Datblygu Aloi Alwminiwm: Sut mae Alloys yn Cyflawni Priodweddau Mecanyddol Uwch

Nod Datblygu Aloi

Datblygiad aloi alwminiwm yw trin cemeg, prosesu a thriniaeth wres dan reolaeth i gyrraedd cyfuniad targed o gryfder, caledwch, ymwrthedd cyrydiad a ffurfadwyedd. Mae alwminiwm pur yn feddal ac yn hydwyth; mae pob aloi masnachol yn ychwanegu elfennau sy'n ymyrryd â symudiad dadleoli neu'n mireinio'r microstrwythur. Y dasg beirianyddol yw penderfynu pa fecanwaith sy'n darparu'r eiddo gofynnol am gost dderbyniol, yna trwsio'r llwybr prosesu sy'n gwneud y mecanwaith hwnnw'n ailadroddadwy wrth gynhyrchu.

Mae pum mecanwaith yn dominyddu arfer modern: caledu dyddodiad, microaloying sgandiwm, ychwanegiadau lithiwm, caledu pobi mewn dalen 6xxx, a solidoli cyflym ar gyfer gwasanaeth tymheredd uchel.

Caledu dyodiad yn y Gyfres 7xxx

Mewn aloion Zn-Mg-Cu, mae clystyrau hydoddyn yn ffurfio parthau Guinier cydlynol-Preston o fewn tua 24 awr i heneiddio naturiol ar dymheredd ystafell. Mae'r llwybr T6 safonol ar gyfer yr aloion hyn yn cynnwys triniaeth ateb tua 475 gradd am 2 awr, diffoddiad dŵr, yna heneiddio artiffisial tua 120 gradd am 24 awr.

Yn ystod heneiddio artiffisial y cyfnod η metastabl, yn seiliedig ar MgZn₂, yn cnewyllo ac yn blocio mudiant dadleoli, sef yr hyn sy'n cynhyrchu'r cynnydd cryfder. Mae'r fasnach yn un glasurol: mae'r tymer T7 dros{2}} yn aberthu tua 10 % o'r cryfder brig i gael ymwrthedd sylweddol well i straen cracio cyrydiad, fel yn AA7075-T7351.

Mae manylebau deunydd awyrofod yn aml yn gosod lleiafswm cryfder yr awyren -straen torri asgwrn uwchlaw 28 MPa·m^1/2ar gyfer adain drwchus-darnau spar mewn-plât 7xxx cryfder uchel megis AA7150-T7751. Mae caledwch torri asgwrn yn cael ei fesur gyda gweithdrefnau ASTM B645, fel y gellir asesu ochr cryfder a goddefgarwch difrod y gofyniad ar delerau tebyg.

Microalloying Scandium, Mireinio Grawn a Weldability

Mae ychwanegu tua 0.2 % sgandiwm i aloi alwminiwm yn trawsnewid y strwythur fel grawn bwrw, gan leihau maint grawn o tua 500 μm i lawr i tua 10 μm. Y mecanwaith yw ffurfio Al cydlynol₃Mae Sc nanoprecipitates, yn nodweddiadol 3-5 nm mewn maint, sy'n pinio afleoliadau a ffiniau grawn ac yn gwrthsefyll ailgrisialu hyd yn oed ar ôl prosesu tymheredd uchel.

Mae'r cynnydd eiddo yn fawr ar gyfer ychwanegiad micro-aloi: mewn deunydd Al-Mg-Sc aneliedig mae cryfder y cnwd yn codi o tua 150 MPa i tua 350 MPa. Mae Scandium hefyd yn cael gwared ar dueddiad cracio poeth mewn aloion cryfder uchel y gellir eu gweld fel AA2219, a dyna pam mae amrywiadau Al-Cu-Sc y gellir eu weldio yn cael eu defnyddio ar gyfer cromenni tanciau gyrru cryogenig mawr. Y ffactor sy'n cyfyngu erioed yw'r gost, ac mae llawer o ymdrech ddatblygu bellach yn mynd i mewn i adfer sgandiwm o brosesau gan-gynhyrchion a chynhyrchion mwynglawdd fel bod yr ychwanegiad yn dod yn economaidd mewn ystod ehangach o gynhyrchion.

Ychwanegiadau Lithiwm a Lleihau Dwysedd

Mae pob 1% o lithiwm sy'n cael ei ychwanegu at alwminiwm yn lleihau dwysedd tua 3% ac yn cynyddu anystwythder, a dyna pam mae lithiwm-sy'n cynnwys aloion yn ddeniadol ar gyfer pwysau -strwythurau critigol ac ar gyfer tanciau cryogenig. Mae aloion gyda thua 1.0 % Li, fel y teulu 2195, wedi disodli 2219 mewn tanciau cerbyd lansio ac wedi sicrhau arbedion pwysau sylweddol fesul cerbyd.

Mae'r driniaeth heneiddio dwplecs yn bodoli oherwydd bod T₁mae dyodiad yn araf a rhaid ei gnewyllo ar y tymheredd is cyn i'r cam tymheredd uwch dyfu'r dyddodiadau tebyg i blât sy'n rhoi cydbwysedd cryfder a chadernid i'r aloi. Mae toddi glân yr un mor bwysig, gan fod lithiwm yn ocsidio'n rhwydd a chynhwysion ocsid yn gweithredu fel cychwynwyr crac.

Caledu Pobi yn y Gyfres 6xxx

Mae paneli corff modurol yn defnyddio taflen Al-Mg-Si yn y cyflwr T4P, wedi'i ffurfio ac yna'n cael ei gryfhau yn y siop baent. Mg₂Mae nodwyddau si '', tua 2 wrth 5 nm, yn gwaddodi yn ystod y cylch pobi paent, fel arfer 185 gradd am 20 munud, gan godi cryfder y cnwd lle mae'r panel eisoes wedi'i ffurfio.

AA6016-Mae dalen T4P yn cyrraedd tua 20 % yn uwch ar ôl-cryfder pobi na chyfeirnod dur cam deuol fel DP780.

Mae adlyniad electrocoat yn dibynnu ar gadw'r gymhareb haearn i silicon uwchlaw tua 1.5:1 fel bod cemeg arwyneb yn aros yn gyson trwy'r llinell ragdriniaeth.

Mae perfformiad damwain a fesurir fel amsugno ynni yn cyrraedd tua 15 kJ/kg, yn erbyn tua 8 kJ/kg ar gyfer adrannau dur tebyg.

Mae castiau tangorff un darn mawr a phaneli adeileddol mewn aloion 6xxx yn defnyddio'r un llwybr caledu pobi, felly mae ffurfadwyedd yn y wasg a chryfder mewn gwasanaeth yn cael eu datgysylltu.

Solidification Cyflym a-Aloion Tymheredd Uchel

Mae aloion alwminiwm cast confensiynol yn colli cryfder uwchlaw tua 150 gradd oherwydd bod eu cryfhau yn gwaethygu'n fras. Mae solidoli cyflym yn ochri'r terfyn hwn trwy greu gwasgariad mân o ronynnau sefydlog yn thermol. Mae dyddodiad chwistrellu, er enghraifft, yn cynhyrchu aloi Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si sy'n dal i gyrraedd tua 400 MPa o gryfder ar 300 gradd, wedi'i gefnogi gan boblogaeth wasgaredig uwchlaw 10¹⁷/m³o 50 nm Al₁₂(Fe, V)₃Si gronynnau sy'n gwrthsefyll coarsening.

Mae gweithgynhyrchu ychwanegion yn ymestyn yr un syniad i siapiau cymhleth. Defnyddir toddi laser dewisol i adeiladu olwynion turbocharger a chalipers brêc AlSi10Mg gyda strwythurau celloedd mân, gor-dirlawn a rhyddid dimensiwn da, tra bod aloion Al-Ce-Mg a ddatblygwyd ar gyfer adrannau cywasgydd yn gallu gwrthsefyll tymereddau gwasanaeth tua 250 gradd heb golli eu gwasgariad. Ar gyfer dylunwyr, y neges ymarferol yw nad yw datblygu aloi bellach yn fater o ychwanegu elfennau i doddi yn unig; llwybr powdr, cyfradd solidification a thriniaeth wres bellach yn liferi yr un mor bwerus.

Cwestiynau Cyffredin

C: Beth yw caledu dyddodiad mewn aloion alwminiwm?
Mae'n cael ei gryfhau gan ronynnau gwasgaredig mân a ffurfiwyd yn ystod heneiddio. Mae hydoddyn yn cael ei gadw mewn hydoddiant gor-dirlawn trwy ddiffodd, yna mae'n gwaddodi fel parthau meddygon teulu a chyfnodau metasefydlog sy'n rhwystro symudiad dadleoli.

C: Pam defnyddio tymer T7 yn lle brig-T6 oed?
Mae T7 dros-heneiddio yn rhoi tua 10 % o gryfder brig ond mae'n gwella'n sylweddol ymwrthedd cracio cyrydiad straen a sefydlogrwydd dimensiwn, sy'n bwysig i rannau trwchus mewn llwyth parhaus.

C: Faint o sgandiwm sydd ei angen i fireinio'r strwythur grawn?
Mae tua 0.2 % fel arfer yn ddigon i leihau maint grawn bwrw o tua 500 μm i tua 10 μm trwy Al₃Sc nanoprecipitates o 3-5 nm.

C: Pam mae lithiwm-yn cynnwys aloion mewn dau gam?
T₁(Al₂CuLi) mae dyddodiad yn araf, felly mae heneiddio deublyg ar 155 gradd yna 190 gradd yn cnewyllo'r cyfnod yn gyntaf ac yna'n ei dyfu i'r maint sy'n rhoi'r cryfder a'r caledwch gorau.

C: Pa gyfyngiadau sydd ar bobi-dalen 6xxx wedi'i chaledu mewn paneli corff?
Ffurfioldeb yn y wasg a sefydlogrwydd cemeg arwyneb ar gyfer adlyniad electrocoat, a dyna pam mae'r gymhareb haearn i{1}}silicon yn cael ei reoli uwchlaw tua 1.5:1.

C: Pa fecanwaith sy'n caniatáu i alwminiwm wasanaethu uwchlaw 250 gradd?
Prosesu solidification cyflym. Mae'n creu gwasgariad trwchus o ronynnau sefydlog, fel Al₁₂(Fe, V)₃Si, sy'n gwrthsefyll coarsening ar dymheredd uchel.