Alyuminiy va titan: aerokosmik qo'shimchalar ishlab chiqarish uchun ajoyib tanlovlar

Ilg'or ilmiy izlanishlar va rivojlanish istiqbollariga asoslanib, "Science" bir marta maqola e'lon qildi, unda zamonaviy sanoat konstruktiv materiallarning yuqori quvvatga ega bo'lishini, sinish chidamliligi va qattiqligini talab qiladi va shu bilan birga og'irlikni iloji boricha kamaytirishni talab qiladi. Bunday holda, alyuminiy va titan bilan ifodalangan engil vaznli yuqori quvvatli qotishmalar va Ni asosli super qotishmalar bilan ifodalangan yuk ko'taruvchi issiqlikka chidamli qotishmalar turli xil yangi materiallarni tadqiq qilish va ishlab chiqish rejalarida ishlab chiqilgan asosiy materiallardan biriga aylandi. mamlakatlarda, shuningdek, lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish jarayonida. Muhim qo'llaniladigan material.

Titan va alyuminiyning afzalliklari va farqlari

Alyuminiy qotishmasi va titanium qotishmasi, ularning past zichligi va strukturaviy mustahkamligi tufayli, aerokosmik, avtomobil, mashinasozlik va boshqa sohalarda, 3D bosib chiqarish yoki CNC ishlov berishda, ayniqsa aviatsiya sanoatida keng qo'llaniladi. Bu aviatsiya sanoatining asosiy tarkibiy materialidir.

Titan ham, alyuminiy ham engil, ammo ular orasida hali ham farqlar mavjud. Titan alyuminiydan taxminan uchdan ikki baravar og'irroq bo'lsa-da, uning o'ziga xos kuchi talab qilinadigan quvvatga kamroq foydalanish orqali erishish mumkinligini anglatadi. Titan qotishmalari samolyot reaktiv dvigatellarida va har xil turdagi kosmik kemalarda keng qo'llaniladi va ularning kuchi va past zichligi yoqilg'i xarajatlarini kamaytirishi mumkin. Alyuminiy qotishmasining zichligi po'latning faqat uchdan bir qismini tashkil qiladi va bu bosqichda avtomobillar uchun eng ko'p ishlatiladigan va keng tarqalgan engil materialdir. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, alyuminiy qotishmalari 540 kg gacha bo'lgan avtomobilda ishlatilishi mumkin. Og'irligi 40 foizga kamaygan holda, Audi, Toyota va boshqa markali avtomobillarning alyuminiy korpusi yaxshi misoldir.

Alyuminiy va titanning moddiy xususiyatlari

Ikkala material ham yuqori quvvat va past zichlikka ega bo'lganligi sababli, qaysi qotishmani ishlatishni hal qilishda boshqa farqlarni hisobga olish kerak.

Kuch / vazn: Kritik vaziyatlarda qismning har bir grammi hisobga olinadi, lekin agar yuqori quvvatli qism talab qilinsa, titanium eng yaxshi tanlovdir. Shu sababli, titanium qotishmalari tibbiy asboblar / implantlar, murakkab sun'iy yo'ldosh agregatlari, armatura va stentlar va boshqalarni ishlab chiqarishda qo'llaniladi.

Narxi: Alyuminiy ishlov berish yoki 3D bosib chiqarish uchun eng tejamkor metalldir; titan qimmat, lekin baribir qiymatda sakrashga olib kelishi mumkin. Samolyot yoki kosmik kema uchun engil qismlarning yoqilg'i tejamkorligi katta bo'ladi, titan qismlari esa uzoq davom etadi.

Issiqlik xususiyatlari: Alyuminiy qotishmalari yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega va ko'pincha radiatorlar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi; yuqori haroratli ilovalar uchun titanning yuqori erish nuqtasi uni yanada moslashtiradi va aero-dvigatellar ko'p miqdorda titanium qotishma komponentlarini o'z ichiga oladi.

Korroziyaga qarshilik: Alyuminiy ham, titan ham mukammal korroziyaga chidamliligiga ega.

Titanning korroziyaga chidamliligi va past reaktivligi uni eng biomos keluvchi metallga aylantiradi va u jarrohlik asboblari kabi tibbiy dasturlarda keng qo'llaniladi. Ti64 sho'r muhitlarga ham yaxshi qarshilik ko'rsatadi va ko'pincha dengiz ilovalarida qo'llaniladi.

Alyuminiy qotishmalari va titanium qotishmalari aerokosmik dasturlarda juda keng tarqalgan. Titan qotishmasi yuqori quvvatga ega va past zichlikka ega (po'latning faqat taxminan 57 foizi) va uning o'ziga xos kuchi (kuch / zichlik) boshqa metall konstruktiv materiallarga qaraganda ancha katta. U yuqori birlik kuchiga, yaxshi qattiqlikka va engil vaznga ega qismlarni ishlab chiqarishi mumkin. Titan qotishmalari samolyot dvigatellari qismlari, skeletlari, terilari, mahkamlagichlari va qo'nish moslamalarida ishlatilishi mumkin. 3D bosib chiqarish texnologiyasi bo'yicha ma'lumotnoma ma'lumotlari alyuminiy qotishmalarining 200 darajadan past bo'lgan muhitda ishlashga mos kelishini aniqladi. Airbus A380 korpusida ishlatiladigan alyuminiy material 1/3 dan ko'proqni tashkil qiladi va C919 ham ko'p sonli an'anaviy yuqori bosimdan foydalanadi. ishlash alyuminiy qotishma materiallari. Alyuminiy qotishmalaridan samolyot terilari, to'siqlar, qovurg'alar va boshqalar tayyorlanishi mumkin.

Titan qo'shimchalarini ishlab chiqarish va aerokosmik sanoat

Deloitte tomonidan e'lon qilingan 2019 yilgi Aerokosmik va mudofaa sanoatining global istiqboliga ko'ra, aviatsiya va mudofaa sanoati o'sishda davom etar ekan, ishlab chiqarishga bo'lgan talab ham ortadi. Va aerokosmik va mudofaa dasturlarini loyihalashda material tanlash juda muhimdir. Tuproqdan tashqarida bo'lgan komponentlar uchun komponentlar soni va vaznini kamaytirish muhim ahamiyatga ega. Bu sohalarda har 1 g vazn yo'qotish katta foyda keltirishi mumkin.

Titan juda yuqori erish nuqtasiga ega, 1600 darajadan yuqori va odatda ishlov berish qiyin bo'lgan materialdir, bu boshqa metallarga qaraganda qimmatroq bo'lishining asosiy sababidir. Ti6Al4V hozirda eng ko'p ishlatiladigan titanium qotishma materialidir. U nafaqat vazni engil, balki yuqori quvvat va yuqori haroratga chidamliligiga ham ega. Bu xususiyatlar uni aerokosmik sohada juda mashhur qiladi. Keng tarqalgan qo'llanmalarga dvigatel fanatlari va kompressorlarining past haroratli qismi uchun pichoqlar, disklar, korpuslar va boshqa qismlarni ishlab chiqarish kiradi, ish harorati oralig'i 400-500 daraja; shuningdek, havo korpusi va kapsula komponentlari, raketa dvigatellari korpuslari va vertolyotlar Rotor markazlari va boshqalar ishlab chiqarishda ishlatiladi. Biroq, yuqori harorat va korroziyaga chidamliligiga qaramay, titan yomon elektr o'tkazuvchanligiga ega, bu esa elektr ilovalari uchun yomon tanlovdir. Titan alyuminiy kabi boshqa engil metallarga qaraganda qimmatroq.

Aerokosmik sanoatda titandan foydalanish

Qo'shimcha ishlab chiqarish texnologiyasidan foydalanish muhim iqtisodiy afzalliklarga ega bo'lgan qayta ishlash xarajatlari va xom ashyo chiqindilarini kamaytirishga yordam beradi. Titan asosidagi qotishmalar, shuningdek, qo'shimchalar ishlab chiqarish bo'yicha tadqiqotlar uchun eng tizimli va etuk qotishma tizimlardir. Qo'shimchalar yordamida ishlab chiqarilgan titanium qotishma komponentlari aerokosmik sohada yuk ko'taruvchi tuzilmalar sifatida ishlatilgan. 3D bosib chiqarish texnologiyasi ma'lumotnomalari bo'yicha so'rov natijalariga ko'ra, Amerika Qo'shma Shtatlarining Aero Met kompaniyasi Boeing F/A-18E/F tashuvchisiga asoslangan estrodiol qiruvchi/hujum uchun titanium qotishmasidan yuk ko'taruvchi konstruktiv sinov qismlarini ishlab chiqarishni boshladi. 2001 yilda kichik partiyalarda samolyotlar ishlab chiqarildi va 2002 yilda LMD titanium qotishmasini sotishda yetakchilik qildi. F/A-18 tekshirish mashinasida ikkilamchi yuk ko'taruvchi konstruktiv qismlarni qo'llash. Pekin Aeronavtika va Astronavtika Universiteti titanium qotishmalarini lazerli qo'shimchalar ishlab chiqarishning asosiy texnologiyasida yutuqlarga erishdi. Qotishmalarning keng qamrovli mexanik xususiyatlari zarbdan sezilarli darajada oshadi. Keng miqyosli asosiy podshipnik titanium qotishma ramkalari va ishlab chiqilgan boshqa komponentlar samolyotlarga o'rnatildi va qo'llanildi. Shimoli-g'arbiy politexnika universiteti COMAC uchun C919 samolyotining markaziy qanot qovurg'asining yuqori va pastki chetiga 3000 mm × 350 mm × 450 mm o'lchamdagi va 196 kg massali namunalarni ishlab chiqarish uchun lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish texnologiyasidan foydalangan.

Alyuminiy asosidagi qotishmalar past zichlik, yuqori o'ziga xos kuch, kuchli korroziyaga chidamlilik, yaxshi shakllanuvchanlik va yaxshi fizik-mexanik xususiyatlarga ega. Ular sanoatda eng ko'p ishlatiladigan rangli metall konstruktiv materiallardir. Lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish uchun alyuminiy asosidagi materiallar odatda ishlov berish qiyin bo'lgan materiallar bo'lib, ular maxsus jismoniy xususiyatlari (past zichlik, past lazer singdiruvchanligi, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, oson oksidlanish va boshqalar) bilan belgilanadi. Qo'shimchalar ishlab chiqarishni shakllantirish jarayoni nuqtai nazaridan, alyuminiy qotishmasining zichligi nisbatan kichik, changning oquvchanligi nisbatan past, SLM hosil qiluvchi chang to'shagida yotqizishning bir xilligi yomon yoki LMDda changni tashishning uzluksizligi. jarayon yomon. Shu sababli, lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish uskunasida kukunni tarqatish / changni oziqlantirish tizimining aniqligi va aniqligi nisbatan yuqori.

Hozirgi vaqtda qo'shimcha ishlab chiqarishda ishlatiladigan alyuminiy qotishmalari asosan Al-Si qotishmalari bo'lib, ular orasida yaxshi suyuqlikka ega AlSi10Mg va AlSi12 keng o'rganilgan. Biroq, Al-Si qotishma quyma alyuminiy qotishmasining moddiy tabiati tufayli, u optimallashtirilgan lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish jarayoni bilan tayyorlangan bo'lsa-da, kuchlanish kuchi 400MPa dan oshib ketishi qiyin, bu uning aviatsiya va boshqa sohalarda xizmat ko'rsatish ko'rsatkichlarini cheklaydi. Yuqori yuk ko'taruvchi elementlarda foydalaning.

Samolyotlarda ishlatiladigan alyuminiy qotishmasining miqdori 20 foizga etadi

Keyinchalik yuqori mexanik xususiyatlarga ega bo'lish uchun so'nggi yillarda uyda va chet elda ko'plab kompaniyalar va universitetlar tadqiqot va rivojlanish sur'atlarini tezlashtirdilar va qo'shimchalar ishlab chiqarishga bag'ishlangan ko'plab yuqori quvvatli alyuminiy qotishmalari ro'yxatga olindi. Airbus kompaniyasi xona haroratida 520 MPa valentlik kuchiga ega bo'lgan, qo'shimchalar ishlab chiqarish uchun dunyodagi birinchi yuqori quvvatli alyuminiy qotishma kukunli materiali bo'lgan Scalmalloyni ishlab chiqdi, bu A320 samolyoti kabinasining tarkibiy qismlarini qo'shimcha ishlab chiqarishda qo'llaniladi. Amerika Qo'shma Shtatlaridagi Hughes Research Laboratory (HRL) tomonidan ishlab chiqilgan 3D bosib chiqarish uchun yuqori quvvatli 7A77.60L alyuminiy qotishmasining kuchi 600Mpa dan oshadi, bu uni qo'shimchalar ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan birinchi soxta ekvivalent yuqori kuchli alyuminiy qotishmasiga aylantiradi. NASA Marshall kosmik parvozlar markazi boshladi Ushbu material keng ko'lamli aerokosmik qismlarni ishlab chiqarishda qo'llaniladi; 3D bosib chiqarish texnologiyasi ma'lumotnomasida, shuningdek, Airbus patent cheklovlarini buzadigan 3D bosib chiqarish uchun mahalliy CRRC sanoat tadqiqot instituti tomonidan ishlab chiqilgan va ishlab chiqilgan yuqori quvvatli alyuminiy qotishmasining yangi turi haqida xabar berilgan. Barqarorlik 560MPa dan oshadi, bu Airbus Scalmalloy® alyuminiy qotishma kukunining bosib chiqarish ko'rsatkichidan sezilarli darajada yaxshi bo'lib, ichki temir yo'l tranzit uskunalari va aerokosmik kabi yuqori darajadagi ishlab chiqarish qismlarini 3D bosib chiqarish ehtiyojlarini qondira oladi. materiallar ishlab chiqarish ilovalari.

Zamonaviy aerokosmik komponentlar engil, yuqori mahsuldorlik, yuqori ishonchlilik va arzon narx kabi bir qator talablarga javob berishi kerak va komponentlarning tuzilishi yanada murakkab va loyihalash va ishlab chiqarish qiyinroq. Aerokosmik sohada alyuminiy, titan va nikelga asoslangan komponentlarni lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish uchun innovatsiyalar va asosiy texnologiyalarni ishlab chiqish nafaqat material tanlashda engil va yuqori ishlashning rivojlanish yo'nalishini aks ettiradi, balki qo'shimchalar ishlab chiqarish texnologiyasining aniqligini ham ta'kidlaydi. , To'r shaklining rivojlanish tendentsiyasi material-tuzilma-ishlashning integratsiyalashgan qo'shimcha ishlab chiqarishni va aerokosmik qo'shimchalar ishlab chiqarish texnologiyasining asosiy muhandislik qo'llanilishini amalga oshirishi mumkin.