Sulami arendamise eesmärk
Alumiiniumsulami arendamine on keemia, töötlemise ja kuumtöötluse kontrollitud manipuleerimine, et saavutada tugevuse, sitkuse, korrosioonikindluse ja vormitavuse sihtkombinatsioon. Puhas alumiinium on pehme ja plastiline; iga kaubanduslik sulam lisab elemente, mis segavad dislokatsiooni liikumist või viimistlevad mikrostruktuuri. Inseneriülesanne on otsustada, milline mehhanism tarnib nõutava vara vastuvõetava hinnaga, ja seejärel fikseerida töötlemisviis, mis muudab selle mehhanismi tootmises korratavaks.
Kaasaegses praktikas domineerib viis mehhanismi: sadestamise kõvenemine, skandiumi mikrosulamine, liitiumi lisamine, küpsetuskarastus 6xxx lehel ja kiire tahkumine kõrgel temperatuuril{1}}.
Sademete kõvenemine 7xxx seerias
Zn{0}}Mg-Cu sulamites moodustavad lahustunud ainete klastrid koherentsed Guinier-Prestoni tsoonid umbes 24 tunni jooksul pärast loomulikku vananemist toatemperatuuril. Nende sulamite standardne T6-viis hõlmab lahuse töötlemist ligikaudu 475 kraadi juures 2 tundi, veega jahutamist ja seejärel kunstlikku vanandamist ligikaudu 120 kraadi juures 24 tundi.
Kunstliku vananemise ajal metastabiilne η' faas, mis põhineb MgZn-l2, tuumab ja blokeerib dislokatsiooni liikumist, mis põhjustab tugevuse suurenemist. Kompromiss-on klassikaline: üle-vananenud T7 karastus ohverdab umbes 10% tipptugevusest, et saavutada märkimisväärselt parem vastupidavus pinge-korrosioonipragunemisele, nagu mudelis AA7075-T7351.
| Samm | Tüüpiline seisund | Eesmärk |
|---|---|---|
| Loomulik vananemine | Toatemperatuur, kuni 24 h | Moodustab ühtsed GP-tsoonid |
| Lahuse ravi | 475 kraadi, 2 h | Lahustab lahustuvad faasid |
| Kustuta | Külm vesi | Säilitab üleküllastunud tahke lahuse |
| Kunstlik vananemine | 120 kraadi, 24 h | Sadeneb peen η' (MgZn2) |
| Üle-vananemine | T7 seisukord | Vahetab tipptugevuse korrosioonikindlusega |
Lennundus- ja kosmosematerjalide spetsifikatsioonid määravad tavaliselt minimaalseks{0}}tasapinnalise deformatsioonimurdetugevuse üle 28 MPa·m1/2paksude tiiva-varraste jaoks ülitugevas-7xxx-plaadis, nagu AA7150-T7751. Murdetugevust mõõdetakse ASTM B645 protseduuridega, nii et nõude tugevust ja kahjustustaluvust saab hinnata võrreldavatel tingimustel.
Skandiumi mikrolegeerimine, tera rafineerimine ja keevitatavus
Ligikaudu 0,2% skandiumi lisamine alumiiniumisulamile muudab valutera struktuuri, vähendades tera suurust umbes 500 μm-lt umbes 10 μm-ni. Mehhanismiks on koherentse Al moodustumine3Sc nanosademed, tavaliselt 3-5 nm suurused, mis kinnitavad nii dislokatsioonid kui ka terade piirid ning peavad vastu rekristalliseerumisele isegi pärast kõrgel temperatuuril töötlemist.
Omaduste suurenemine on mikrolegeeriva lisandi puhul suur: lõõmutatud Al-Mg-Sc materjalis tõuseb voolavuspiir umbes 150 MPa-lt umbes 350 MPa-ni. Scandium eemaldab ka kuum{5}}pragunemise tundlikkuse keevitatavates ülitugevates sulamites, nagu AA2219, mistõttu kasutatakse suurte krüogeensete raketikütuse paagi kuplite jaoks keevitatavaid Al-Cu-Sc variante. Piiravaks teguriks on alati olnud kulu ja praegu tehakse palju arendustööd protsessi kõrvalsaadustest ja{11}}kaevandusjäätmetest skandiumi taastamiseks, nii et lisamine muutub laiema tootevaliku puhul ökonoomseks.
Liitiumi lisamine ja tiheduse vähendamine
Iga 1% alumiiniumile lisatud liitiumi vähendab tihedust umbes 3% ja suurendab jäikust, mistõttu on liitiumi -sisaldavad sulamid atraktiivsed kaalu-kriitiliste struktuuride ja krüogeense mahuti jaoks. Ligikaudu 1,0% lii-sisaldusega sulamid, nagu perekond 2195, on asendanud 2219 käivitatavas-sõidukipaagis ja aidanud kaasa märkimisväärse kaalusäästu sõiduki kohta.
| Funktsioon | Detail |
|---|---|
| Sademete faas | T1(Al2CuLi) |
| Vananemispraktika | Dupleks: 155 kraadi 32 tundi, seejärel 190 kraadi 24 tundi |
| Sulata puhtus | Vaakumkaare ümbersulatamine hapniku hoidmiseks alla 10 ppm |
| Lennuki kere kasutamine | AA2099-T86 plaat ja leht kere nahkade jaoks |
| Mehaaniline töötlemine | Vajab liitiumi reaktsioonivõime tõttu mineraal{0}}õli-põhiseid jahutusvedelikke |
Dupleksne vananemisravi on olemas, kuna T1sadestumine on aeglane ja see tuleb tuumastada madalamal temperatuuril, enne kui{0}}kõrgema temperatuuri aste kasvatab plaati-nagu sade, mis annab sulamile tugevuse ja sitkuse tasakaalu. Puhas sulamine on sama oluline, kuna liitium oksüdeerub kergesti ja oksiidisulgud toimivad pragude initsiaatoritena.
Küpsetage kõvenemine 6xxx seerias
Autode kerepaneelid kasutavad Al{0}}Mg-Si-lehte T4P-seisundis, mis on vormitud ja seejärel värvitöökojas tugevdatud. Mg2Si '' nõelad, mõõtmetega umbes 2 x 5 nm, sadestuvad värvimis-küpsetustsükli ajal, tavaliselt 185 kraadi juures 20 minuti jooksul, suurendades voolavuspiiri kohtades, kus paneel on juba moodustunud.
AA6016-T4P leht saavutab ligikaudu 20% kõrgema küpsetusjärgse-tugevuse kui kahefaasilise terase võrdlusplaadil, nagu DP780.
Elektrokatte adhesioon sõltub raua -/-räni suhte hoidmisest üle umbes 1,5:1, nii et pinnakeemia püsib ühtlasena kogu eeltöötlusjoonel.
Kokkupõrkejõudlus, mõõdetuna energia neeldumisena, ulatub ligikaudu 15 kJ/kg-ni, võrreldes ligikaudu 8 kJ/kg võrreldavate terasprofiilide puhul.
6xxx sulamitest valmistatud suured ühest tükist valmistatud alusvalandid ja konstruktsioonipaneelid kasutavad sama küpsetus-kõvenemist, nii et vormitavus pressimisel ja kasutustugevus on lahutatud.
Kiire tahkumine ja kõrgel{0}}temperatuuril sulamid
Tavalised alumiiniumvalatud sulamid kaotavad tugevuse üle 150 kraadi, kuna nende tugevnemine sadestub jämedamaks. Kiire tahkumine ületab selle piiri, luues termiliselt stabiilsete osakeste peene dispersiooni. Näiteks pihustussadestamine annab Al-8,5Fe-1,3V-1,7Si sulami, mis saavutab 300 kraadi juures endiselt umbes 400 MPa tugevust, mida toetab üle 10 dispersoidi populatsioon.17/m350 nm Al12(Fe, V)3Si osakesed, mis on vastupidavad jämedusele.
Lisatootmine laiendab sama ideed keerukatele kujunditele. Selektiivset lasersulatamist kasutatakse turboülelaaduri rataste ja AlSi10Mg pidurisadulate ehitamiseks, millel on peened, üleküllastunud rakustruktuurid ja hea mõõtmete vabadus, samas kui kompressori sektsioonide jaoks välja töötatud Al-Ce-Mg sulamid taluvad töötemperatuuri umbes 250 kraadi, kaotamata oma hajumist. Disainerite jaoks on praktiline sõnum, et sulami arendamine ei ole enam ainult sulatisele elementide lisamine; pulbri tee, tahkestumise kiirus ja kuumtöötlus on nüüd sama võimsad hoovad.
Korduma kippuvad küsimused
K: Mis on alumiiniumisulamite sademete kõvenemine?
Seda tugevdavad vananemise käigus tekkinud peenelt hajutatud osakesed. Lahustunud ainet hoitakse üleküllastunud lahuses kustutamise teel, seejärel sadestub GP-tsoonide ja metastabiilsete faasidena, mis takistavad dislokatsiooni liikumist.
K: Miks kasutada T7 temperamenti tipp-vanuse T6 asemel?
T7 üle-vananemine annab umbes 10% tipptugevusest, kuid parandab oluliselt pinge-korrosioonipragunemiskindlust ja mõõtmete stabiilsust, mis on oluline paksude sektsioonide puhul püsiva koormuse korral.
K: Kui palju skandiumi on vaja terade struktuuri täpsustamiseks?
Umbes 0,2% on tavaliselt piisav, et vähendada as-tera suurust umbes 500 μm-lt umbes 10 μm-le läbi Al3Sc nanosademed 3-5 nm.
K: Miks liitiumi{0}}sisaldavaid sulameid vanandatakse kahes etapis?
T1(Al2CuLi) sadestumine on aeglane, nii et dupleksvanandamine 155 kraadi ja seejärel 190 kraadi juures tuumastab kõigepealt faasi ja seejärel kasvatab selle suuruseni, mis annab parima tugevuse ja sitkuse.
K: Mis piirab küpsetus-karastatud 6xxx lehte kerepaneelides?
Vormitavus pressis ja pinnakeemia stabiilsus elektrokatte adhesiooniks, mistõttu kontrollitakse raua -/-räni suhet üle umbes 1,5:1.
K: Milline mehhanism võimaldab alumiiniumil töötada üle 250 kraadi?
Kiire tahkumise töötlemine. See loob stabiilsete osakeste, näiteks Al, tiheda dispersiooni12(Fe, V)3Si, mis on kõrgel temperatuuril vastupidav karedusele.
