısı işlemi işlemleri kullanılarak yüksek yoğunluklu AL3SC nano çökeltileri çökeltilebilir. Bu yağış aşaması neredeyse küreseldir, küçük parçacıklar ve dağınık dağılım ile ve alüminyum matris ile iyi bir tutarlı ilişkiye sahiptir, bu da alüminyum alaşımlarının oda sıcaklığı mukavemetini büyük ölçüde artırabilir. Ek olarak, AL3SC nano çökeltileri, alaşımın güçlü ısı direnci için son derece faydalı olan yüksek sıcaklıklarda (400 ℃ içinde) iyi termal stabiliteye ve kaba dirence sahiptir. Rus yapımı alüminyum skandiyum alaşımlarında, 1570 alaşımı en yüksek gücü ve en geniş uygulaması nedeniyle çok dikkat çekti. Bu alaşım, -196 ℃ ila 70 ℃ çalışma sıcaklığı aralığında mükemmel performans sergiler ve Rusya yapılmış LF6 alüminyum alaşımının (esas olarak alüminyum, magnezyum, bakır, bakır, bakır, manganez ve silikon) oluşan, sıvı oksizjen aracısından oluşan, önemli ölçüde etkilenmiş, anlamlı olarak etkilenmiş, önemli ölçüde etkilenen ve silikondan oluşan doğal süperplastikliğe sahiptir. Buna ek olarak, Rusya, 1970 tarafından temsil edilen alüminyum çinko magnezyum skandiyum alaşımları da 500MPA'nın üzerinde malzeme mukavemeti geliştirdi.
Sanayileşme durumuAlüminyum skandiyum alaşımı
2015 yılında Avrupa Birliği, alüminyumun kaynaklanabilirliğini incelemeyi öneren “Avrupa Metalurji Yol Haritası: Üreticiler ve Son Kullanıcılar İçin Beklentiler” i yayınladı.magnezyum skandiyum alaşımları. Eylül 2020'de Avrupa Birliği, Scandium da dahil olmak üzere 29 kilit mineral kaynağının bir listesini yayınladı. Almanya'da ale alüminyum tarafından geliştirilen 5024116 alüminyum magnezyum skandiyum alaşımı orta ila yüksek mukavemet ve yüksek hasar toleransına sahiptir, bu da onu gövde ciltleri için çok umut verici bir materyal haline getirir. Geleneksel 2xxx serisi alüminyum alaşımlarının yerini almak için kullanılabilir ve Airbus'un AIMS03-01-055 Malzeme Tedarik Kitabına dahil edilmiştir. 5028, lazer kaynağı ve sürtünme karıştırma kaynağı için uygun olan gelişmiş bir 5024 derecesidir. Korozyona dayanıklı ve alüminyum kaplama gerektirmeyen hiperbolik integral duvar panellerinin sürünme oluşturma işlemini gerçekleştirebilir. 2524 alaşımla karşılaştırıldığında, gövdenin genel duvar paneli yapısı% 5 yapısal ağırlık azaltma sağlayabilir. Aili alüminyum şirketi tarafından üretilen AA5024-H116 alüminyum skandiyum alaşım tabakası, uçak gövdesi ve uzay aracı yapısal bileşenleri üretmek için kullanılmıştır. AA5024-H116 alaşım tabakasının tipik kalınlığı 1.6 mm ila 8.0 mm'dir ve düşük yoğunluklu, orta mekanik özellikleri, yüksek korozyon direnci ve katı boyutsal sapma nedeniyle, gövde deri malzemesi olarak 2524 alaşımının yerini alabilir. Şu anda, AA5024-H116 alaşım tabakası Airbus AIMS03-04-055 tarafından onaylanmıştır. Aralık 2018'de, Çin Sanayi ve Bilgi Teknolojileri Bakanlığı, yeni malzeme endüstrisinin geliştirme kataloğunda “yüksek saflıkta skandiyum oksit” içeren “Anahtar Malzemelerin İkincil Uygulama Gösterileri (2018 baskısı)” ilk grup için rehber kataloğunu yayınladı. 2019 yılında, Çin Sanayi ve Bilgi Teknolojileri Bakanlığı, yeni malzemeler endüstrisinin geliştirme kataloğunda “SC Alüminyum Alaşım İşleme Malzemeleri ve Al Si SC kaynak telleri içeren SC içeren Yeni Malzemelerin (2019 Sürümü) ilk gösteri uygulamaları için rehber kataloğunu” yayınladı. Çin Alüminyum Grubu Northeast Işık Alaşımı, skandiyum ve zirkonyum içeren bir Al MG SC ZR Serisi 5B70 alaşımı geliştirdi. Scandium ve zirkonyum içermeyen geleneksel AL MG Serisi 5083 alaşımı ile karşılaştırıldığında, verimi ve gerilme mukavemeti%30'dan fazla artmıştır. Ayrıca, Al Mg SC Zr alaşımı 5083 alaşımına karşı karşılaştırılabilir korozyon direncini koruyabilir. Şu anda, endüstriyel sınıfa sahip ana yerli işletmeleralüminyum skandiyum alaşımıÜretim kapasitesi Kuzeydoğu Işık Alaşım Şirketi ve Southwest alüminyum endüstrisidir. Northeast Light Alloy Co., Ltd tarafından geliştirilen büyük boyutlu 5B70 alüminyum skandyum alaşım tabakası, maksimum 70mm ve maksimum genişlik 3500mm genişliğinde büyük alüminyum alaşım kalın plakaları sağlayabilir; İnce tabaka ürünleri ve profil ürünleri, 2 mm ila 6 mm kalınlık aralığı ve maksimum 1500 mm genişliğinde üretim için özelleştirilebilir. Southwest alüminyum bağımsız olarak 5K40 malzemesi geliştirmiştir ve ince plakaların geliştirilmesinde önemli ilerleme kaydetmiştir. Al Zn Mg alaşımı, yüksek mukavemetli, iyi işleme performansı ve mükemmel kaynak performansı ile zaman sertleştirme alaşımıdır. Uçaklar gibi mevcut ulaşım araçlarında vazgeçilmez ve önemli bir yapısal malzemedir. Orta mukavemetli kaynaklanabilir Alzn Mg temelinde, skandiyum ve zirkonyum alaşım elemanları eklemek, mikro yapıda küçük ve dağınık AL3 (SC, ZR) nanoparçacıkları oluşturabilir ve alaşımın mekanik özelliklerini ve stres korozyon direncini önemli ölçüde iyileştirebilir. NASA'nın Langley Araştırma Merkezi, model görevlerinde uygulanmaya hazır olan C57 sınıfı ile üçlü bir alüminyum skandiyum alaşımı geliştirdi. Düşük sıcaklıkta (-200 ℃), oda sıcaklığı ve yüksek sıcaklıkta (107 ℃) bu alaşımın statik mukavemeti, çatlak yayılımı ve kırılma tokluğu, 2524 alaşımına eşit veya daha iyidir. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Northwestern Üniversitesi, 680MPa'ya kadar gerilme mukavemetiyle Alzn MG SC Alloy 7000 Serisi Ultra-Yüksek Kuvvet Alüminyum Alaşımını geliştirdi. Orta yüksek mukavemetli alüminyum skandiyum alaşımı ve ultra yüksek mukavemetli Al Zn Mg SC arasında bir eklem gelişimi paterni oluşturulmuştur. Al Zn Mg Cu SC alaşımı, 800 MPa'yı aşan gerilme mukavemetine sahip yüksek mukavemetli bir alüminyum alaşımdır. Şu anda, ana notlarının nominal bileşimi ve temel performans parametrelerialüminyum skandiyum alaşımıTablo 1 ve 2'de gösterildiği gibi aşağıdaki gibi özetlenir.
Tablo 1 | Alüminyum skandiyum alaşımının nominal bileşimi
Tablo 2 | Alüminyum skandiyum alaşımının mikro yapısı ve gerilme özellikleri
Alüminyum skandiyum alaşımının uygulama beklentileri
Rus MIG-21 ve MIG-29 savaş uçağı da dahil olmak üzere yük taşıyan yapısal bileşenlere yüksek mukavemetli Al Zn Mg Cu SC ve Al Culi SC alaşımları uygulanmıştır. Rus uzay aracının “Mars-1 ″ 'nin gösterge tablosu, toplam ağırlık azalması%20'lik 1570 alüminyum skandiyum alaşımından yapılmıştır. Mars-96 uzay aracının enstrüman modülünün yük taşıyan bileşenleri, skandyum içeren 1970 alüminyum alaşımından yapılmış ve cihaz modülünün ağırlığını%10 azaltır. “Temiz gökyüzü” programında ve AB'nin “2050 uçuş rotası” projesinde Airbus, halef sınıfı AA5028-H116 alüminyum skandyum alaşımına dayanan A321 uçakları için entegre kargo tutma kapı tasarımı, araştırma ve geliştirme, üretim ve kurulum testi uçuşları gerçekleştirdi. AA5028 ile temsil edilen alüminyum skandiyum alaşımları mükemmel işleme ve kaynak performansı gösterdi. Alüminyum alaşım malzemeleri içeren skandiyumun güvenilir bağlantısını elde etmek için sürtünme karıştırma kaynağı ve lazer kaynağı gibi gelişmiş kaynak tekniklerinin kullanılması. Uçak takviyeli ince plaka yapılarında “perçinleme yerine kaynak” in kademeli olarak uygulanması, sadece uçak malzemelerinin ve yapısal bütünlüğün tutarlılığını korumakla kalmaz, aynı zamanda verimli ve düşük maliyetli üretime ulaşır, aynı zamanda ağırlık azaltma ve sızdırmazlık etkileri de vardır. Çin Havacılık ve Uzay Özel Malzemeleri Araştırma Enstitüsü tarafından alüminyum skandiyum 5B70 alaşımının uygulama araştırması, değişken duvar kalınlığı bileşenlerinin güçlü dönmesi, korozyon direncinin kontrolü ve mukavemet eşleşmesi ve kaynak kalıntı stresinin kontrolü ile kırılmıştır. Alüminyum skandiyum alaşımlı adaptif kaynak teli hazırladı ve alaşımdaki kalın plakalar için eklem mukavemeti sürtünme karıştırma kaynağı 0.92'ye ulaşabilir. Çin Uzay Teknolojisi Akademisi, Merkez Güney Üniversitesi ve diğerleri, 5B70 malzemesinde kapsamlı mekanik performans testi ve süreç deneyleri gerçekleştirmiş, 5A06 için yapısal malzeme seçim şemasını yükseltmiş ve yinelemiştir ve 5B70 alüminyum alaşımını uzay istasyonu kapalı kabin ve dönüş kabini genel takviyeli duvar panellerinin ana yapısına uygulamaya başladı. Plaka yapısı basınçlı kabinin genel duvar paneli, daha yüksek yapısal entegrasyon ve ağırlık optimizasyonu elde ederek cilt ve takviye kaburgalarının bir kombinasyonu ile tasarlanmıştır. Genel sertliği ve gücü iyileştirirken, bağlantı bileşenlerinin sayısını ve karmaşıklığını azaltır, böylece yüksek performansı korurken ağırlığı daha da azaltır. 5B70 malzeme mühendisliğinin uygulanmasının teşvik edilmesiyle, 5B70 malzemesinin kullanımı, sürekli üretim ve istikrarlı hammadde kalitesini sağlamaya yardımcı olacak ve hammadde fiyatlarını önemli ölçüde azaltacak minimum arz eşiğini kademeli olarak artıracak ve aşacaktır. Daha önce de belirtildiği gibi, alüminyum alaşımlarının birçok özelliği skandiyum mikroalloylama yoluyla iyileştirilmiş olsa da, skandiyumun yüksek fiyatı ve kıtlığı alüminyum skandiyum alaşımlarının uygulama aralığını sınırlamaktadır. Al Cu, AL Zn, AL ZNMG gibi alüminyum alaşım malzemelerle karşılaştırıldığında, alüminyum alaşım malzemeleri içeren skandiyum, iyi kapsamlı mekanik özelliklere, korozyon direnci ve mükemmel işleme özelliklerine sahiptir, bu da bunların aerospase gibi endüstriyel alanlarda ana yapısal bileşenlerin üretiminde geniş uygulama beklentileri olmasını sağlar. Scandium mikroaloylama teknolojisi ve tedarik zinciri ve endüstriyel zincir eşleştirme ile ilgili araştırmaların sürekli derinleşmesi ile, skandiyum alüminyum alaşımlarının büyük ölçekli endüstriyel uygulamasını kısıtlayan fiyat ve maliyet faktörleri yavaş yavaş iyileşecektir. Alüminyum skandiyum alaşımlarının iyi kapsamlı mekanik özellikleri, korozyon direnci ve mükemmel işleme özellikleri, havacılık ekipmanı üretimi alanında net yapısal ağırlık azaltma avantajlarına ve geniş uygulama potansiyeline sahip olmalarını sağlar.
Gönderme Zamanı: 29 Ekim-2024