Вы когда-нибудь задумывались, почему алюминиевые сплавы используются во всем - от самолетов до кухонной утвари? В этой статье рассматриваются разнообразные области применения и достижения алюминиевых сплавов, подчеркиваются их уникальные свойства, такие как высокая прочность, малый вес и отличная коррозионная стойкость. Поняв ключевые элементы и процессы, лежащие в основе алюминиевых сплавов, вы получите представление об их важнейшей роли в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и строительная. Погрузитесь в книгу, чтобы узнать, как эти материалы формируют наш современный мир.
Алюминиевый сплав - это общий термин для сплавов на основе алюминия. К основным легирующим элементам относятся медь, кремний, магний, цинк и марганец, а к второстепенным - никель, железо, титан, хром, литий и другие.
Алюминиевый сплав - наиболее широко используемая категория конструкционных материалов из цветных металлов в промышленности. Он широко применяется в различных областях, таких как авиация, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, машиностроение, судостроение и химическая промышленность.
Алюминиевый сплав имеет низкую плотность, но относительно высокую прочность, приближающуюся или превышающую прочность высококачественной стали. Он обладает хорошей пластичностью и может быть обработан в различные профили.
Кроме того, он обладает отличной электропроводностью, теплопроводностью и устойчивостью к коррозии. Благодаря этому алюминиевый сплав широко используется в промышленности и по распространенности уступает только стали.
Алюминиевый сплав очень часто встречается в нашей повседневной жизни. Наши двери, окна, кровати, посуда, столовые приборы, велосипеды, автомобили и многое другое - все это содержит алюминиевый сплав.
Введение: Высокопрочный алюминиевый сплав обладает такими характеристиками, как легкий вес, высокая прочность, хорошая обработка и отличные сварочные характеристики. Он широко используется в таких областях, как авиационная промышленность и гражданская промышленность, особенно в авиационной промышленности, где он занимает очень важное место в качестве одного из основных конструкционных материалов.
В последние десятилетия ученые в стране и за рубежом провели обширные исследования процесса термообработки и характеристик высокопрочных алюминиевых сплавов, добились значительного прогресса и значительно способствовали широкому применению таких материалов в различных аспектах производства авиационной промышленности.
Сверхпрочный алюминиевый сплав в основном состоит из сплавов AI-Cu-Mg и A1-Zn-Mg-Cu. Первый имеет немного меньшую статическую прочность, чем второй, но более высокую температуру использования. Сплав серии AI-Cu-Mg - самый ранний из разработанных упрочняющих сплавов, подвергнутых термической обработке. Развитие авиационной промышленности способствовало совершенствованию сплавов этой серии.
Сплавы 2014 и 2024 были разработаны в 1920-х и 1930-х годах соответственно, после чего был разработан сплав 2618. Разработка сплавов этой серии является более зрелой, разработано более десяти марок. Эти сплавы широко используются в качестве авиационных и других материалов.
Применение высокопрочного алюминиевого сплава в проводниках
В международном сообществе высокопрочные проводники из алюминиево-магниево-кремниевого сплава используются уже более 70 лет. Благодаря своим преимуществам и постоянному совершенствованию технологии производства, он становится все более практичным. В Европе, представленной Францией, он широко используется в линиях электропередачи, составляя подавляющее большинство от общей длины линий.
Более 50% линий электропередач в Японии используют алюминиевый сплав. В Соединенных Штатах и Канаде также имеется значительная доля. Даже развивающиеся страны Юго-Восточной Азии, такие как Индия, Индонезия и Филиппины, также используют алюминиевый сплав для проводников линий электропередач.
Тенденция развития сверхпрочного алюминиевого сплава
Сверхпрочный алюминиевый сплав - важный легкий высокопрочный конструкционный материал с широкими перспективами применения. В настоящее время необходимо проработать следующие аспекты:
1. Композиционное микролегирование является важным направлением упрочнения алюминиевых сплавов, и исследования и разработки должны проводиться глубоко и систематически;
2. Усовершенствовать традиционную технологию металлургической подготовки слитков и разработать передовые процессы подготовки спрей-формовки для получения высококачественной структуры слитков и т.д.
Сверхпрочный алюминиевый сплав развивается в направлении высокой удельной прочности, высокого удельного модуля, высокой устойчивости к повреждениям и коррозионной стойкости. Очистительная плавка и передовая технология производства заготовок являются предпосылками для развития, а теория упрочнения - фундаментом.
На основе существующей теории упрочнения, во-первых, объединив теорию микромеханики с теорией дефектов микрокристаллов, можно повысить уровень оптимизации состава сплава;
Во-вторых, разработка многоуровневой и многофазной теории комплексного упрочнения, использование микролегирования для изучения потенциала сплавов, улучшения характеристик сплавов и разработки новых виды алюминия сплавы;
В-третьих, точное управление микроструктурой сплавов для формирования точной теории управления структурой и характеристиками и разработки сверхпрочных алюминиевых сплавов с лучшими комплексными характеристиками.
Тенденция развития высокопрочного алюминиевого сплава.
Высокопрочный алюминиевый сплав - важный легкий высокопрочный конструкционный материал с широкими перспективами применения. Применение алюминия и алюминиевых сплавов осложняется следующими факторами титан и титановых сплавов и композитных материалов, но их положение как основного конструкционного материала остается практически неизменным.
В настоящее время тенденция развития высокопрочных алюминиевых сплавов осуществляется в следующих аспектах:
(1) Композитное микролегирование, добавление переходных элементов и редкоземельных элементов для разработки различных новых высокопрочных алюминиевых сплавов, отвечающих различным требованиям.
(2) Совершенствование традиционной технологии металлургической подготовки слитков, использование и исследование различных передовых методов очистки и модификации расплава для улучшения металлургического качества слитков.
(3) Углубленное изучение процесса термической обработки сплавов в высокорастворимом состоянии, изучение механизма усиления осаждения при обработке сплава твердым раствором и многоуровневого и многофазного старения осадка при различных условиях, улучшение пересыщенной растворимости матрицы сплава, увеличение объемной доли осажденных фаз и оптимизация соотношения MPt, GBP и PEZ для достижения высокой прочности, высокой вязкости и хорошей коррозионной стойкости сплава.
Применение и существующие проблемы быстрозатвердевающих жаропрочных алюминиевых сплавов
Конечной целью разработки быстрозатвердевающих жаропрочных алюминиевых сплавов является замена титановых сплавов в деталях самолетов. В последние годы результаты исследований показали, что в этой области достигнут значительный прогресс, и некоторые свойства быстрозатвердевающих жаропрочных алюминиевых сплавов уже сравнимы с некоторыми титановыми сплавами или даже превосходят их.
Быстрозатвердевающие жаропрочные алюминиевые сплавы успешно используются для изготовления лопаток и лопаток компрессоров, турбин, радиаторов и других компонентов газотурбинных двигателей. Они также могут использоваться для производства некоторых деталей ракет и космических аппаратов.
При использовании быстрозатвердевающих жаропрочных алюминиевых сплавов для производства компонентов самолетов их стоимость обычно составляет от 30% до 50% от стоимости титановых сплавов, а вес самолета может быть снижен примерно на 15%. При дальнейшем повышении жаропрочности диапазон применения будет расширяться.
Направления исследований жаропрочных алюминиевых сплавов в будущем
Будущие направления исследований быстрозатвердевающих жаропрочных алюминиевых сплавов будут в основном сосредоточены на следующих аспектах:
Разработка новых недорогих процессов быстрого затвердевания. По сравнению с процессом RS/PM процесс быстрого затвердевания методом распыления упрощает производственный процесс, позволяет избежать проблемы межфазного окисления исходных частиц порошка и повысить вязкость сплава при одновременном снижении производственных затрат.
Таким образом, процесс быстрого затвердевания при распылении должен быть усовершенствован для практического применения.
Дальнейшее исследование механизма жаропрочности сплава, включая роль пересыщения матрицы в процессе нагрева.
Изучение причин температурного охрупчивания сплава и поиск решений для дальнейшего повышения его прочности.
Композитные материалы - это материалы с сильной жизненной силой, созданные для удовлетворения потребностей современного научного развития. Они состоят из двух или более материалов с различными свойствами, объединенных с помощью различных технологических средств.
Композитные материалы можно разделить на три категории: Композиты на основе полимеров (PMC), композиты на основе металлов (MMC) и композиты на основе керамики (CMC).
Матрица композитов на основе металлов состоит в основном из алюминия, никеля, магния, титана и т.д. Алюминий обладает многими характеристиками при изготовлении композитных материалов, такими как малый вес, небольшая плотность, хорошая пластичность, легкость в освоении композитной технологии и простота обработки.
Кроме того, композиты на основе алюминия обладают высокой удельной прочностью и удельной жесткостью, хорошими высокотемпературными характеристиками, повышенной усталостной прочностью и износостойкостью, отличными демпфирующими свойствами и низким коэффициентом теплового расширения.
Как и другие композитные материалы, он может сочетать в себе определенные механические и физические свойства для удовлетворения потребностей изделий. Поэтому композиты на основе алюминия стали одним из наиболее часто используемых и важных материалов среди композитов на основе металлов.
Обзор основных типов и областей применения.
В соответствии с различными типами армирования композиты на основе алюминия можно разделить на композиты, армированные волокнами, и композиты, армированные частицами.
Армированные волокнами композиты на основе алюминия обладают рядом превосходных свойств, таких как высокая удельная прочность, высокий модуль упругости, хорошая стабильность размеров и т.д., но они дороги.
В настоящее время они в основном используются в аэрокосмической отрасли в качестве конструкционных материалов для космических аппаратов, искусственных спутников Земли, космических станций и т.д. Композиты на основе алюминия, армированные частицами, могут быть использованы для производства конструкционных материалов для спутников и аэрокосмической техники, компонентов самолетов, металлических зеркальных оптических систем, автомобильных компонентов;
Кроме того, они могут использоваться для производства компонентов СВЧ-схем, прецизионных деталей для инерциальных навигационных систем, турбокомпрессоров, электронных упаковочных устройств и т.д.
Основными компонентами композитов на основе алюминия являются:
Алюминий и его сплавы подходят в качестве матриц для металломатричных композитов. Армирование композитов на основе алюминия может представлять собой непрерывные волокна, короткие волокна или частицы от сферических до неправильных форм.
В настоящее время армирующие частицы для композитов на основе алюминия включают SiC, AL2O3, BN и так далее. В качестве армирующих частиц также используются интерметаллические соединения, такие как Ni-Al, Fe-Al и Ti-Al.
Характеристики композитных материалов на основе алюминия.
1. Низкая плотность.
2. Хорошая стабильность размеров.
Прочность, модуль упругости и пластичность. Добавление армирующих элементов в композиционные материалы на основе алюминия повышает их прочность и модуль упругости, снижая при этом пластичность.
4. Износостойкость.
Высокая износостойкость - одна из характеристик композитных материалов на основе алюминия (армированных SiC или Al2O3).
5. Усталость и переломы прочность.
Сайт усталостная прочность композитных материалов на основе алюминия обычно выше, чем у основного металла, в то время как вязкость разрушения снижается. Основными факторами, влияющими на усталостные характеристики и разрушение композиционных материалов на основе алюминия, являются состояние межфазной связи между арматурой и матрицей, свойства матрицы и самой арматуры, а также распределение арматуры в матрице.
6. Тепловые характеристики.
В любом композитном материале трудно избежать несоответствия теплового расширения между армированием и матрицей.
Для эффективного снижения коэффициента теплового расширения композиционных материалов и обеспечения их термического соответствия полупроводниковым материалам или керамическим подложкам в качестве матриц часто используются сплавы с низким коэффициентом расширения и готовятся композиционные материалы с высокой объемной долей частиц различных размеров.
Таблица 1 Характеристики распространенных армирующих материалов
| Название волокна или частицы | Плотность | Прочность на разрыв | Модуль упругости |
| ρ (г-см-1) | σb/GPa | E/GPa | |
| Стекловолокно (высокомодульное) | 2.5-2.6 | 3.8-4.6 | 93-108 |
| Углеродное волокно (высокомодульное) | 1.75-1.95 | 2.3~2.9 | 275-304 |
| Борное волокно | 2.5 | 2.8-3.1 | 383-392 |
| Арамидное волокно | 1.43-1.46 | 5 | 134 |
| Волокно Al2O3 | 3.97 | 2.1 | 167 |
| Волокно SlC | 3.18 | 3.4 | 412 |
| Усики | 3.19 | 3-14 | 490 |
| частицы Al2O3 | 3.95 | 0,76 ( σ tc) | 400 |
| Матричный сплав | SiCp (объемная доля) /% | E /ГПа | σ0. 2 /МПа | σb /МПа | δ /% |
| 6061 | 0 15 20 25 30 40 | 68 96 103 113 120 144 | 275 400 413 427 434 448 | 310 455 496 517 551 586 | 12 7.5 5.5 4.5 3.0 2.0 |
| 2124 | 0 20 25 30 40 | 71 103 113 120 151 | 420 400 413 441 517 | 455 551 565 593 689 | 9 7.0 5.6 4.5 1.1 |
Применение композиционных материалов на основе алюминия.
(1) Применение композитных материалов на основе алюминия в автомобильной промышленности.
Исследования по применению композитных материалов на основе алюминия в автомобильной промышленности начались раньше всего. В 1980-х годах компания Toyota успешно подготовила поршни для двигателей с использованием композитных материалов.
В США были разработаны композитные материалы на основе алюминия, армированные частицами, для производства автомобильных тормозных дисков, которые позволили снизить вес, повысить износостойкость, значительно снизить уровень шума и обеспечить быстрый фрикционный теплоотвод.
Компания также использует композитные материалы на основе алюминия, армированные частицами, для производства автомобильных компонентов, таких как поршни двигателей и коробки передач.
Коробка передач, изготовленная из композитных материалов, обладает значительными преимуществами в прочности и износостойкости по сравнению с коробкой передач из алюминиевого сплава. Композитные материалы из алюминиевых сплавов также могут использоваться для производства тормозных роторов, тормозных поршней, тормозных колодок, суппортов и других компонентов тормозной системы.
Композитные материалы на основе алюминия также могут использоваться для производства автомобильных деталей, таких как приводные валы и коромысла.
(2) Применение композиционных материалов на основе алюминия в аэрокосмической промышленности
Развитие современной науки и техники выдвигает все более высокие требования к характеристикам материалов, особенно в аэрокосмической области, где необходимо производить легкие, гибкие и высокопроизводительные самолеты и спутники. Композитные материалы на основе алюминия способны удовлетворить эти требования.
Используя инвестиции процесс литья В результате разработки композитных материалов материал может заменить титановый сплав при изготовлении кронштейнов объективов камер большого диаметра и веса для самолетов, значительно снизив их стоимость и вес при улучшении теплопроводности.
В то же время этот композитный материал может быть использован для изготовления опорных кронштейнов для реактивных колес спутников и направляющих рам.
(3) Применение в электронике и оптических приборах
Композитные материалы на основе алюминия, особенно армированные композитные материалы на основе алюминия, подходят для производства материалов для обшивки электронного оборудования, радиаторов и других электронных компонентов благодаря таким своим преимуществам, как низкий коэффициент теплового расширения, низкая плотность и хорошая теплопроводность.
Коэффициент теплового расширения композитных материалов на основе алюминия, армированных частицами, полностью соответствует коэффициенту теплового расширения материалов электронных устройств, а также обладает превосходной электро- и теплопроводностью. Что касается исследований в области применения точных приборов и оптических инструментов, то композитные материалы на основе алюминия используются для изготовления таких компонентов, как опорная рама и вторичное зеркало телескопов.
Кроме того, композитные материалы на основе алюминия могут использоваться для производства прецизионных деталей инерциальных навигационных систем, вращающихся сканирующих зеркал, зеркал для инфракрасного наблюдения, лазерных зеркал, лазерных гироскопов, отражателей, оснований зеркал и кронштейнов оптических приборов для многих точных приборов и оптических приборов.
(4) Применение в спортивном оборудовании.
Композитные материалы на основе алюминия могут использоваться для изготовления теннисных ракеток, удочек, клюшек для гольфа и лыж, заменяя дерево и металл. Велосипедные цепные передачи, изготовленные с использованием композитов на основе алюминия, армированных частицами, легкие, жесткие, не поддаются изгибу и деформации и имеют лучшие эксплуатационные характеристики, чем цепные передачи из алюминиевого сплава.
Композиты на основе алюминия, армированные частицами карбида кремния.
Наиболее перспективным композитным материалом на основе алюминия являются композиты на основе алюминия, армированные частицами карбида кремния.
Композиты на основе алюминия, армированные частицами карбида кремния, широко известны как один из наиболее конкурентоспособных виды металла матричные композиционные материалы.
Несмотря на то, что механические свойства, особенно прочность, не сравнимы с композитами из непрерывных волокон, они имеют значительные преимущества по стоимости и проще в изготовлении благодаря более гибким и разнообразным методам подготовки. Кроме того, он может подвергаться вторичной обработке на традиционном металлургическом оборудовании, что упрощает его массовое производство.
В 1990-х годах, после окончания холодной войны, в связи с сокращением инвестиций в оборонную промышленность разных стран, даже таким высокотехнологичным отраслям, как аэрокосмическая, становилось все труднее мириться с высокой стоимостью композитов на основе армированного волокнами алюминия.
Поэтому композиты на основе алюминия, армированные частицами, вновь привлекли к себе широкое внимание. Особенно в последние годы, когда он, как ключевой несущий компонент, наконец-то нашел свое применение в современных самолетах, и перспективы его использования становятся все более оптимистичными, что привело к оживлению исследований и разработок.
Тенденции и направления развития
В настоящее время основной проблемой, с которой сталкиваются композиты на основе алюминия, является высокая стоимость производства, особенно для композитов на основе алюминия, армированных волокнами.
Благодаря дальнейшим исследованиям в области теории связи между армированием и матрицей, а также постоянному развитию дешевых армирующих материалов и процессов их подготовки, в сочетании с переработкой отходов, композиты на основе алюминия будут сохранять отличные характеристики, становясь при этом более экономически эффективными, что сделает области их применения все более широкими.
Направлениями развития алюминиевых сплавов являются:
Добавление соответствующих редкоземельных элементов в алюминиевые сплавы может оказывать рафинирующее действие, в том числе:
Редкоземы оказывают рафинирующее действие на алюминиевые сплавы.
Редкоземы оказывают модифицирующее действие на алюминиево-кремниевые сплавы.
Редкоземельные алюминиевые сплавы - идеальный материал для замены меди при производстве проводов и кабелей. В алюминиевых слитках, производимых на китайских заводах, высокое содержание кремния, что обусловлено влиянием природных ресурсов, а кремний является основной вредной примесью, влияющей на электропроводность.
В прошлом электропроводность алюминиевых проводов, произведенных в Китае, часто не соответствовала стандартам Международной электротехнической комиссии, что стало давней проблемой для индустрии алюминиевых проводов.
Китайские ученые решили эту проблему с помощью редких земель. Они первыми в мире использовали следовые количества редких земель для обработки алюминиевой жидкости, что позволило ей образовывать кремниевые соединения с выпадением кремния на границах зерен.
Кроме того, микролегирующий эффект редких земель преодолевает вредное воздействие кремния, значительно улучшая проводимость. Редкоземы также могут рафинировать зерна и укреплять матрицу, повышая механическую прочность и технологичность проводов и кабелей.
В результате электропроводность алюминиевых проводов и кабелей китайского производства не только немного выше стандартов Международной электротехнической комиссии, но и механическая прочность увеличилась на 20%, коррозионная стойкость возросла вдвое, а износостойкость - примерно в 10 раз.
Это полностью изменило отсталость китайского производства алюминиевой проволоки и кабеля, выведя продукцию на передовой международный уровень.
На самом деле, наша группа сочла исследовательский отчет по алюминиевым сплавам, организованный колледжем, очень значимым и нужным.
Благодаря самоисследованию мы получили некоторые знания, которых не имели раньше при подготовке отчета по проекту.
Во-первых, мы научились методу самообучения, который будет сопровождать нас в обществе;
Во-вторых, мы научились собирать и систематизировать информацию;
В-третьих, мы узнали, что такое командная работа, и поняли важность единства и сотрудничества. Раньше мы не очень понимали, что это такое, но благодаря этим учебным мероприятиям мы теперь знаем это лучше.
Сначала я не знал, что такое алюминиевый сплав. Я знал только, что он используется во многих сферах жизни, но не знал его свойств и классификации. Теперь я знаю, и узнал об этом в ходе самостоятельной работы над отчетом по проекту.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO 
TR