Bilang isang magaan na haluang metal na mahalaga para sa kagamitan sa transportasyon ng aviation, ang mga macroscopic na mekanikal na katangian ng aluminyo haluang metal ay malapit na nauugnay sa microstructure nito. Sa pamamagitan ng pagbabago ng mga pangunahing elemento ng alloying sa istraktura ng aluminyo haluang metal, ang microstructure ng aluminyo haluang metal ay maaaring mabago, at ang mga macroscopic mekanikal na katangian at iba pang mga katangian (tulad ng corrosion resistance at welding performance) ng materyal ay maaaring makabuluhang mapabuti. Hanggang ngayon, ang microalloying ay naging pinaka-promising na diskarte sa pag-unlad ng teknolohiya para sa pag-optimize ng microstructure ng mga aluminyo na haluang metal at pagpapabuti ng mga komprehensibong katangian ng mga materyales ng aluminyo haluang metal.Scandium(Sc) ay ang pinaka-epektibong microalloying element enhancer na kilala para sa mga aluminum alloy. Ang solubility ng scandium sa aluminum matrix ay mas mababa sa 0.35 wt.%, Ang pagdaragdag ng mga bakas na halaga ng scandium na elemento sa mga aluminum alloy ay maaaring epektibong mapabuti ang kanilang microstructure, komprehensibong mapahusay ang kanilang lakas, tigas, plasticity, thermal stability, at corrosion resistance. Ang Scandium ay may maraming pisikal na epekto sa mga aluminyo na haluang metal, kabilang ang pagpapalakas ng solidong solusyon, pagpapalakas ng particle, at pagsugpo ng recrystallization. Ipakikilala ng artikulong ito ang makasaysayang pag-unlad, pinakabagong pag-unlad, at mga potensyal na aplikasyon ng scandium na naglalaman ng mga aluminyo na haluang metal sa larangan ng pagmamanupaktura ng kagamitan sa aviation.
Pananaliksik at Pagpapaunlad ng Aluminum Scandium Alloy
Ang pagdaragdag ng scandium bilang isang elemento ng haluang metal sa mga haluang metal ay maaaring masubaybayan noong 1960s. Sa oras na iyon, ang karamihan sa mga gawain ay isinasagawa sa binary Al Sc at ternary AlMg Sc alloy system. Noong 1970s, ang Baykov Institute of Metallurgy and Materials Science ng Soviet Academy of Sciences at ang All Russian Institute of Light Alloy Research ay nagsagawa ng isang sistematikong pag-aaral sa anyo at mekanismo ng scandium sa mga aluminyo na haluang metal. Matapos ang halos apatnapung taon ng pagsisikap, 14 na grado ng aluminyo scandium alloys ang nabuo sa tatlong pangunahing serye (Al Mg Sc, Al Li Sc, Al Zn Mg Sc). Ang solubility ng scandium atoms sa aluminum ay mababa, at sa pamamagitan ng paggamit ng naaangkop na proseso ng heat treatment, ang high-density na Al3Sc nano precipitates ay maaaring ma-precipitate. Ang yugto ng precipitation na ito ay halos spherical, na may maliliit na particle at dispersed distribution, at may magandang coherent na relasyon sa aluminum matrix, na maaaring lubos na mapabuti ang room temperature strength ng aluminum alloys. Bilang karagdagan, ang Al3Sc nano precipitates ay may magandang thermal stability at coarsening resistance sa mataas na temperatura (sa loob ng 400 ℃), na lubhang kapaki-pakinabang para sa malakas na heat resistance ng alloy. Sa Russian na gawa sa aluminum scandium alloys, ang 1570 na haluang metal ay nakakaakit ng maraming pansin dahil sa pinakamataas na lakas at pinakamalawak na aplikasyon nito. Ang haluang ito ay nagpapakita ng mahusay na pagganap sa hanay ng temperatura ng pagtatrabaho na -196 ℃ hanggang 70 ℃ at may natural na superplasticity, na maaaring palitan ang LF6 aluminum alloy na gawa sa Russia (isang aluminum magnesium alloy na pangunahing binubuo ng aluminum, magnesium, copper, manganese, at silicon) para sa load-bearing welding structures sa liquid oxygen medium, na may makabuluhang pinabuting performance. Bilang karagdagan, ang Russia ay nakabuo din ng aluminum zinc magnesium scandium alloys, na kinakatawan ng 1970, na may materyal na lakas na higit sa 500MPa.
Ang Katayuan ng Industriyalisasyon ngAluminum Scandium Alloy
Noong 2015, inilabas ng European Union ang "European Metallurgical Roadmap: Prospects for Manufacturers and End Users", na nagmumungkahi na pag-aralan ang weldability ng aluminummga haluang metal ng magnesium scandium. Noong Setyembre 2020, naglabas ang European Union ng isang listahan ng 29 pangunahing mapagkukunan ng mineral, kabilang ang scandium. Ang 5024H116 aluminum magnesium scandium alloy na binuo ng Ale Aluminum sa Germany ay may medium hanggang mataas na lakas at mataas na damage tolerance, na ginagawa itong isang napaka-promising na materyal para sa balat ng fuselage. Maaari itong gamitin upang palitan ang tradisyonal na 2xxx series na aluminum alloy at isinama sa AIMS03-01-055 material procurement book ng Airbus. Ang 5028 ay isang pinahusay na grado ng 5024, na angkop para sa laser welding at friction stir welding. Maaari nitong makamit ang proseso ng pagbubuo ng creep ng hyperbolic integral wall panels, na lumalaban sa kaagnasan at hindi nangangailangan ng aluminum coating. Kung ikukumpara sa 2524 na haluang metal, ang kabuuang istraktura ng wall panel ng fuselage ay makakamit ng 5% na pagbabawas ng timbang sa istruktura. Ang AA5024-H116 aluminum scandium alloy sheet na ginawa ng Aili Aluminum Company ay ginamit sa paggawa ng aircraft fuselage at spacecraft structural component. Ang karaniwang kapal ng AA5024-H116 alloy sheet ay 1.6mm hanggang 8.0mm, at dahil sa mababang density nito, katamtamang mekanikal na katangian, mataas na corrosion resistance, at mahigpit na dimensional deviation, maaari nitong palitan ang 2524 alloy bilang fuselage skin material. Sa kasalukuyan, ang AA5024-H116 alloy sheet ay na-certify ng Airbus AIMS03-04-055. Noong Disyembre 2018, inilabas ng Ministry of Industry at Information Technology ng China ang "Guiding Catalog para sa Unang Batch ng Secondary Application Demonstrations of Key New Materials (2018 Edition)", na kinabibilangan ng "high-purity scandium oxide" sa development catalog ng bagong industriya ng mga materyales. Noong 2019, inilabas ng Ministry of Industry at Information Technology ng China ang "Guiding Catalog for the First Batch of Demonstration Applications of Key New Materials (2019 Edition)", na kinabibilangan ng "Sc containing aluminum alloy processing materials at Al Si Sc welding wires" sa development catalog ng bagong industriya ng mga materyales. Ang China Aluminum Group Northeast Light Alloy ay nakabuo ng Al Mg Sc Zr series 5B70 alloy na naglalaman ng scandium at zirconium. Kung ikukumpara sa tradisyonal na Al Mg series 5083 na haluang metal na walang scandium at zirconium, ang yield at tensile strength nito ay tumaas ng higit sa 30%. Bukod dito, ang Al Mg Sc Zr alloy ay maaaring mapanatili ang maihahambing na corrosion resistance sa 5083 alloy. Sa kasalukuyan, ang pangunahing domestic negosyo na may pang-industriyang gradoaluminyo scandium haluang metalkapasidad ng produksyon ay Northeast Light Alloy Company at Southwest Aluminum Industry. Ang malaking sukat na 5B70 aluminum scandium alloy sheet na binuo ng Northeast Light Alloy Co., Ltd. ay maaaring magbigay ng malalaking aluminum alloy na makapal na plato na may maximum na kapal na 70mm at maximum na lapad na 3500mm; Ang mga produktong manipis na sheet at mga produkto ng profile ay maaaring i-customize para sa produksyon, na may hanay ng kapal na 2mm hanggang 6mm at maximum na lapad na 1500mm. Ang Southwest Aluminum ay nakapag-iisa na bumuo ng 5K40 na materyal at gumawa ng makabuluhang pag-unlad sa pagbuo ng manipis na mga plato. Ang Al Zn Mg alloy ay isang time hardening alloy na may mataas na lakas, mahusay na pagganap ng pagproseso, at mahusay na pagganap ng hinang. Ito ay isang kailangang-kailangan at mahalagang structural material sa kasalukuyang mga sasakyang pangtransportasyon tulad ng mga eroplano. Sa batayan ng medium strength weldable na AlZn Mg, ang pagdaragdag ng mga elemento ng scandium at zirconium alloy ay maaaring bumuo ng maliliit at dispersed na Al3 (Sc, Zr) nanoparticle sa microstructure, na makabuluhang nagpapabuti sa mga mekanikal na katangian at stress corrosion resistance ng haluang metal. Ang Langley Research Center ng NASA ay nakabuo ng ternary aluminum scandium alloy na may grade C557, na handang ilapat sa mga model mission. Ang static strength, crack propagation, at fracture toughness ng haluang ito sa mababang temperatura (-200 ℃), temperatura ng kwarto, at mataas na temperatura (107 ℃) ay lahat ay katumbas o mas mahusay kaysa sa 2524 alloy. Ang Northwestern University sa United States ay bumuo ng AlZn Mg Sc alloy 7000 series na ultra-high strength na aluminum alloy, na may tensile strength na hanggang 680MPa. Isang pattern ng magkasanib na pag-unlad sa pagitan ng medium high strength na aluminum scandium alloy at ultra-high strength na Al Zn Mg Sc ay nabuo. Ang Al Zn Mg Cu Sc alloy ay isang high-strength na aluminyo na haluang metal na may lakas na makunat na higit sa 800 MPa. Sa kasalukuyan, ang nominal na komposisyon at pangunahing mga parameter ng pagganap ng mga pangunahing grado ngaluminyo scandium haluang metalay buod bilang mga sumusunod, tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 1 at 2.
Talahanayan 1 | Nominal na Komposisyon ng Aluminum Scandium Alloy
Talahanayan 2 | Microstructure at Tensile Properties ng Aluminum Scandium Alloy
Mga prospect ng aplikasyon ng aluminyo scandium alloy
Ang mataas na lakas na Al Zn Mg Cu Sc at Al CuLi Sc alloys ay inilapat sa load-bearing structural components, kabilang ang Russian MiG-21 at MiG-29 fighter jet. Ang dashboard ng Russian spacecraft na "Mars-1" ay gawa sa 1570 aluminum scandium alloy, na may kabuuang pagbabawas ng timbang na 20%. Ang load-bearing components ng instrument module ng Mars-96 spacecraft ay gawa sa 1970 aluminum alloy na naglalaman ng scandium, na binabawasan ang bigat ng instrument module ng 10%. Sa programang "Clean' Route" na "European" at ang programang "Clean'" na "European" na "Airbus" na isinagawa. cargo hold na disenyo ng pinto, pananaliksik at pag-develop, pagmamanupaktura, at pag-install ng mga pagsubok na flight para sa A321 na sasakyang panghimpapawid batay sa kahalili na grade AA5028-H116 na aluminyo scandium alloy ng 5024 aluminum scandium alloys na kinakatawan ng AA5028 ay nagpakita ng mahusay na pagpoproseso at pag-welding ng pagganap ng paggamit ng mga advanced na pamamaraan ng welding ng welding at pag-iimplementa ng mga welding ng laser ng "welding sa halip na riveting" sa aircraft reinforced thin plate structures ay hindi lamang nagpapanatili ng consistency ng mga materyales sa sasakyang panghimpapawid at structural integrity, na nakakamit ng mahusay at murang pagmamanupaktura, ngunit mayroon ding pagbabawas ng timbang at mga epekto ng sealing. welding residual stress Naghanda ito ng aluminum scandium alloy adaptive welding wire, at ang joint strength coefficient ng friction stir welding para sa makapal na mga plato sa haluang metal ay maaaring umabot sa 0.92 China Academy of Space Technology, Central South University, at ang iba ay nagsagawa ng malawak na pagsubok sa pagganap ng makina at mga eksperimento sa proseso sa materyal na 5B70, na-upgrade at inuulit ang structural na materyal sa 5B06 na pagpipilian, at ang structural na materyal sa pagpili ng 5B06. pangunahing istraktura ng pangkalahatang reinforced wall panel ng space station's sealed cabin at return cabin 5B70 material engineering, ang paggamit ng 5B70 na materyal ay unti-unting tataas at lalampas sa minimum na supply threshold, na makakatulong na matiyak ang tuluy-tuloy na produksyon at matatag na kalidad ng mga hilaw na materyales, at makabuluhang bawasan ang mga presyo ng hilaw na materyales, kahit na maraming mga katangian ng mga aluminyo na haluang metal ay napabuti sa pamamagitan ng scandium microalloying, ang mataas na presyo at kakapusan ng skandium na haluang metal tulad ng Aluminum na haluang metal na Aluminum na haluang metal, tulad ng Aluminum na haluang metal ay nililimitahan ng Aluminum na haluang metal Ang ZnMg, scandium na naglalaman ng mga materyales ng aluminyo na haluang metal ay may mahusay na komprehensibong mekanikal na mga katangian, corrosion resistance, at mahusay na mga katangian sa pagpoproseso, na kung saan ay may malawak na mga prospect ng aplikasyon sa paggawa ng mga pangunahing istrukturang bahagi sa mga pang-industriyang larangan tulad ng aerospace Sa patuloy na pagpapalalim ng pananaliksik sa scandium microalloying na teknolohiya at ang pagpapabuti ng supply chain at industrial chain matching, ang presyo at gastos na mga kadahilanan na naghihigpit sa mahusay na paggamit ng aluminyo Ang mga katangian, paglaban sa kaagnasan, at mahusay na mga katangian ng pagproseso ng mga aluminyo scandium alloys ay nagbibigay sa kanila ng malinaw na mga bentahe sa pagbabawas ng timbang sa istruktura at malawak na potensyal na aplikasyon sa larangan ng pagmamanupaktura ng kagamitan sa aviation.
Oras ng post: Okt-29-2024