Könyvismertetés: Alumínium-lítiumötvözetek

2017. január 5., 9:00

Három orosz kohász írta, sok évtizedes tapasztalattal rendelkezik az Al-Li ötvözet fejlesztésében és feldolgozásában. Az Aluminium-Lithium Alloys (az Eskin Főigazgatóság által szerkesztett Advances in Metallic Aloyys sorozat része) biztosítja az olvasztás, az öntés elméleti alapjait. az Al-Li ötvözetek formázása, hőkezelése és hegesztése, amely kritikus fontosságú az elsősorban polgári és katonai repülőgépekben és általában az űrkutatásban használt könnyű, nagy teljesítményű szerkezeti elemek tervezésében. A könyv áttekinti az Al-Li ötvözetekkel az 1960-as évektől napjainkig végzett munkát, bemutatva, hogy az ötvözés és a feldolgozás szelektív változtatásai révén hogyan javult a régebbi Al-Mg-Li és Al-Cu-Li ötvözetek fejlődése a mechanikai tulajdonságok tekintetében. A könyv mérnökök és tudósok számára készült, akik részt vesznek ezeknek az ötvözeteknek a kutatásában, fejlesztésében és alkalmazásában a modern repülőgépek és űrkutatás területén.

A vezető szerző, Dr. Sci. Olga Grushko, 1959 óta dolgozik az All-Russian Repülőanyag Kutató Intézetben (VIAM), ahol jelenleg vezető tudósként, vezetőként ismert az új Al-Li ötvözetek terén. Társszerző, Dr. Borisz Ovszjanynikov, a kohó vezető kohusza, a Kamensk-Uralsky Kohászati Művek kutatás-fejlesztési vezetője kidolgozta az Al-Li ötvözetek öntési gyártási módszereit, beleértve a skandiumot tartalmazó új Al-Li ötvözetek osztályait is. És társszerző Prof. Dr. Sci. Viktor Ovcsinnikov, az Orosz Aircraft Corporation JSC hegesztési laboratóriumának vezetője gyártási technikákat dolgozott ki az Al-Li ötvözetekből készült repülőgép-szerkezetek hegesztésére. A szerzőknek ez a „trojkája” 265, főként orosz technikai forrásból származó referenciát gyűjtött össze, és a tömör irodalmat nyolc tömör és olvasható fejezetben foglalta össze, amely nemcsak az Al-Li ötvözés elméleti alapjait, hanem az előállításuk összes gyakorlati vonatkozását is részletezte. gyártás. A szerzők között több száz műszaki publikáció található, amelyekre több is utal a könyvben, és számos találmány az Al-Li ötvözetek forgalmazásával foglalkozik.

Az 1. fejezetben - Az alumínium-lítium ötvözet létrehozásának rövid története az első Al-Li ötvözetek kifejlesztését az 1950-es években ismertetik azzal a lökéssel, hogy a lítium fajsúlya 0,536-on, szemben a 2,699-es alumínium fajsúlyával; ezek a korai Al-Li ötvözetek az Al-Cu-Li rendszeren alapultak, és 2020-ig (USA) és a VAD23-ba (Szovjetunió) tartoztak. amellett, hogy

3% -kal könnyebb, ezek az ötvözetek voltak

8% -kal erősebb, mint a hagyományos 2024 és D16 kemény ötvözetek. A szerzők azonban rámutatnak az 1960-as években Oroszországban kifejlesztett Al-5.5Mg-2Li ötvözetre, amely a legkönnyebb kereskedelmi alumíniumötvözet, amelyet ma használnak, 10-12% -kal könnyebb, mint a törzshöz használt 2xxx sorozatú ötvözetek. azonos szilárdságú és nagyobb korrózióállósággal rendelkező repülőgépek Itt, fejezetről fejezetre, az 1420-as ötvözet érdemli ki a legtöbb figyelmet ebben a könyvben (1. ábra), összetételének jelentős változásával az évek során a feldolgozás és a gyártás javulásához vezetett, a legújabb pedig a módosított 1421-es ötvözetet tartalmazta, amely 0,16-0,21 Sc . Az ötvözetek fontossága miatt az Al-Cu-Li rendszerben, amelyet az 1980-as évek óta regisztráltak az Egyesült Államokban, Franciaországban és Angliában, valamint számos orosz ötvözet alapja, köztük az 1450, 1460 és az eredeti 1230 (VAD23) ötvözet, szintén lefedik.

1. ábra: Az ultrakönnyű 1420 (Al-5.5Mg-2Li) ötvözetből készült MiG-29M vadászgép (a) és hegesztett üzemanyagtartálya (b), amelyek jelentős, akár 27% -os súlycsökkenést eredményeztek. (A könyv 3. oldalának 1.2 ábrájáról vettem.)

Az Al-Li ötvözés elmélete, valamint a fémes és nemfémes szennyeződések hatása, ideértve az alkáli- és alkáliföld-szennyeződéseket, például a Ca, Ba, Na és K olvadékfeldolgozásból eredő hatását, az olvadékvédelem hatásait a Be és Y adalékok oxidációja ellen, és az olvadék-fluxus kölcsönhatásának termodinamikáját a 2. fejezet tárgyalja. Mivel Li növeli a hidrogén oldhatóságát és hidridképző, ezért az ötvözetek olvadása során vákuumkezeléssel és elektroflux-finomítással a hidrogén-tartalom minimalizálása a hidrogén-tartalom szabályozására mutat be elfogadható szintre, amint azt a 3. fejezet mutatja.

Az Al-Cu-Li és Al-Mg-Li ötvözetekből öntött tuskókat a 4. fejezetben hasonlítják össze hajlékonyságukkal, ütésállóságukkal és mechanikai tulajdonságukkal kapcsolatban, amelyek kritikusak az öntés hideg repedéseinek megakadályozásában. A fő ötvöző elemek és a Fe/Si aránynak a szobahőmérsékleti megnyúlásra és az ütésállóságra gyakorolt hatását különböző grafikonok és háromdiagramok mutatják be. Az Al-Cu-Li, Al-Cu-Li-Mn és természetesen az Al-Mg-Li ötvözetek szilárd-folyékony állapotának termofizikai tulajdonságai is szerepelnek a relatív megnyúlás és a lineáris zsugorodás hőmérsékletfüggésétől együtt. az ábrázolt olvadási intervallumban. Számos tipp adható a megfelelő öntödei gyakorlathoz az ötvözetek sikeres kovácsolásával, hengerlésével és extrudálásával kapcsolatban.

A tuskók, lapos tuskók és födémek megszilárdulása során alkalmazott szemcseméret szabályozásának kohászati elveit, valamint az öntvényszerkezet öröklődésének a fémmegmunkálás és a végtermék áramlási jellemzőire gyakorolt hatását az 5. fejezet tárgyalja. A 6. fejezet összefoglalja az ötvözet és az öntvény számos kohászati hatását, beleértve az öntött szerkezet öröklődését, amelyet az 1420 ötvözetű tuskók szerkezetére, tulajdonságaira és hegeszthetőségére alkalmaznak. A 7. fejezet ugyanezt teszi, de az 1420 ötvözetből készült szerszám kovácsolt alakjainak hegeszthetőségére vonatkozik mind a kezdeti födémszerkezet, mind pedig a szerszám kovácsolás mikro- és makrostruktúrája tekintetében. A hegesztett kötések anyagjellemzői, beleértve a bevágási szilárdságot, a törésállóságot és a fáradtság tulajdonságait, táblázatban szerepelnek az 1420 ötvözetből készült gyártósoros kovácsdarabokhoz automatikus argonív, kézi argonív és elektromos ívhegesztési eljárások alkalmazásával.

A 8. fejezetben, a könyv utolsó és legterjedelmesebb fejezetében, az Al-Li ötvözetek hegesztésével nagyon részletesen foglalkozunk. Az összes hagyományos és néhány nem hagyományos hegesztési eljárást megemlítik ebben a tekintetben. Az adatokat 1420 és más Al-Li ötvözetű hegesztési kötésekről mutatjuk be, amelyeket elektromos ellenállású ponthegesztéssel, valamint fúziós hegesztéssel készítettek töltőfémmel és anélkül. A leírt hegesztési folyamatok egy része magában foglalja az ívhegesztést mágneses keveréssel, automatikus hegesztést forgó elektródával, hibrid lézeres és plazma hegesztést, súrlódó keveréses hegesztést (2. ábra) és elektronnyalábos hegesztést (3. ábra). Az Al-Li ötvözetekkel készített különféle hegesztéstípusok jellemzőinek ismertetésével ez a fejezet felvázolja az Al-Li ötvözetek hegesztési szerkezetének előfordulási mechanizmusait, és útmutatást nyújt a hegesztési varratok hibahelyeinek elkerülésére.

2. ábra: A súrlódó keverőhegesztés (a) és ennek a hegesztésnek a V-1469 ötvözetből (Al-4Cu-1.3Li, Sc és Ag adalékokkal) készült szerkezete (b). (A 8.27. Ábráról az alumínium-lítium ötvözetek 259. oldalán.) 3. ábra: 1420 ötvözött alkatrész változó keresztmetszetű elektronnyalábos hegesztésével előállított kötések és varratok. (Az alumínium-lítium ötvözetek 8.50. Ábrájáról, 285. oldal.)

Miután elolvastam és áttekintettem ezt a könyvet, felmerül bennem a kérdés, hogy vajon az Al-Li ötvözetek, amelyek a repülőgépgyártásban kedvezően versenyeznek-e a szénszálas kompozitokkal (CFC), esetleg nem versenyeznek-e az autóiparban vagy más speciális termékekben? olyan szektor - például sporteszközök -, ahol a nagy teljesítményű és könnyű szerkezetek prémium árat kínálnak. Ma az autóipari piacokon a CFC-k általában a 6xxx és néhány 7xxx sorozatú ötvözetekkel versenyeznek. Az biztos, hogy az ötvözetek és az Al-Li ötvözetek közötti költségkülönbség jelenleg kizárhatja az ilyen anyagcserét. Ezen ötvözetek gyártási méretének növekedésével azonban számolni lehet a költségek csökkenésével, és bár ez most valószínűtlennek tűnik, talán nem látunk ilyen fejleményt a jövőben?

A szerkesztő megjegyzése: Ez a könyvismertetés először a Light Metal Age 2016. decemberi számában jelent meg.