Como uma liga leve que é crucial para o equipamento de transporte da aviação, as propriedades mecânicas macroscópicas da liga de alumínio estão intimamente relacionadas à sua microestrutura. Ao alterar os principais elementos de liga na estrutura da liga de alumínio, a microestrutura da liga de alumínio pode ser alterada, e as propriedades mecânicas macroscópicas e outras propriedades (como resistência à corrosão e desempenho de soldagem) do material podem ser significativamente melhoradas. Até agora, a microalloying se tornou a estratégia de desenvolvimento tecnológica mais promissora para otimizar a microestrutura de ligas de alumínio e melhorar as propriedades abrangentes dos materiais de liga de alumínio.Escândio(SC) é o intensificador de elementos de micro -alojamento mais eficaz, conhecido por ligas de alumínio. A solubilidade do escândio na matriz de alumínio é inferior a 0,35%em peso, acrescentando que quantidades vestigiais de elemento de escândio às ligas de alumínio podem melhorar efetivamente sua microestrutura, aumentam de maneira abrangente sua força, dureza, plasticidade, estabilidade térmica e resistência à corrosão. O escândio tem múltiplos efeitos físicos em ligas de alumínio, incluindo fortalecimento sólido da solução, fortalecimento de partículas e inibição da recristalização. Este artigo introduzirá o desenvolvimento histórico, o progresso mais recente e as possíveis aplicações de escândio contendo ligas de alumínio no campo da fabricação de equipamentos de aviação.
Pesquisa e desenvolvimento de liga de escândio de alumínio
A adição de escândio como um elemento de liga às ligas de alumínio pode ser rastreada até a década de 1960. Naquela época, a maior parte do trabalho foi realizada nos sistemas binários da Almg SC de Almg SC. Na década de 1970, o Instituto Baykov de Metalurgia e Ciência dos Materiais da Academia Soviética de Ciências e a Pesquisa de All Russian Institute of Light Lighy conduziram um estudo sistemático sobre a forma e o mecanismo de escândio em ligas de alumínio. Após quase quarenta anos de esforço, 14 graus de ligas de escândio de alumínio foram desenvolvidas em três grandes séries (Al Mg SC, Al Li SC, Al Zn MG SC). A solubilidade dos átomos de escândio no alumínio é baixa e, usando os processos apropriados de tratamento térmico, os precipitados de nano de Al3SC de alta densidade podem ser precipitados. Essa fase de precipitação é quase esférica, com pequenas partículas e distribuição dispersa, e tem uma boa relação coerente com a matriz de alumínio, que pode melhorar bastante a resistência à temperatura ambiente das ligas de alumínio. Além disso, os precipitados de nano -AL3SC têm boa estabilidade térmica e resistência a grossa em altas temperaturas (dentro de 400 ℃), o que é extremamente benéfico para a forte resistência ao calor da liga. Em russo fez ligas de escândio de alumínio, a liga 1570 atraiu muita atenção devido à sua maior força e aplicação mais ampla. Essa liga exibe excelente desempenho na faixa de temperatura de trabalho de -196 ℃ a 70 ℃ e possui superplasticidade natural, que pode substituir a liga de alumínio LF6 fabricada russa (uma liga de magnésio de alumínio composta principalmente de alumínio, magnésio, cobre, manganês e silicone) para que a base de soldagem de carga seja significativa. Além disso, a Rússia também desenvolveu ligas de escândio de magnésio de zinco de alumínio, representadas em 1970, com uma força material de mais de 500MPa.
O status de industrialização deLiga de escândio de alumínio
Em 2015, a União Europeia divulgou o “Roteiro metalúrgico europeu: perspectivas de fabricantes e usuários finais”, propondo estudar a soldabilidade do alumínioligas de escândio de magnésio. Em setembro de 2020, a União Europeia divulgou uma lista de 29 recursos minerais importantes, incluindo escândio. A liga de escândio de magnésio 5024H116 de alumínio desenvolvida pela ALE Aluminium na Alemanha possui tolerância a média a alta resistência e alta danos, tornando -o um material muito promissor para a pele da fuselagem. Ele pode ser usado para substituir as ligas de alumínio da série 2xxx tradicional e foi incluído no livro de compras de materiais AIMS03-01-055 da Airbus. 5028 é uma nota aprimorada de 5024, adequada para soldagem a laser e soldagem de agitação. Ele pode atingir o processo de formação de fluência de painéis de parede integral hiperbólicos, que é resistente à corrosão e não requer revestimento de alumínio. Comparado com a liga 2524, a estrutura geral do painel de parede da fuselagem pode obter uma redução de 5% de peso estrutural. A folha de liga de escândio de alumínio AA5024-H116 produzida pela Aili Aluminium Company tem sido usada para fabricar componentes estruturais de fuselagem de aeronaves e naves espaciais. A espessura típica da folha de liga AA5024-H116 é de 1,6 mm a 8,0 mm e, devido à sua baixa densidade e propriedades mecânicas moderadas, alta resistência à corrosão e desvio dimensional rigoroso, pode substituir a liga 2524 como material da pele da fuselagem. Atualmente, a folha de liga AA5024-H116 foi certificada pelo Airbus AIMS03-04-055. Em dezembro de 2018, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação da China divulgou o “Catálogo Orientado para o primeiro lote de demonstrações secundárias de aplicação de novos materiais importantes (edição de 2018)”, que incluía “óxido de escândio de alta pureza” no catálogo de desenvolvimento da nova indústria de materiais. Em 2019, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação da China divulgou o “Catálogo Orientado para o primeiro lote de aplicações de demonstração de novos materiais importantes (edição de 2019)”, que incluía “Sc contendo materiais de processamento de liga de alumínio e fios de soldagem Al Si SC” no catálogo de desenvolvimento da nova indústria de materiais. O Grupo de Alumínio da China Alloy Light Light desenvolveu uma liga Al Mg SC ZR ZR 5B70 contendo escândio e zircônio. Comparado com a liga tradicional da série Al Mg 5083 sem escândio e zircônio, seu rendimento e força de tração aumentaram mais de 30%. Além disso, a liga AL MG SC ZR pode manter a resistência comparável à corrosão à liga 5083. Atualmente, as principais empresas domésticas com grau industrialliga de escândio de alumínioA capacidade de produção é a Northeast Light Lyloy Company e a indústria do sudoeste de alumínio. A folha de liga de escândio de alumínio de 5b70, de tamanho grande, desenvolvido pela Northeast Light Alloy Co., Ltd., pode fornecer grandes placas de alumínio de alumínio com uma espessura máxima de 70 mm e uma largura máxima de 3500 mm; Produtos finos de folha e perfil podem ser personalizados para produção, com uma faixa de espessura de 2 mm a 6 mm e uma largura máxima de 1500 mm. O sudoeste de alumínio desenvolveu independentemente o material 5K40 e fez um progresso significativo no desenvolvimento de placas finas. Alloy Al Zn Mg é uma liga de endurecimento do tempo com alta resistência, bom desempenho de processamento e excelente desempenho de soldagem. É um material estrutural indispensável e importante em veículos de transporte atuais, como aviões. Com base em alzn mg de resistência média, a adição de elementos de liga de escândio e zircônio pode formar nanopartículas pequenas e dispersas de Al3 (SC, ZR) na microestrutura, melhorando significativamente as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão do estresse da liga. O Langley Research Center da NASA desenvolveu uma liga de escândio de alumínio ternário com o Grau C557, que está pronto para ser aplicado em missões modelo. A resistência estática, a propagação da trinca e a tenacidade à fratura dessa liga a baixa temperatura (-200 ℃), temperatura ambiente e alta temperatura (107 ℃) são todas iguais ou melhores que as da liga 2524. A Northwestern University, nos Estados Unidos, desenvolveu a liga de alumínio Alzn MG SC SC SCELOY 7000, com uma força de tração de até 680mpa. Foi formado um padrão de desenvolvimento articular entre liga de escândio de alumínio de alta resistência média e força ultra-alta Al Zn Mg SC. Al Zn Mg Cu SC SC SC é uma liga de alumínio de alta resistência com uma resistência à tração superior a 800 MPa. Atualmente, a composição nominal e os parâmetros básicos de desempenho dos principais notas deliga de escândio de alumínioestão resumidos da seguinte forma, como mostrado nas Tabelas 1 e 2.
Tabela 1 | Composição nominal da liga de escândio de alumínio
Tabela 2 | Microestrutura e propriedades de tração da liga de escândio de alumínio
Perspectivas de aplicação de liga de escândio de alumínio
As ligas de alta resistência AL Zn Mg Cu SC e Al Culi SC foram aplicadas a componentes estruturais de carga, incluindo os caças russos MIG-21 e MIG-29. O painel da espaçonave russa “Mars-1 ″ é feito de liga de escândio de 1570 alumínio, com uma redução total de peso de 20%. Os componentes de carga do módulo do instrumento da espaçonave Mars-96 são feitos de liga de alumínio de 1970 contendo escândio, reduzindo o peso do módulo de instrumento em 10%. No programa “Clean Sky” e no projeto “Rota de Vôo 2050” da UE, a Airbus conduziu o projeto integrado de portas de portas de carga, pesquisa e desenvolvimento de portas, fabricação e testes de instalação para aeronaves A321 com base na liga de alumínio AA5028-H116, com base na liga de alumínio AA5028-H116 de alumínio de alumínio 5024. As ligas de escândio de alumínio representadas pelo AA5028 demonstraram excelente desempenho de processamento e soldagem. Utilizando técnicas avançadas de soldagem, como soldagem de fricção e soldagem a laser, para obter uma conexão confiável de escândio contendo materiais de liga de alumínio. A implementação gradual de “soldagem em vez de rebitar” em estruturas de placas finas reforçadas de aeronaves não apenas mantém a consistência dos materiais da aeronave e a integridade estrutural, alcançando a fabricação eficiente e de baixo custo, mas também tem efeitos de redução e vedação de peso. A pesquisa de pesquisa da liga de escândio de alumínio 5B70 pelo Instituto de Pesquisa de Materiais Aeroespaciais da China rompeu as tecnologias de forte rotação de componentes variáveis de espessura da parede, controle da resistência à corrosão e correspondência de força e controle da soldagem do estresse residual. Ele preparou o fio de soldagem adaptável da liga de escândio de alumínio, e o coeficiente de resistência da articulação de soldagem de agitação para placas grossas na liga pode atingir 0,92. A Academia de Tecnologia Espacial da China, a Central South University e outros realizaram extensos experimentos de teste e processos de desempenho mecânico no material 5B70, atualizaram e iterou o esquema de seleção de material estrutural para 5A06 e começaram a aplicar a cabine de alumínio de 5B70 à estrutura principal dos painéis de parede de 5B70. O painel geral da parede da cabine pressurizado da estrutura da placa é projetado com uma combinação de costelas de pele e reforço, alcançando maior integração estrutural e otimização de peso. Ao melhorar a rigidez e a força gerais, reduz o número e a complexidade dos componentes de conexão, reduzindo ainda mais o peso, mantendo o alto desempenho. Com a promoção da aplicação da engenharia de materiais 5B70, o uso do material 5B70 aumentará e excederá gradualmente o limite mínimo de fornecimento, o que ajudará a garantir a produção contínua e a qualidade estável das matérias -primas e reduzir significativamente os preços das matérias -primas. Como mencionado anteriormente, embora muitas propriedades de ligas de alumínio tenham sido aprimoradas através da microalloying de escândio, o alto preço e a escassez de escândio limitam a faixa de aplicação de ligas de escândio de alumínio. Comparado com materiais de liga de alumínio como Al Cu, Al Zn, AL Znmg, o escândio contendo materiais de liga de alumínio têm boas propriedades mecânicas abrangentes, resistência à corrosão e excelentes características de processamento, o que as faz com que as amplas perspectivas de aplicações na fabricação de principais componentes estruturais em campos industriais, como aeroespacado. Com o aprofundamento contínuo da pesquisa sobre a tecnologia de micro-alojamento de escândio e a melhoria da correspondência da cadeia de suprimentos e da cadeia industrial, os fatores de preço e custo que restringem a aplicação industrial em larga escala de ligas de alumínio de escândio melhorarão gradualmente. As boas propriedades mecânicas abrangentes, resistência à corrosão e excelentes características de processamento de ligas de escândio de alumínio os fazem ter vantagens claras de redução de peso estrutural e amplo potencial de aplicação no campo da fabricação de equipamentos de aviação.
Hora de postagem: outubro-29-2024