Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из алюминиево-литиевого сплава )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Алюминий-литиевые сплавы (сплавы Al-Li) представляют собой набор из сплавов из алюминия и лития , часто также в том числе меди и циркония . Поскольку литий является наименее плотным элементарным металлом, эти сплавы значительно менее плотны, чем алюминий. Коммерческие сплавы Al – Li содержат до 2,45% лития по массе. [1]

Кристаллическая структура [ править ]

Легирование литием снижает массу конструкции за счет трех эффектов:

Смещение 
Атом лития легче атома алюминия; каждый атом лития затем вытесняет один атом алюминия из кристаллической решетки , сохраняя при этом структуру решетки. Каждый 1% лития, добавленный к алюминию, снижает плотность получаемого сплава на 3% и увеличивает жесткость на 5%. [1] Этот эффект работает до предела растворимости лития в алюминии, который составляет 4,2%.
Деформационное упрочнение
Введение атома другого типа в кристалл деформирует решетку, что помогает блокировать дислокации . В результате получается более прочный материал, что позволяет использовать его меньше. [ необходима цитата ]
Осадочное твердение
При правильном старении литий образует метастабильную фазу Al 3 Li (δ ') с когерентной кристаллической структурой. [2] Эти выделения укрепляют металл, препятствуя движению дислокаций во время деформации. Однако осадки нестабильны, и необходимо следить за тем, чтобы не допустить перезарядки с образованием стабильной фазы AlLi (β). [3] Это также создает зоны, свободные от выделений (PFZ), обычно на границах зерен, и может снизить коррозионную стойкость сплава. [4]

Кристаллическая структура для Al 3 Li и Al – Li, основанная на системе кристаллов ГЦК , сильно различается. Al 3 Li имеет почти такую ​​же решетчатую структуру, что и чистый алюминий, за исключением того, что атомы лития присутствуют в углах элементарной ячейки. Структура Al 3 Li известна как AuCu 3 , L1 2 или Pm 3 m [5] и имеет параметр решетки 4,01 Å. [3] Структура Al – Li известна как структура NaTl, B32 или Fd 3 m [6] , которая состоит из лития и алюминия, предполагая структуру алмаза, и имеет параметр решетки6,37 Å. Межатомное расстояние для Al – Li (3,19 Å) меньше, чем у чистого лития или алюминия. [7]

Использование [ править ]

Сплавы Al – Li в первую очередь представляют интерес для авиакосмической промышленности из-за их преимущества в весе. В отношении узкофюзеляжных авиалайнеров Arconic (ранее Alcoa ) заявляет о снижении веса до 10% по сравнению с композитами , что приводит к повышению топливной эффективности до 20% при более низкой стоимости, чем у титана или композитов. [8] Алюминиево-литиевые сплавы были впервые использованы в крыльях и горизонтальном стабилизаторе североамериканского военного самолета A-5 Vigilante . Другие сплавы Al-Li использовались в обшивке нижней части крыла Airbus A380 , внутренней конструкции крыла Airbus.A350 , фюзеляж Bombardier CSeries [9] (где сплавы составляют 24% фюзеляжа), [10] грузовой пол Boeing 777X , [11] и лопасти вентилятора турбовентиляторного двигателя Pratt & Whitney PurePower с редуктором. авиационный двигатель. [12] Кроме того, они используются в топливных баках и окислителя в SpaceX Falcon 9 ракеты - носителе, формула один суппортами тормозов, и AgustaWestland EH101 вертолет . [13]

Третья и последняя версия внешнего бака американского космического корабля " Шаттл " была в основном сделана из сплава Al-Li 2195 . [14] Кроме того, сплавы Al-Li также используются в переднем адаптере Centaur в ракете Atlas V , [15] в космическом корабле Orion и должны были использоваться в запланированных ракетах Ares I и Ares V (часть отменена программа Созвездие ).

Сплавы Al – Li обычно соединяют сваркой трением с перемешиванием . Некоторые сплавы Al – Li, такие как Weldalite 049 , можно сваривать обычным способом ; однако это свойство достигается за счет плотности; Weldalite 049 имеет примерно такую ​​же плотность, как алюминий 2024 года, и на 5% выше модуль упругости . [ необходима цитата ] Al-Li также производится в рулонах шириной 220 дюймов (18 футов; 5,6 метра), что позволяет сократить количество соединений. [16]

Хотя алюминиево-литиевые сплавы обычно превосходят алюминиево-медные или алюминиево-цинковые сплавы по предельному отношению прочности к массе, их низкая усталостная прочность при сжатии остается проблемой, которая к 2016 г. решена лишь частично [17] [13 ]. ] Кроме того, высокая стоимость (примерно в 3 раза или больше, чем для обычных алюминиевых сплавов), плохая коррозионная стойкость и сильная анизотропия механических свойств прокатанных алюминиево-литиевых изделий привели к ограниченному количеству применений.

Список алюминиево-литиевых сплавов [ править ]

Помимо формального четырехзначного обозначения, основанного на его элементном составе, алюминиево-литиевый сплав также связан с определенными поколениями, в первую очередь, исходя из того, когда он был впервые произведен, но во вторую очередь из-за содержания в нем лития. Первое поколение просуществовало от первоначальных фоновых исследований в начале 20-го века до их первого применения в самолетах в середине 20-го века. Состоит из сплавов, которые должны были заменить популярные 2024 и 7075непосредственно сплавы Al – Li второго поколения имели высокое содержание лития не менее 2%; эта характеристика привела к значительному снижению плотности, но привела к некоторым отрицательным эффектам, особенно к вязкости разрушения. Третье поколение - это существующее поколение Al-Li продукта, которое доступно, и оно получило широкое признание производителей самолетов, в отличие от двух предыдущих поколений. В этом поколении снижено содержание лития до 0,75–1,8%, чтобы смягчить эти отрицательные характеристики, сохранив при этом некоторое снижение плотности; [18] Плотность Al-Li третьего поколения колеблется от 2,63 до 2,72 грамма на кубический сантиметр (от 0,095 до 0,098 фунта на кубический дюйм). [19]

Сплавы первого поколения (1920–1960-е гг.) [ Править ]

Сплавы Al – Li первого поколения [20] [18]
Название / номер сплаваПриложения
1230 (VAD23)Ту-144
1420Фюзеляжи, топливные баки и кабины МиГ-29 ; Су-27 ; Ту-156 , Ту-204 , Ту-334 ; Як-36 и Як-38 Фюзеляжи
1421
2020 г.Крылья и горизонтальные стабилизаторы A-5 Vigilante

Сплавы второго поколения (1970–1980-е гг.) [ Править ]

Сплавы Al – Li второго поколения [20] [18]
Название / номер сплаваПриложения
1430
1440
1441Бе-103 и Бе-200
1450Ан-124 и Ан-225
1460Многоразовая ракета-носитель McDonnell Douglas ( DC-X ); Ту-156
2090 (предназначен для замены 7075 )Передние кромки A330 и A340 ; C-17 Globemaster ; Адаптер полезной нагрузки Atlas Centaur [21]
2091 (CP 274) [22] (предназначен для замены 2024 г. )Люки доступа Fokker 28 и Fokker 100 в нижнем обтекателе фюзеляжа [23]
8090 (CP 271) (предназначен для замены 2024 г. )Планер EH-101 ; [9] Передние кромки A330 и A340 ; Адаптер полезной нагрузки Titan IV

Сплавы третьего поколения (1990–2010 годы) [ править ]

Сплавы Al – Li третьего поколения
Название / номер сплаваПриложения
2050 (AirWare I-Gauge) [9] [24]Ракета-носитель экипажа " Арес I" - разгонный блок; Нервюры крыла A350 ; [24] Усилитель нижней части крыла A380 [25]
2055 [26]
2060 (C14U)
2065 [9] [19]
2076[19]
2096
2098 [27] [19]
2099 (C460)Стрингеры А380 , экструдированные поперечины, продольные балки и поручни сидений; [28] Боинг 787 [9]
2195Ракета-носитель экипажа " Арес I" - разгонный блок; [9] Последняя модификация сверхлегкого внешнего бака космического челнока [29]
2196Экструдированные поперечные балки, продольные балки и направляющие сиденья A380 [28]
2198 (AirWare I-Form)Обшивка фюзеляжа самолетов A350 и CSeries ; [24] Ракета второй ступени Falcon 9 [9]
2199 (C47A)
2296[19]
2297Переборки F-16 [19]
2397Переборки F-16 ; Сверхлегкий внешний бак космического корабля "Спейс Шаттл" межбаковые упоры [19]
Al – Li TP – 1
C99N

Другие сплавы [ править ]

  • 1424 алюминиевый сплав [30]
  • 1429 алюминиевый сплав [31]
  • Алюминиевый сплав 1441K [30]
  • 1445 алюминиевый сплав [30]
  • Алюминиевый сплав В-1461 [30]
  • Алюминиевый сплав В-1464 [30]
  • Алюминиевый сплав В-1469 [30]
  • Алюминиевый сплав 2094 [27]
  • Алюминиевый сплав 2095 ( Weldalite 049 ) [9]
  • 2097 алюминиевый сплав [27]
  • 2197 алюминиевый сплав [27]
  • Алюминиевый сплав 8025 [27]
  • Алюминиевый сплав 8091 [27]
  • Алюминиевый сплав 8093 [27]
  • CP 276 [9]

Производственные площадки [ править ]

Ключевыми мировыми производителями продукции из алюминиево-литиевых сплавов являются Arconic , Constellium и Каменск-Уральский металлургический завод .

  • Технический центр Arconic (Аппер-Баррелл, Пенсильвания, США) [9]
  • Arconic Lafayette (Индиана, США); годовая производительность 20 000 метрических тонн (22 000 коротких тонн; 20 000 000 кг; 44 000 000 фунтов) алюминия-лития [9] и возможность отливки круглых и прямоугольных слитков для катаных, штампованных и кованых изделий.
  • Arconic Kitts Green (Великобритания)
  • Завод Rio Tinto Alcan Dubuc (Канада); грузоподъемность 30 000 т (33 000 коротких тонн; 30 000 000 кг; 66 000 000 фунтов)
  • Constellium Issoire (Пюи-де-Дом), Франция; годовая производительность 14 000 т (15 000 коротких тонн; 14 000 000 кг; 31 000 000 фунтов) [9]
  • Каменск-Уральский металлургический завод (КУМЗ)
  • Алерис (Кобленц, Германия)
  • FMC Corporation
  • Юго-западный алюминий (КНР)

См. Также [ править ]

  • Алюминиевый сплав
  • Магниево-литиевые сплавы
  • ВЗГЛЯД
  • Пластик, армированный углеродным волокном (CFRP)

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Джоши, Амит. «Алюминиево-литиевые сплавы нового поколения» (PDF) . Индийский технологический институт, Бомбей . Metal Web News. Архивировано из оригинального (PDF) 28 сентября 2007 года . Проверено 3 марта 2008 года .
  2. ^ Старке, EA; Сандерс, TH; Палмер, И.Г. (20 декабря 2013 г.). «Новые подходы к разработке сплавов в системе Al – Li». JOM: Журнал Общества минералов, металлов и материалов (опубликован в августе 1981 г.). 33 (8): 24–33. DOI : 10.1007 / BF03339468 . ISSN 1047-4838 . OCLC 663900840 .  
  3. ^ а б Махалингам, К .; Гу, БП; Liedl, GL; Сандерс, TH (февраль 1987 г.). «Огрубление осадков [дельта] '(Al3Li) в бинарных сплавах Al – Li». Acta Metallurgica . 35 (2): 483–498. DOI : 10.1016 / 0001-6160 (87) 90254-9 . ISSN 0001-6160 . OCLC 1460926 .  
  4. ^ Jha, SC; Сандерс, TH; Даянанда, Массачусетс (февраль 1987 г.). «Зоны, свободные от образования осадка на границе зерен в сплавах Al – Li». Acta Metallurgica . 35 (2): 473–482. DOI : 10.1016 / 0001-6160 (87) 90253-7 . ISSN 0001-6160 . OCLC 1460926 .  
  5. ^ "Структуры кристаллической решетки: структура Cu3Au (L12)" . Военно-морская исследовательская лаборатория (NRL) Центр вычислительного материаловедения . 21 октября 2004 года Архивировано из оригинала 6 апреля 2010 года.
  6. ^ "Структуры кристаллической решетки: структура NaTl (B32)" . Военно-морская исследовательская лаборатория (NRL) Центр вычислительного материаловедения . 17 февраля 2007 года Архивировано из оригинала 12 июня 2011.
  7. ^ Kishio, K .; Бриттен, Дж. О. (1979). «Дефект в структуре [beta] -LiAl». Журнал физики и химии твердого тела . 40 (12): 933–940. DOI : 10.1016 / 0022-3697 (79) 90121-5 . ISSN 0038-1098 . OCLC 4926011580 .  
  8. ↑ Линч, Керри (8 августа 2017 г.). «FAA издает особые условия для сплава Global 7000» . Авиационные международные новости . Архивировано 11 августа 2017 года . Проверено 7 марта 2019 .
  9. ^ a b c d e f g h i j k l Джуканович, Горан (5 сентября 2017 г.). «Алюминиево-литиевые сплавы дают отпор» . Архивировано 23 ноября 2017 года . Проверено 7 марта 2019 .
  10. ↑ Bhaskara, Vinay (2 ноября 2015 г.). «Битва регионалов - ERJ против CSeries против MRJ против SSJ: введение и обзор рынка» . Журнал Airways . Архивировано 7 марта 2019 года.
  11. ^ «Алкоа выигрывает четвертый контракт с Boeing в серии недавних сделок» (пресс-релиз). 28 января 2016 года. Архивировано 7 марта 2019 года . Проверено 7 марта 2019 .
  12. ^ «Alcoa объявляет о создании первого в мире реактивного двигателя в соглашении о поставке на 1,1 миллиарда долларов с Pratt & Whitney: первая в мире поковка из алюминиевого сплава для гибридно-металлической лопасти вентилятора Pratt & Whitney для двигателей PurePower®» (пресс-релиз). Нью-Йорк, Нью-Йорк, США и Фарнборо, Англия, Великобритания. 14 июля 2014 года. Архивировано 7 марта 2019 года . Проверено 7 марта 2019 .
  13. ^ a b «MEE433B: алюминиево-литиевые сплавы» . Факультет прикладных наук Королевского университета . Архивировано из оригинала 6 августа 2004 года.
  14. ^ «Факты НАСА: сверхлегкий внешний бак» (PDF) (пресс-релиз). Хантсвилл, Алабама: Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), Центр космических полетов им. Маршалла. Апрель 2005. Архивировано (PDF) из оригинала 4 января 2006 года.
  15. ^ "Атлас V" . Архивировано 30 октября 2008 года . Проверено 7 марта 2019 .
  16. ^ «Легче, сильнее и больше, чем когда-либо: Arconic помогает строить будущее авиации с использованием передового алюминия и лития» . Архивировано 15 апреля 2017 года . Проверено 7 марта 2019 .
  17. ^ Чжу, Сяо-хуэй; Чжэн, Цзы-цяо; Чжун, Шэнь; Ли, Хун-ин (5–9 сентября 2010 г.). «Влияние элементов Mg и Zn на механические свойства и осаждения в сплаве 2099» (PDF) . В Кумаи, Синдзи (ред.). ICAA12 Иокогама: протоколы . Материалы Международной конференции по алюминиевым сплавам. 12 . Иокогама, Япония: Японский институт легких металлов. С. 2375–2380. ISBN  978-4-905829-11-9. OCLC  780496456 . Архивировано 6 апреля 2017 года (PDF) .
  18. ^ a b c Риоха, Роберто Дж .; Лю, Джон (сентябрь 2012 г.). «Эволюция продуктов на основе Al-Li для аэрокосмической и космической техники» (PDF) . Металлургическая и Транзакции материалов A . Springer US (опубликовано 31 марта 2012 г.). 43 (9): 3325–3337. Bibcode : 2012MMTA ... 43.3325R . DOI : 10.1007 / s11661-012-1155-Z . ISSN 1073-5623 . Архивировано 20 февраля 2019 года . Проверено 9 марта 2019 .  
  19. ^ Б с д е е г Ишвара Прасада, Гокхале & Wanhill 2014 ; Глава 15: Применение алюминиево-литиевых сплавов в аэрокосмической отрасли
  20. ^ a b Грушко, Овсянников, Овчинноков, 2016 ; Глава 1: Краткая история создания алюминиево-литиевого сплава
  21. ^ «Информационный бюллетень 6 - Часть II: Совместный план развития технологии запуска» . X-33 History Project . 22 декабря 1999 года. Архивировано 13 февраля 2016 года . Проверено 11 марта 2019 .
  22. ^ Ишвара Прасад, Н .; Гохале, AA; Рама Рао, П. (февраль – апрель 2003 г.). «Механическое поведение алюминиево-литиевых сплавов» (PDF) . Садхана: Труды Академии технических наук . 28 (1–2): 209–246. DOI : 10.1007 / BF02717134 . ISSN 0256-2499 . OCLC 5652684711 . Архивировано 4 апреля 2017 года . Проверено 18 марта 2019 . Выложите резюме .   
  23. ^ Vaessen, GJH; van Tilborgh, C .; ван Ройен, HW (3-5 октября 1988 г.). «Изготовление тестовых образцов из Al-Li 2091 для Fokker 100» . Новые легкие сплавы: доклады, представленные на 67-м заседании Группы по конструкциям и материалам AGARD в Мирло, Нидерланды, 3-5 октября 1988 г. (PDF) . Заседание Группы по конструкциям и материалам Консультативной группы по аэрокосмическим исследованиям и разработкам (AGARD) Организации Североатлантического договора (НАТО). 67 . Мирло, Нидерланды (опубликовано 1 августа 1989 г.). С. 13–1–13–12. ISBN  92-835-0519-0. OCLC  228022064 . Архивировано 24 февраля 2018 года . Проверено 18 марта 2019 . Выложите резюме .
  24. ^ a b c Constellium (2 октября 2012 г.). Технология Constellium AIRWARE® (трейлер).
  25. ^ Lequeu, Ph .; Lassince, Ph .; Уорнер, Т. (июль 2007 г.). «Разработка алюминиевого сплава для Airbus A380 - часть 2» . Современные материалы и процессы . 165 (7). С. 41–44. ISSN 0882-7958 . OCLC 210224702 . Архивировано 17 марта 2019 года . Проверено 16 марта 2019 .  
  26. ^ Экструзии из алюминиевого сплава 2055-T84: высокопрочные, усталостные экструзии с низкой плотностью (PDF) (Технический отчет). Лафайет, Индиана: поковки и экструзии Arconic. Декабрь 2016. Архивировано (PDF) из оригинала 26 октября 2017 года.
  27. ^ a b c d e f g Грушко, Овсянников, Овчинноков, 2016 , с. 9 (Таблица 1.2: Состав алюминиево-литиевых сплавов, зарегистрированных в США, Франции и Великобритании)
  28. ^ a b Pacchione, M .; Телгкамп, Дж. (5 сентября 2006 г.). «Проблемы металлического фюзеляжа» (PDF) . 25-й Международный конгресс авиационных наук (ICAS 2006) . Конгресс Международного совета авиационных наук. 4.5.1 (25 изд.). Гамбург, Германия. С. 2110–2121. ISBN  978-0-9533991-7-8. OCLC  163579415 . Архивировано 27 января 2018 года (PDF) . Проверено 7 марта 2019 . Выложите резюме .
  29. ^ Niedzinski, Майкл (11 февраля 2019). «Статья: Эволюция сплавов Constellium Al-Li для космических запусков и приложений для модулей экипажа» . Light Metal Age: Международный журнал индустрии легких металлов (опубликован в феврале 2019 г.). п. 36. ISSN 0024-3345 . OCLC 930270638 . Проверено 17 марта 2019 .  
  30. ^ a b c d e f Грушко, Овсянников и Овчинноков, 2016 , стр. 7–8 (Таблица 1.1: Российские алюминиево-литиевые сплавы)
  31. ^ Зауэрманн, Роджер; Фридрих, Бернд; Гриммиг, Т .; Buenck, M .; Бюриг-Полачек, Андреас (2006). «Разработка алюминиево-литиевых сплавов, обработанных контейнерным процессом Rheo» (PDF) . In Kang, C .G .; Ким, СК; Ли, С.Ю. (ред.). Полутвердая обработка сплавов и композитов . Явления твердого тела. 116–117 (опубликовано 15 октября 2006 г.). С. 513–517. DOI : 10,4028 / www.scientific.net / SSP.116-117.513 . ISBN  9783908451266. OCLC  5159219975 . Архивировано 2 февраля 2017 года (PDF) . Проверено 7 марта 2019 .

Библиография [ править ]

  • Грушко, Ольга; Овсянников, Борис; Овчинноков, Виктор (2016). Эскин, Д.Г. (ред.). Алюминиево-литиевые сплавы: технологическая металлургия, физическое металловедение и сварка . Успехи в металлических сплавах. 8 . CRC Press / Taylor & Francis Group. DOI : 10.1201 / 9781315369525 . ISBN 9781498737173. OCLC  943678703 . Выложите резюме .
  • Eswara Prasad, N .; Gokhale, Amol A .; Wanhill, RJH, ред. (2014). Алюминиево-литиевые сплавы: обработка, свойства и применение . Elsevier / Butteworth-Heinemann (опубликовано 20 сентября 2013 г.). DOI : 10.1016 / C2012-0-00394-8 . ISBN 978-0-12-401698-9. OCLC  871759610 . Выложите резюме .

Внешние ссылки [ править ]

  • Ричардсон, Майк (14 октября 2012 г.). «Литий лечит беды производителей алюминия» . Аэрокосмическое производство . OCLC  907578912 . Архивировано 9 марта 2019 года.
  • «Лучше ли алюминиево-литиевые композиты для узкофюзеляжных авиалайнеров?» . Новости GLG. 18 октября 2010. Архивировано 7 марта 2019 года . Проверено 7 марта 2019 г. - через AirInsight Group, LLC.