Als een lichtlegering die cruciaal is voor luchtvaarttransportapparatuur, zijn de macroscopische mechanische eigenschappen van aluminiumlegering nauw verwant aan de microstructuur. Door de belangrijkste legeringselementen in de aluminiumlegeringsstructuur te veranderen, kan de microstructuur van de aluminiumlegering worden gewijzigd en kunnen de macroscopische mechanische eigenschappen en andere eigenschappen (zoals corrosieweerstand en lasprestaties) van het materiaal aanzienlijk worden verbeterd. Tot nu toe is micro -legering de meest veelbelovende technologische ontwikkelingsstrategie geworden voor het optimaliseren van de microstructuur van aluminiumlegeringen en het verbeteren van de uitgebreide eigenschappen van aluminiumlegeringsmaterialen.Scandium(SC) is de meest effectieve micro -legelerende elementverbeteraar die bekend staat om aluminiumlegeringen. De oplosbaarheid van scandium in aluminiummatrix is minder dan 0,35 gew.%, Het toevoegen van sporenhoeveelheden scandiumelement aan aluminiumlegeringen kan hun microstructuur effectief verbeteren, hun sterkte, hardheid, plasticiteit, thermische stabiliteit en corrosieresistentie. Scandium heeft meerdere fysieke effecten in aluminiumlegeringen, waaronder versterking van vaste oplossing, deeltjesversterking en remming van herkristallisatie. Dit artikel introduceert de historische ontwikkeling, de nieuwste vooruitgang en mogelijke toepassingen van scandium dat aluminiumlegeringen bevat op het gebied van de productie van luchtvaartapparatuur.
Onderzoek en ontwikkeling van aluminium scandiumlegering
De toevoeging van scandium als legeringselement aan aluminiumlegeringen is terug te voeren op de jaren zestig. Op dat moment werd het grootste deel van het werk uitgevoerd in binaire Al SC en ternaire ALMG SC -legeringssystemen. In de jaren zeventig voerde het Baykov Institute of Metallurgy and Materials Science van de Sovjet Academy of Sciences en het All Russian Institute of Light Alloy Research een systematisch onderzoek uit naar de vorm en het mechanisme van Scandium in aluminiumlegeringen. Na bijna veertig jaar inspanning zijn 14 graden aluminium scandiumlegeringen ontwikkeld in drie grote series (Al Mg SC, Al Li SC, Al Zn Mg SC). De oplosbaarheid van scandiumatomen in aluminium is laag en door het gebruik van geschikte warmtebehandelingsprocessen kunnen AL3SC-nano-neerslag met hoge dichtheid worden neergeslagen. Deze neerslagfase is bijna bolvormig, met kleine deeltjes en verspreide verdeling, en heeft een goede coherente relatie met de aluminiummatrix, die de kamertemperatuursterkte van aluminiumlegeringen aanzienlijk kan verbeteren. Bovendien hebben AL3SC -nano -neerslagjes een goede thermische stabiliteit en vergrote weerstand bij hoge temperaturen (binnen 400 ℃), wat uiterst gunstig is voor de sterke hittebestendigheid van de legering. In Russisch gemaakt aluminium scandiumlegeringen heeft 1570 legering veel aandacht getrokken vanwege de hoogste sterkte en breedste toepassing. Deze legering vertoont uitstekende prestaties in de werktemperatuurbereik van -196 ℃ tot 70 ℃ en heeft natuurlijke superplasticiteit, die de Russische gemaakte LF6 -aluminiumlegering kan vervangen (een aluminium magnesiumlegering die hoofdzakelijk is samengesteld uit aluminium, magnesium, koper, mangaan en silicium) voor belastingdoorzaken in vloeibare oxygenmedium, met significant beknopte prestaties. Bovendien heeft Rusland ook aluminium zinkmagnesiumschandiumlegeringen ontwikkeld, vertegenwoordigd in 1970, met een materiële sterkte van meer dan 500 mpa.
De industrialisatiestatus vanAluminium scandiumlegering
In 2015 heeft de Europese Unie de "Europese metallurgische routekaart: prospects voor fabrikanten en eindgebruikers" vrijgegeven, waarbij de lasbaarheid van aluminium wordt voorgesteld om de lasbaarheid te bestuderenMagnesium Scandium -legeringen. In september 2020 heeft de Europese Unie een lijst met 29 belangrijke minerale middelen vrijgegeven, waaronder Scandium. De 5024H116 aluminium magnesiumschandiumlegering ontwikkeld door ALE -aluminium in Duitsland heeft middelgrote tot hoge sterkte en hoge schade -tolerantie, waardoor het een veelbelovend materiaal is voor de romphuid. Het kan worden gebruikt om de traditionele aluminiumlegeringen van 2xxx-serie te vervangen en is opgenomen in Airbus 'AIMS03-01-055 materiaal inkoopboek. 5028 is een verbeterde graad van 5024, geschikt voor laserslassen en wrijvingsstoorlassen. Het kan het kruipvormingsproces van hyperbolische integrale wandpanelen bereiken, dat corrosiebestendig is en geen aluminiumcoating vereist. In vergelijking met 2524 legering kan de totale wandpaneelstructuur van de romp een 5% structurele gewichtsvermindering bereiken. Het AA5024-H116 aluminium scandiumlegeringsheet geproduceerd door Aili Aluminium Company is gebruikt om de structurele componenten van vliegtuigen en ruimtevaartuigen te produceren. De typische dikte van de AA5024-H116-legeringsplaat is 1,6 mm tot 8,0 mm en vanwege de lage dichtheid, matige mechanische eigenschappen, hoge corrosieweerstand en strikte dimensionale afwijking, kan het 2524-legering vervangen als het romphuidmateriaal. Momenteel is het AA5024-H116-legeringsheet gecertificeerd door Airbus AIMS03-04-055. In december 2018 bracht het ministerie van industrie en informatietechnologie van China de "Guiding-catalogus vrij voor de eerste partij secundaire toepassingsdemonstraties van belangrijke nieuwe materialen (editie 2018)", waaronder "hoog-zuiverheidsscolitiekoxide" in de ontwikkelingscatalogus van de nieuwe materialenindustrie. In 2019 bracht het ministerie van Industrie en Informatietechnologie van China de "Guidelende catalogus uit voor de eerste reeks demonstratietoepassingen van belangrijke nieuwe materialen (editie 2019)", waaronder "SC met verwerkingsmateriaal van aluminiumlegering en Al Si SC -lasdraden" in de ontwikkelingscatalogus van de nieuwe materialenindustrie. China Aluminium Group Northeast Light Alloy heeft een AL MG SC ZR -serie 5B70 -legering ontwikkeld die scandium en zirkonium bevat. Vergeleken met de traditionele Al MG -serie 5083 -legering zonder scandium en zirkonium, zijn de opbrengst en treksterkte met meer dan 30%toegenomen. Bovendien kan de Al Mg SC ZR -legering vergelijkbare corrosieweerstand behouden als de 5083 -legering. Momenteel zijn de belangrijkste binnenlandse ondernemingen met industriële kwaliteitaluminium scandiumlegeringProductiecapaciteit zijn Northeast Light Alloy Company en Southwest Aluminium Industry. De grote 5B70 aluminium scandiumlegeringsplaat ontwikkeld door Northeast Light Alloy Co., Ltd. kan grote aluminiumlegering dikke platen leveren met een maximale dikte van 70 mm en een maximale breedte van 3500 mm; Dunne plaatproducten en profielproducten kunnen worden aangepast voor productie, met een diktebereik van 2 mm tot 6 mm en een maximale breedte van 1500 mm. Southwest Aluminium heeft onafhankelijk 5K40 -materiaal ontwikkeld en aanzienlijke vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling van dunne platen. Al Zn MG -legering is een tijdhardende legering met hoge sterkte, goede verwerkingsprestaties en uitstekende lasprestaties. Het is een onmisbaar en belangrijk structureel materiaal in huidige transportvoertuigen zoals vliegtuigen. Op basis van lasbare Alzn Mg van gemiddelde sterkte, kan het toevoegen van scandium- en zirkoniumlegeringselementen kleine en gedispergeerde AL3 (SC, ZR) nanodeeltjes in de microstructuur vormen, waardoor de mechanische eigenschappen en stresscorrosieweerstand van de legering aanzienlijk wordt verbeterd. Het Langley Research Center van NASA heeft een ternaire aluminium scandiumlegering ontwikkeld met de graad C557, die klaar is om te worden toegepast in modelmissies. De statische sterkte, scheurvoortplanting en breuktaaiheid van deze legering bij lage temperatuur (-200 ℃), kamertemperatuur en hoge temperatuur (107 ℃) zijn allemaal gelijk aan of beter dan die van 2524 legering. Northwestern University in de Verenigde Staten heeft de Alzn MG SC Legering 7000-serie ultrahoge sterkte aluminiumlegering ontwikkeld, met een treksterkte tot 680 mpa. Een patroon van gewrichtsontwikkeling tussen aluminium scandiumlegering met een middelhoog sterkte en ultrahoge sterkte Al Zn Mg SC is gevormd. Al Zn Mg Cu SC-legering is een hoogwaardig aluminiumlegering met een treksterkte van meer dan 800 MPa. Momenteel zijn de nominale compositie en basisperformatieparameters van de belangrijkste cijfers vanaluminium scandiumlegeringzijn als volgt samengevat, zoals weergegeven in tabellen 1 en 2.
Tabel 1 | Nominale samenstelling van aluminium scandiumlegering
Tabel 2 | Microstructuur en trekeigenschappen van aluminium scandiumlegering
Toepassingsperspectieven van aluminium scandiumlegering
Hoge sterkte Al Zn Mg Cu SC en Al Culi SC-legeringen zijn toegepast op belastingdragende structurele componenten, waaronder de Russische MiG-21 en MiG-29 straaljagers. Het dashboard van het Russische ruimtevaartuig “Mars-1 ″ is gemaakt van 1570 aluminium scandiumlegering, met een totale gewichtsvermindering van 20%. De belastingdragende componenten van de instrumentmodule van het Mars-96-ruimtevaartuig zijn gemaakt van aluminiumlegering van 1970 met scandium, waardoor het gewicht van de instrumentmodule met 10%wordt verminderd. In het "Clean Sky" -programma en het "2050 Flight Route" -project van de EU, voerde Airbus geïntegreerde vrachtdeurontwerp, onderzoek en ontwikkeling, productie-, productie- en installatietestvluchten uit voor A321-vliegtuigen op basis van de opvolger van AA5028-H116 aluminium scandium-legering van 5024 aluminum scandiumlegering. Aluminium scandiumlegeringen vertegenwoordigd door AA5028 vertoonden uitstekende verwerkings- en lasprestaties. Gebruikmakend van geavanceerde lastechnieken zoals wrijvingsstoorlassen en laserslassen om een betrouwbare verbinding van scandium met aluminiumlegeringsmaterialen te bereiken. De geleidelijke implementatie van "lassen in plaats van klinken" in door vliegtuigen versterkte dunne plaatstructuren handhaaft niet alleen de consistentie van vliegtuigmaterialen en structurele integriteit, het bereiken van efficiënte en goedkope productie, maar heeft ook gewichtsvermindering en afdichtingseffecten. Het applicatieonderzoek van aluminium Scandium 5B70 Alloy door China Aerospace Special Materials Research Institute heeft de technologieën van een sterk draaien van componenten met variabele wanddikte doorbroken, controle van corrosieweerstand en sterkte -matching en controle van lasreststress. Het heeft de adaptieve lasdraad van de aluminium scandiumlegering voorbereid en de gewrichtssterkte -wrijvingscoëfficiënt voor dikke platen in de legering kan 0,92 bereiken. China Academy of Space Technology, Central South University en anderen hebben uitgebreide mechanische prestatietests en procesexperimenten uitgevoerd op het 5B70 -materiaal, geüpgraded en herhaald het selectieschema van het structurele materiaal voor 5A06 en zijn begonnen met het toepassen van de 5B70 aluminiumlegering op de hoofdstructuur van de algehele versterkte wandpanelen van de cabinestation en de cabine. Het totale wandpaneel van de plaatstructuur onder druk gezet is ontworpen met een combinatie van huid- en versterkingsribben, het bereiken van een hogere structurele integratie en gewichtsoptimalisatie. Hoewel het de algehele stijfheid en sterkte verbetert, vermindert het het aantal en de complexiteit van het verbinden van componenten, waardoor het gewicht verder wordt verminderd met behoud van hoge prestaties. Met de promotie van de toepassing van 5B70 Material Engineering, zal het gebruik van 5B70 -materiaal geleidelijk de minimale aanboddrempel verhogen en overschrijden, wat zal helpen de continue productie en stabiele kwaliteit van grondstoffen te waarborgen en de grondstofprijzen aanzienlijk te verlagen. Zoals eerder vermeld, hoewel veel eigenschappen van aluminiumlegeringen zijn verbeterd door scandium micro -legering, beperken de hoge prijs en schaarste van het schandium het toepassingsbereik van aluminium scandiumlegeringen. Vergeleken met aluminiumlegeringsmaterialen zoals Al Cu, Al Zn, Al Znmg, hebben scandium met aluminiumlegeringsmaterialen goede uitgebreide mechanische eigenschappen, corrosieweerstand en uitstekende verwerkingskenmerken, waardoor ze brede toepassingsvooruitzichten hebben bij de productie van hoofdstructurele componenten in industriële velden zoals Aerospace. Met de continue verdieping van onderzoek naar scandium micro-legeringstechnologie en de verbetering van de supply chain en industriële keten matching, zullen de prijs en kostenfactoren die de grootschalige industriële toepassing van scandiumaluminiumlegeringen beperken geleidelijk verbeteren. De goede uitgebreide mechanische eigenschappen, corrosieweerstand en uitstekende verwerkingskenmerken van aluminium scandiumlegeringen zorgen ervoor dat ze duidelijke structurele gewichtsreductievoordelen hebben en een breed toepassingspotentieel op het gebied van de productie van luchtvaartapparatuur.
Posttijd: 29-2024