Sem létt málmblanda sem er mikilvæg fyrir flugflutningatæki eru makróskópískir vélrænir eiginleikar álblöndu nátengdir örbyggingu hennar. Með því að breyta helstu málmblönduþáttunum í byggingu álblöndunnar er hægt að breyta örbyggingu álblöndunnar og bæta verulega makróskópíska vélræna eiginleika og aðra eiginleika (eins og tæringarþol og suðugetu) efnisins. Hingað til hefur örblöndun orðið efnilegasta tækniþróunarstefnan til að hámarka örbyggingu álblöndu og bæta alhliða eiginleika álblönduefna.Skandín(Sc) er áhrifaríkasta örblöndubætirinn sem þekktur er fyrir álblöndur. Leysni skandíums í álgrunnefni er minni en 0,35 þyngdarprósent. Með því að bæta snefilmagni af skandíumþætti við álblöndur er hægt að bæta örbyggingu þeirra á áhrifaríkan hátt, auka styrk, hörku, mýkt, hitastöðugleika og tæringarþol. Skandíum hefur margvísleg eðlisfræðileg áhrif í álblöndum, þar á meðal styrkingu í föstu formi, styrkingu agna og hömlun á endurkristöllun. Þessi grein mun kynna sögulega þróun, nýjustu framfarir og möguleg notkun skandíum-innihaldandi álblöndur á sviði framleiðslu flugvélabúnaðar.
Rannsóknir og þróun á skandínálblöndu
Viðbót skandíums sem málmblönduþáttar í álblöndur má rekja aftur til sjöunda áratugarins. Á þeim tíma var megnið af vinnunni unnið í tvíþættum AlSc og þríþættum AlMgSc málmblöndukerfum. Á áttunda áratugnum framkvæmdu Baykov-stofnunin fyrir málmvinnslu og efnisfræði hjá Sovésku vísindaakademíunni og Al-rússneska stofnunin fyrir léttmálmblöndurannsóknir kerfisbundna rannsókn á formi og verkunarháttum skandíums í álblöndum. Eftir næstum fjörutíu ára vinnu hafa 14 tegundir af ál-skandíum málmblöndum verið þróaðar í þremur meginröðum (AlMgSc, AlLiSc, AlZnMgSc). Leysni skandíum atóma í áli er lítil og með viðeigandi hitameðferðarferlum er hægt að fella út Al3Sc nanóútfellingar með mikilli þéttleika. Þessi útfellingarfasi er næstum kúlulaga, með litlum ögnum og dreifðri dreifingu og hefur gott samhangandi samband við álgrunnefnið, sem getur bætt styrk álblöndu við stofuhita til muna. Að auki hafa Al3Sc nanóútfellingar góða hitastöðugleika og grófmyndunarþol við hátt hitastig (innan 400 ℃), sem er afar gagnlegt fyrir sterka hitaþol málmblöndunnar. Í rússneskum ál-skandíum málmblöndum hefur 1570 málmblöndunin vakið mikla athygli vegna mikils styrks og víðtækustu notkunar. Þessi málmblöndun sýnir framúrskarandi eiginleika við vinnuhitabilið -196 ℃ til 70 ℃ og hefur náttúrulega ofurplastíkleika, sem getur komið í stað rússnesku LF6 álblöndunnar (ál-magnesíum málmblöndu sem aðallega er samsett úr áli, magnesíum, kopar, mangan og sílikoni) fyrir burðarvirki í fljótandi súrefnismiðli, með verulega bættum eiginleikum. Að auki hefur Rússland einnig þróað ál-sink-magnesíum-skandíum málmblöndur, sem 1970 hefur framleitt, með efnisstyrk yfir 500 MPa.
IðnvæðingarstaðanÁlskandúum álfelgur
Árið 2015 gaf Evrópusambandið út „Vegvísi fyrir málmvinnslu í Evrópu: Horfur fyrir framleiðendur og notendur“ þar sem lagt var til að rannsaka suðuhæfni áls.magnesíum skandíum málmblöndurÍ september 2020 gaf Evrópusambandið út lista yfir 29 lykil steinefnaauðlindir, þar á meðal skandíum. 5024H116 ál-magnesíum-skandíum málmblöndunni, sem Ale Aluminum þróaði í Þýskalandi, hefur meðal- til mikinn styrk og mikið skemmdaþol, sem gerir hana að mjög efnilegu efni fyrir skrokkhúð. Hún getur komið í stað hefðbundinna 2xxx álblöndu og hefur verið innifalin í efnisskrá Airbus, AIMS03-01-055. 5028 er bætt gæðaflokkur 5024, hentugur fyrir leysisveiflu og núningsveiflu. Hún getur náð skriðmyndunarferli fyrir ofurboga samþætta veggplötur, sem er tæringarþolin og þarfnast ekki álhúðunar. Í samanburði við 2524 málmblönduna getur heildarbygging veggplötunnar á skrokknum náð 5% þyngdarlækkun. AA5024-H116 ál-skandíum málmblönduplatan, sem Aili Aluminum Company framleiðir, hefur verið notuð til að framleiða flugvélaskrokk og geimfaraburðarhluta. Dæmigert þykkt AA5024-H116 álplötunnar er 1,6 mm til 8,0 mm, og vegna lágrar eðlisþyngdar, miðlungs vélrænna eiginleika, mikillar tæringarþols og strangra víddarfrávika getur hún komið í stað 2524 álfelgunnar sem efniviður fyrir skrokkinn. Eins og er hefur AA5024-H116 álplatan verið vottuð af Airbus AIMS03-04-055. Í desember 2018 gaf kínverska iðnaðar- og upplýsingatækniráðuneytið út „Leiðbeiningarskrá fyrir fyrstu lotu sýningar á aukalegum notkunarmöguleikum fyrir lykil ný efni (útgáfa 2018)“, sem innihélt „háhreinleika skandíumoxíðs“ í þróunarskrá nýrra efnaiðnaðar. Árið 2019 gaf kínverska iðnaðar- og upplýsingatækniráðuneytið út „Leiðbeiningarskrá fyrir fyrstu lotu sýningar á notkunarmöguleikum fyrir lykil ný efni (útgáfa 2019)“, sem innihélt „Sc-innihaldandi álblönduvinnsluefni og Al Si Sc-suðuvír“ í þróunarskrá nýrra efnaiðnaðar. China Aluminum Group Northeast Light Alloy hefur þróað Al Mg Sc Zr 5B70 málmblöndu sem inniheldur skandíum og sirkon. Í samanburði við hefðbundna Al Mg 5083 málmblöndu án skandíums og sirkons hefur ávöxtunarkrafa og togstyrkur aukist um meira en 30%. Þar að auki getur Al Mg Sc Zr málmblöndunin viðhaldið sambærilegri tæringarþol og 5083 málmblöndunin. Sem stendur eru helstu innlendu fyrirtækin með iðnaðargæða...ál skandíum álfelgurFramleiðslugeta Northeast Light Alloy Company og Southwest Aluminum Industry eru háð framleiðslugetu. Stórar 5B70 ál-skandíum málmblöndur, þróaðar af Northeast Light Alloy Co., Ltd., geta framleitt stórar, þykkar álplötur með hámarksþykkt upp á 70 mm og hámarksbreidd upp á 3500 mm. Þunnar plötur og sniðvörur er hægt að aðlaga að framleiðslu, með þykktarbili frá 2 mm til 6 mm og hámarksbreidd upp á 1500 mm. Southwest Aluminum hefur sjálfstætt þróað 5K40 efni og náð verulegum árangri í þróun þunnra platna. AlZnMg málmblöndur eru tímaherðandi málmblöndur með miklum styrk, góðum vinnslueiginleikum og framúrskarandi suðueiginleikum. Þær eru ómissandi og mikilvægt byggingarefni í nútíma samgöngutækjum eins og flugvélum. Á grundvelli meðalsterks suðuhæfs AlZnMg getur viðbót skandíum- og sirkonmálmblönduþátta myndað litlar og dreifðar Al3 (Sc, Zr) nanóagnir í örbyggingunni, sem bætir verulega vélræna eiginleika og spennutæringarþol málmblöndunnar. Langley rannsóknarmiðstöð NASA hefur þróað þríþætta skandíum álblöndu af gerðinni C557, sem er tilbúin til notkunar í líkönum. Stöðugleiki, sprungumyndun og brotþol þessarar álblöndu við lágt hitastig (-200 ℃), stofuhita og hátt hitastig (107 ℃) eru öll jöfn eða betri en 2524 álblöndunnar. Northwestern háskólinn í Bandaríkjunum hefur þróað AlZn Mg Sc álblöndu af gerðinni 7000 með afar hástyrk, með togstyrk allt að 680 MPa. Myndast hefur samskeytismyndun milli meðalhástyrks skandíum álblöndu og afarhástyrks Al Zn Mg Sc álblöndu. Al Zn Mg Cu Sc álblöndu er hástyrks álblöndu með togstyrk yfir 800 MPa. Sem stendur eru nafnsamsetning og grunnafköst helstu álblöndutegunda...ál skandíum álfelgureru teknar saman á eftirfarandi hátt, eins og sýnt er í töflum 1 og 2.
Tafla 1 | Nafnsamsetning áls skandíumblöndu
Tafla 2 | Örbygging og togþol áls skandínmálmblöndu
Notkunarhorfur á álskandúamblöndu
Hástyrktar AlZn Mg Cu Sc og Al CuLi Sc málmblöndur hafa verið notaðar í burðarvirki, þar á meðal rússnesku MiG-21 og MiG-29 orrustuþoturnar. Mælaborð rússneska geimfarsins „Mars-1“ er úr 1570 álskandíumblöndu, sem dregur úr heildarþyngd um 20%. Álagsberandi íhlutir mælaborðseiningarinnar í Mars-96 geimfarinu eru úr 1970 álblöndu sem inniheldur skandíum, sem dregur úr þyngd mælaborðseiningarinnar um 10%. Í „Clean Sky“ áætluninni og „2050 Flight Route“ verkefni ESB framkvæmdi Airbus samþætta hönnun, rannsóknir og þróun, framleiðslu og uppsetningu á farangurshurðum fyrir A321 flugvélar sem byggja á arftaka AA5028-H116 álskandíumblöndu úr 5024 álskandíumblöndu. Álskandíumblöndur sem AA5028 er táknuð með sýndu framúrskarandi vinnslu- og suðugetu. Með því að nota háþróaðar suðutækni eins og núningssuðu og leysissuðu til að ná áreiðanlegri tengingu á skandíum-innihaldandi álblönduefnum. Smám saman innleiðing „suðu í stað nítinga“ í styrktum þunnplötumannvirkjum flugvéla viðheldur ekki aðeins samræmi flugvélaefna og burðarþoli, sem nær fram skilvirkri og ódýrri framleiðslu, heldur hefur einnig þyngdarlækkun og þéttingaráhrif. Rannsóknir á notkun áls skandíums 5B70 málmblöndu hjá China Aerospace Special Materials Research Institute hafa brotist fram úr tækni til að snúa íhlutum með breytilegri veggþykkt, stjórna tæringarþoli og styrkleikajöfnun og stjórna spennu í suðu. Það hefur útbúið aðlögunarsuðuvír úr áls skandíum málmblöndu og styrkstuðullinn fyrir núningssuðu í þykkum plötum í málmblöndunni getur náð 0,92. Kínverska geimtækniakademían, Central South háskólinn og aðrir hafa framkvæmt ítarlegar prófanir á vélrænni afköstum og ferlistilraunir á 5B70 efninu, uppfært og endurtekið val á byggingarefni fyrir 5A06 og hafið notkun 5B70 álblöndu á aðalbyggingu styrktra veggplatna í lokuðu klefa og afturklefa geimstöðvarinnar. Heildarveggplatan í þrýstiklefanum er hönnuð með blöndu af húð og styrkingarrifjum, sem nær meiri samþættingu í burðarvirki og þyngdarhagkvæmni. Þótt heildarstífleiki og styrkur batni, fækkar það fjölda og flækjustigi tengihluta og dregur þannig enn frekar úr þyngd en viðheldur mikilli afköstum. Með því að efla notkun 5B70 efnisverkfræði mun notkun 5B70 efnis... auka smám saman og fara yfir lágmarksframboðsþröskuldinn, sem mun hjálpa til við að tryggja samfellda framleiðslu og stöðug gæði hráefna og lækka hráefnisverð verulega. Eins og áður hefur komið fram, þó að margir eiginleikar álfelganna hafi verið bættir með skandíum örblöndun, takmarkar hátt verð og skortur á skandíum notkunarsvið skandíum álfelganna. Í samanburði við álfelgefni eins og Al Cu, Al Zn, Al ZnMg, hafa skandíum-innihaldandi álfelgefni góða alhliða vélræna eiginleika, tæringarþol og framúrskarandi vinnslueiginleika, sem gerir þau að víðtækum notkunarmöguleikum í framleiðslu helstu byggingarhluta á iðnaðarsviðum eins og flug- og geimferðaiðnaði. Með sífelldri aukningu rannsókna á skandíum örblöndunartækni og umbótum á framboðskeðju og iðnaðarkeðjusamræmi munu verð- og kostnaðarþættir sem takmarka stórfellda iðnaðarnotkun skandíum álfelganna smám saman batna. Góðir alhliða vélrænir eiginleikar, tæringarþol og framúrskarandi vinnslueiginleikar skandíum álfelganna gera þau að miklum kostum í þyngdarlækkun og víðtækum notkunarmöguleikum á sviði framleiðslu flugvélabúnaðar.
Birtingartími: 29. október 2024