Нисэхийн тээврийн хэрэгсэлд чухал ач холбогдолтой хөнгөн хайлшийн хувьд хөнгөн цагаан хайлшийн макроскоп механик шинж чанар нь түүний бичил бүтэцтэй нягт холбоотой байдаг. Хөнгөн цагааны хайлшийн бүтцэд үндсэн хайлшлах элементүүдийг өөрчилснөөр хөнгөн цагааны хайлшийн бичил бүтцийг өөрчилж, макроскопийн механик шинж чанар болон материалын бусад шинж чанарыг (зэврэлтээс хамгаалах, гагнуурын гүйцэтгэл гэх мэт) мэдэгдэхүйц сайжруулах боломжтой. Өнөөг хүртэл бичил хайлш нь хөнгөн цагааны хайлшийн бичил бүтцийг оновчтой болгох, хөнгөн цагаан хайлшны материалын иж бүрэн шинж чанарыг сайжруулах хамгийн ирээдүйтэй технологийн хөгжлийн стратеги болж байна.Скандиум(Sc) нь хөнгөн цагааны хайлшаар алдартай хамгийн үр дүнтэй бичил хайлшийн элемент юм. Хөнгөн цагааны матриц дахь скандийн уусах чадвар нь жингийн 0.35% -иас бага байна. Хөнгөн цагааны хайлш дээр бага хэмжээний скандийн элемент нэмснээр тэдгээрийн бичил бүтцийг үр дүнтэй сайжруулж, бат бэх, хатуулаг, уян хатан чанар, дулааны тогтвортой байдал, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлыг иж бүрэн сайжруулах боломжтой. Скандиум нь хөнгөн цагааны хайлш дахь хатуу уусмалыг бэхжүүлэх, тоосонцорыг бэхжүүлэх, дахин талстжилтыг дарангуйлах зэрэг олон физик нөлөө үзүүлдэг. Энэхүү нийтлэл нь нисэхийн тоног төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн салбарт сканди агуулсан хөнгөн цагааны хайлшийн түүхэн хөгжил, сүүлийн үеийн дэвшил, боломжит хэрэглээг танилцуулах болно.
Хөнгөн цагаан скандийн хайлшийн судалгаа, хөгжил
Скандиумыг хөнгөн цагааны хайлшийг хайлш болгон нэмсэн нь 1960-аад оны үеэс ажиглагдаж болно. Тухайн үед ихэнх ажлыг хоёртын Al Sc ба гурвалсан AlMg Sc хайлшийн системд хийдэг байв. 1970-аад онд ЗХУ-ын ШУА-ийн Байковын нэрэмжит Металлурги, материал судлалын хүрээлэн, Бүх Оросын Хөнгөн хайлш судлалын хүрээлэн хамтран хөнгөн цагааны хайлш дахь скандийн хэлбэр, механизмын талаар системтэй судалгаа хийжээ. Бараг дөчин жилийн хүчин чармайлтын үр дүнд 14 төрлийн хөнгөн цагааны скандийн хайлшийг гурван үндсэн цувралаар (Al Mg Sc, Al Li Sc, Al Zn Mg Sc) боловсруулсан. Хөнгөн цагаан дахь скандийн атомын уусах чадвар бага бөгөөд дулааны боловсруулалтын зохих процессыг ашигласнаар өндөр нягтралтай Al3Sc нано тунадасыг тунадасжуулах боломжтой. Хур тунадасны энэ үе шат нь бараг бөмбөрцөг хэлбэртэй, жижиг хэсгүүд, тархсан тархалттай, хөнгөн цагааны матрицтай сайн уялдаатай байдаг бөгөөд энэ нь хөнгөн цагааны хайлшийн өрөөний температурын бат бөх чанарыг ихээхэн сайжруулдаг. Нэмж дурдахад Al3Sc нано тунадас нь өндөр температурт (400 ℃ дотор) дулааны тогтвортой байдал, бүдүүн ширхэгт тэсвэртэй байдаг бөгөөд энэ нь хайлшийг хүчтэй халуунд тэсвэртэй болгоход онцгой ач холбогдолтой юм. Орос улсад үйлдвэрлэсэн хөнгөн цагаан скандийн хайлш нь 1570 хайлш нь хамгийн өндөр бат бэх, өргөн хэрэглээний улмаас олны анхаарлыг татдаг. Энэхүү хайлш нь -196 ℃-аас 70 ℃-ийн ажлын температурын хязгаарт маш сайн гүйцэтгэлтэй бөгөөд байгалийн хэт уян хатан чанараараа Орост үйлдвэрлэсэн LF6 хөнгөн цагааны хайлшийг (гол төлөв хөнгөн цагаан, магни, зэс, манган, цахиураас бүрддэг хөнгөн цагаан магнийн хайлш) орлуулж, даацын гагнуурын бүтцэд шингэний нөлөөгөөр үлэмж сайжруулдаг. Нэмж дурдахад, Орос улс 1970 онд үзүүлсэн хөнгөн цагаан цайрын магнийн скандийн хайлшийг 500 МПа-аас дээш материалын хүч чадалтай боловсруулсан.
Үйлдвэржилтийн байдалХөнгөн цагаан скандийн хайлш
2015 онд Европын холбоо хөнгөн цагааны гагнах чадварыг судлахыг санал болгож "Европын төмөрлөгийн замын зураг: Үйлдвэрлэгчид ба эцсийн хэрэглэгчдийн хэтийн төлөв"-ийг гаргасан.магнийн скандийн хайлш. 2020 оны есдүгээр сард Европын холбоо сканди зэрэг 29 гол эрдэс баялгийн жагсаалтыг гаргасан. ХБНГУ-ын Ale Aluminium-ын бүтээсэн 5024H116 хөнгөн цагаан магнийн хайлш нь дундаас өндөр бат бэх, эвдрэлд тэсвэртэй тул их биений арьсанд маш ирээдүйтэй материал болдог. Энэ нь уламжлалт 2xxx цуврал хөнгөн цагааны хайлшийг солиход ашиглагдах боломжтой бөгөөд Airbus-ийн AIMS03-01-055 материал худалдан авах номонд орсон болно. 5028 нь лазер гагнуур болон үрэлтийн хутганы гагнуурт тохиромжтой 5024-ийн сайжруулсан анги юм. Энэ нь зэврэлтэнд тэсвэртэй, хөнгөн цагаан бүрэх шаардлагагүй гиперболын салшгүй хананы хавтангийн мөлхөгч хэлбэрийг бий болгож чадна. 2524 хайлштай харьцуулахад их биений ханын хавтангийн ерөнхий бүтэц нь бүтцийн жинг 5% бууруулах боломжтой. Aili Aluminium компанийн үйлдвэрлэсэн AA5024-H116 хөнгөн цагаан скандийн хайлшийг онгоцны их бие, сансрын хөлгийн бүтцийн эд ангиудыг үйлдвэрлэхэд ашигласан. AA5024-H116 хайлшны ердийн зузаан нь 1.6 мм-ээс 8.0 мм-ийн зузаантай бөгөөд бага нягтралтай, дунд зэргийн механик шинж чанартай, зэврэлтэнд тэсвэртэй, хатуу хэмжээсийн хазайлттай тул 2524 хайлшийг их биений арьсаар сольж болно. Одоогийн байдлаар AA5024-H116 хайлшин хуудсыг Airbus AIMS03-04-055 баталгаажуулсан. 2018 оны 12-р сард Хятадын Аж үйлдвэр, мэдээллийн технологийн яамнаас шинэ материалын үйлдвэрлэлийн хөгжлийн каталогид "өндөр цэвэршилттэй скандийн исэл"-ийг багтаасан "Гол шинэ материалын хоёрдогч хэрэглээний үзүүлэнгийн эхний багцын удирдамж (2018 оны хэвлэл)"-ийг гаргасан. 2019 онд БНХАУ-ын Аж үйлдвэр, мэдээллийн технологийн яамнаас шинэ материалын үйлдвэрлэлийн хөгжлийн каталогт "Хөнгөн цагааны хайлш боловсруулах материал болон Al Si Sc гагнуурын утас агуулсан Sc" багтсан "Үндсэн шинэ материалын эхний багцын үзүүлэх хэрэглээний лавлах каталог (2019 оны хэвлэл)"-ийг гаргасан. Хятадын Хөнгөн цагааны групп Зүүн хойд хөнгөн хайлш нь сканди болон циркони агуулсан Al Mg Sc Zr цуврал 5B70 хайлш бүтээжээ. Уламжлалт Al Mg цуврал 5083 хайлштай харьцуулахад сканди, циркони агуулаагүй бол түүний гарц, суналтын бат бэх нь 30 гаруй хувиар нэмэгдсэн байна. Түүнээс гадна Al Mg Sc Zr хайлш нь 5083 хайлштай харьцуулж болохуйц зэврэлтээс хамгаалах чадвартай. Одоогийн байдлаар аж үйлдвэрийн зэрэглэл бүхий дотоодын голхөнгөн цагаан скандийн хайлшүйлдвэрлэлийн хүчин чадал нь Зүүн хойд хөнгөн хайлш компани болон баруун өмнөд хөнгөн цагааны үйлдвэр юм. Зүүн хойд хөнгөн хайлш ХХК-ийн боловсруулсан том хэмжээтэй 5B70 хөнгөн цагаан скандийн хайлш хуудас нь хамгийн ихдээ 70 мм зузаантай, хамгийн ихдээ 3500 мм өргөнтэй том хөнгөн цагаан хайлштай зузаан хавтанг нийлүүлэх боломжтой; Нимгэн хуудас бүтээгдэхүүн, профиль бүтээгдэхүүнийг үйлдвэрлэхэд тохируулан өөрчилж болно, зузаан нь 2 мм-ээс 6 мм хүртэл, хамгийн ихдээ 1500 мм өргөнтэй. Баруун өмнөд хөнгөн цагаан нь 5K40 материалыг бие даан боловсруулж, нимгэн хавтанг хөгжүүлэхэд ихээхэн ахиц дэвшил гаргасан. Al Zn Mg хайлш нь өндөр бат бэх, сайн боловсруулалтын гүйцэтгэл, гагнуурын маш сайн үзүүлэлт бүхий цаг хугацааны хатууруулагч хайлш юм. Энэ нь одоогийн тээврийн хэрэгсэл, тухайлбал онгоц зэрэг зайлшгүй чухал, зайлшгүй бүтцийн материал юм. Дунд зэргийн бат бөх гагнаж болох AlZn Mg-ийн үндсэн дээр сканди ба циркониум хайлшийн элементүүдийг нэмснээр бичил бүтцэд жижиг ба тархсан Al3 (Sc, Zr) нано хэсгүүдийг үүсгэж, хайлшийн механик шинж чанар, стресс зэврэлтээс хамгаалах чадварыг эрс сайжруулдаг. НАСА-гийн Лангли судалгааны төв нь C557 зэрэглэлийн гурвалсан хөнгөн цагаан скандийн хайлшийг бүтээсэн бөгөөд энэ нь загвар номлолд ашиглахад бэлэн болсон байна. Бага температурт (-200 ℃), өрөөний температур, өндөр температурт (107 ℃) энэ хайлшийн статик бат бэх, хагарлын тархалт, хугарлын бат бөх чанар нь 2524 хайлштай тэнцүү буюу түүнээс сайн байна. АНУ-ын Баруун хойд их сургууль нь AlZn Mg Sc хайлш 7000 цувралын хэт өндөр бат бэх хөнгөн цагаан хайлшийг бүтээсэн бөгөөд суналтын бат бэх нь 680 МПа хүртэл байдаг. Дунд зэргийн өндөр бат бэхийн хөнгөн цагаан скандийн хайлш ба хэт өндөр бат бэх Al Zn Mg Sc хоорондын хамтарсан хөгжлийн загвар бий болсон. Al Zn Mg Cu Sc хайлш нь 800 МПа-аас дээш суналтын бат бэхтэй, өндөр бат бэх хөнгөн цагааны хайлш юм. Одоогийн байдлаар үндсэн зэрэглэлийн нэрлэсэн найрлага, гүйцэтгэлийн үндсэн үзүүлэлтүүдхөнгөн цагаан скандийн хайлшХүснэгт 1 ба 2-т үзүүлсний дагуу дараах байдлаар нэгтгэн харуулав.
Хүснэгт 1 | Хөнгөн цагаан скандийн хайлшийн нэрлэсэн найрлага
Хүснэгт 2 | Хөнгөн цагаан скандийн хайлшийн бичил бүтэц ба суналтын шинж чанарууд
Хөнгөн цагааны скандийн хайлшийг хэрэглэх хэтийн төлөв
Өндөр бат бэх Al Zn Mg Cu Sc ба Al CuLi Sc хайлшийг Оросын МиГ-21, МиГ-29 сөнөөгч онгоцууд зэрэг даацын бүтцийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд ашигласан. Оросын "Марс-1" сансрын хөлгийн хяналтын самбар нь нийт жинг 20%-иар бууруулсан 1570 төрлийн хөнгөн цагаан скандийн хайлшаар хийгдсэн.Марс-96 сансрын хөлгийн багажны модулийн даацын эд ангиуд нь сканди агуулсан 1970 оны хөнгөн цагааны хайлшаар хийгдсэн бөгөөд багажны модулийн жинг 10%-иар бууруулсан байна. “2050 нислэгийн маршрут” төслийн хүрээнд А321 онгоцны 5024 хөнгөн цагаан скандийн хайлшийн AA5028-H116 ангиллын скандийн хайлш, AA50-ын сайн чанарын боловсруулалтаар илэрхийлэгдсэн скандийн хайлшийг үндэслэн А321 онгоцны нэгдсэн ачааны хаалганы дизайн, судалгаа, боловсруулалт, үйлдвэрлэл, суурилуулалтын туршилтыг хийжээ Сканди агуулсан хөнгөн цагаан хайлштай материалыг найдвартай холбохын тулд үрэлтийн хутгагч гагнуур, лазер гагнуур зэрэг дэвшилтэт гагнуурын техникүүд Нисэх онгоцны хүчитгэсэн нимгэн хавтангийн бүтцэд "гагнуурын оронд гагнуур" -ыг аажмаар хэрэгжүүлэх нь онгоцны материалын тууштай байдал, бүтцийн нэгдмэл байдлыг хадгалахаас гадна өндөр бүтээмжтэй, бүтээмжтэй, дахин бүтээмжтэй болгодог. Хятадын Агаарын сансрын тусгай материалын судалгааны хүрээлэнгийн хийсэн хөнгөн цагааны скандийн 5В70 хайлшийн хэрэглээний судалгаа нь хувьсах зузаантай эд ангиудыг хүчтэй эргүүлэх, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал ба бат бэхийг хянах, гагнуурын үлдэгдэл стрессийг хянах технологид нэвтэрч, хөнгөн цагааны хайлшны дасан зохицох гагнуурын утсыг бэлтгэсэн. 0.92. Хятадын Сансрын Технологийн Академи, Төв Өмнөд Их Сургууль болон бусад хүмүүс 5B70 материал дээр өргөн хүрээний механик гүйцэтгэлийн туршилт хийж, 5A06-ийн бүтцийн материал сонгох схемийг сайжруулж, давтан хийж, 5В70 хөнгөн цагааны хайлшийг бүхэлд нь бэхэлсэн бүхээгийн бүхээгийн хананы хавтангийн үндсэн бүтцэд хэрэглэж эхэлсэн Хавтангийн бүтэцтэй даралтат бүхээг нь арьс болон арматурын хавирганы хослолоор бүтээгдсэн бөгөөд энэ нь ерөнхий хатуулаг, бат бөх чанарыг сайжруулахын зэрэгцээ холбогч эд ангиудын тоо, нарийн төвөгтэй байдлыг багасгаж, улмаар жинг бууруулж, өндөр гүйцэтгэлтэй байх болно. Түүхий эдийг тасралтгүй үйлдвэрлэх, тогтвортой чанарыг хангах, түүхий эдийн үнийг мэдэгдэхүйц бууруулахад туслах хамгийн бага нийлүүлэлтийн босго нь өмнө дурьдсанчлан хөнгөн цагааны хайлшийн олон шинж чанарыг скандийн бичил хайлшаар сайжруулсан боловч скандийн өндөр үнэ, хомсдол нь хөнгөн цагааны хайлш, хөнгөн цагааны хайлш, хөнгөн цагааны хайлш бүхий бүх материалтай харьцуулахад хэрэглэх хүрээг хязгаарладаг. иж бүрэн механик шинж чанар, зэврэлтэнд тэсвэртэй, маш сайн боловсруулалтын шинж чанар нь тэдгээрийг сансар огторгуй гэх мэт үйлдвэрлэлийн салбарт өргөнөөр ашиглах боломжийг бий болгож, скандийн бичил хайлшийн технологийн судалгааг тасралтгүй гүнзгийрүүлж, нийлүүлэлтийн сүлжээ, үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээний уялдааг сайжруулснаар томоохон хэмжээний хөнгөн цагааны хэрэглээг хязгаарлах болно Хөнгөн цагааны скандийн хайлшийн иж бүрэн механик шинж чанар, зэврэлтэнд тэсвэртэй, боловсруулах маш сайн шинж чанарууд нь тэдгээрийг бүтцийн жинг бууруулах тодорхой давуу талтай бөгөөд нисэхийн тоног төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн салбарт өргөн ашиглах боломжтой болгодог.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 10-р сарын 29