Jump to content

Алюминий-литиевые сплавы

(Перенаправлено с Ал-Ли )

Алюминий-литиевые сплавы сплавы Al-Li) представляют собой совокупность сплавов алюминия ( и лития , часто включающую также медь и цирконий . 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

[ редактировать ]

Легирование литием уменьшает 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% по массе лития, добавленный в алюминий, снижает плотность получаемого сплава на 3% и увеличивает жесткость на 5%. [ 1 ] Этот эффект действует вплоть до предела растворимости лития в алюминии, который составляет 4,2%.
Деформационное упрочнение
атома другого типа Введение в кристалл приводит к деформации решетки, что помогает блокировать дислокации . Таким образом, полученный материал становится более прочным, что позволяет использовать его меньше. [ нужна ссылка ]
Дисперсионное 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 выделения не стабильны, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить перестарение с образованием стабильной фазы AlLi (β). [ 3 ] Это также приводит к образованию зон без выделений (PFZ), обычно на границах зерен , и может снизить коррозионную стойкость сплава. [ 4 ]

Кристаллическая структура Al 3 Li и Al–Li, хотя и основана на кристаллической системе ГЦК , сильно различается. Al 3 Li имеет структуру решетки почти того же размера, 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 NaTl, B32 или Fd 3 м. [ 6 ] структура, которая состоит как из лития, так и из алюминия, предполагая структуру алмаза, и имеет параметр решетки 6,37 Å. Межатомное расстояние Al-Li (3,19 Å) меньше, чем у чистого лития или алюминия. [ 7 ]

Использование

[ редактировать ]

Сплавы Al–Li представляют интерес в первую очередь для аэрокосмической промышленности из-за преимущества в весе. ) заявляет о снижении веса узкофюзеляжных Компания авиалайнеров Arconic (ранее Alcoa до 10 % по сравнению с композитами , что приводит к повышению топливной эффективности на 20 % при меньших затратах, чем у титана или композитов. [ 8 ] Алюминиево-литиевые сплавы впервые были использованы в крыльях и горизонтальном стабилизаторе военного самолета North American A-5 Vigilante . Другие сплавы Al-Li использовались в нижней обшивке крыла Airbus A380 , внутренней конструкции крыла Airbus A350 , фюзеляже Bombardier CSeries. [ 9 ] (где сплавы составляют 24% фюзеляжа), [ 10 ] грузовой пол Боинга 777X , [ 11 ] и лопасти вентилятора авиационного двигателя Pratt & Whitney PurePower турбовентиляторного . [ 12 ] Они также используются в баках топлива и окислителя ракеты- SpaceX Falcon 9 носителя , тормозных суппортах Формулы-1 и AgustaWestland EH101 вертолете . [ 13 ]

американского космического корабля "Шаттл " Третья и последняя версия внешнего бака Al-Li была в основном изготовлена ​​из сплава 2195 . [ 14 ] Кроме того, сплавы Al-Li также используются в Centaur переднем адаптере Atlas V. ракеты [ 15 ] в космическом корабле «Орион» и должны были использоваться в запланированных ракетах «Арес I» и «Арес V» (часть отмененной программы «Созвездие» ).

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

Хотя алюминиево-литиевые сплавы в целом превосходят сплавы алюминий-медь или алюминий-цинк по соотношению предельной прочности к весу, их низкая усталостная прочность при сжатии остается проблемой, которая по состоянию на 2016 год решена лишь частично. [ 17 ] [ 13 ] Кроме того, высокая стоимость (около 3 и более раз по сравнению с традиционными алюминиевыми сплавами), плохая коррозионная стойкость и сильная анизотропия механических свойств проката из алюминиево-литиевого проката привели к ограничению его применения.

Порошок сплава Al-Li используется в производстве легких спортивных товаров, в том числе велосипедов, теннисных ракеток, клюшек для гольфа и бейсбольных бит. Его высокая прочность в сочетании с уменьшенным весом значительно повышает производительность, скорость и маневренность. [ 18 ] [ 19 ] Он также используется в автомобильной промышленности в качестве панелей кузова, деталей шасси и компонентов подвески. [ 20 ]

Список сплавов алюминия и лития

[ редактировать ]

Помимо формального четырехзначного обозначения, полученного из его элементного состава , алюминиево-литиевый сплав также ассоциируется с определенными поколениями, в первую очередь в зависимости от того, когда он был впервые произведен, а во вторую очередь от содержания в нем лития. Первое поколение просуществовало от первых предварительных исследований в начале 20 века до первого применения в самолетах в середине 20 века. состоящее из сплавов, которые должны были напрямую заменить популярные сплавы 2024 и 7075 Второе поколение Al-Li, , имело высокое содержание лития - не менее 2%; эта характеристика привела к значительному снижению плотности, но привела к некоторым негативным последствиям, особенно к вязкости разрушения . Третье поколение — это нынешнее поколение доступных продуктов Al-Li, получившее широкое признание среди производителей самолетов, в отличие от двух предыдущих поколений. В этом поколении содержание лития снижено до 0,75–1,8%, чтобы смягчить эти негативные характеристики, сохранив при этом некоторое снижение плотности; [ 21 ] Плотность Al-Li третьего поколения варьируется от 2,63 до 2,72 грамма на кубический сантиметр (от 0,095 до 0,098 фунта на кубический дюйм). [ 22 ]

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

[ редактировать ]
Сплавы Al–Li первого поколения [ 23 ] [ 21 ]
Название/номер сплава Приложения
1230 (ВАД23) Ту-144
1420 МиГ-29 Фюзеляжи, топливные баки и кабины ; Су-27 ; Ту-156 , Ту-204 и Ту-334 ; Як-36 и Як-38. Фюзеляжи
1421
2020 А-5 Vigilante Крылья и горизонтальные стабилизаторы

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

[ редактировать ]
Сплавы Al–Li второго поколения [ 23 ] [ 21 ]
Название/номер сплава Приложения
1430
1440
1441 Бе-103 и Бе-200
1450 Ан-124 и Ан-225
1460 McDonnell Douglas многоразовая ракета-носитель ( DC-X ); Ту-156
2090 (предназначен для замены 7075 ) Airbus A330 и Airbus A340 Передние кромки ; С-17 Глоубмастер ; Atlas Centaur Адаптер полезной нагрузки [ 24 ]
2091 (КП 274) [ 25 ] (предназначен для замены 2024 г. ) Люки доступа к Fokker 28 и Fokker 100 в нижнем обтекателе фюзеляжа. [ 26 ]
8090 (CP 271) (предназначен для замены 2024 г. ) ЕН-101 ; планер [ 9 ] Airbus A330 и Airbus A340 Передние кромки Titan IV ; Адаптер полезной нагрузки

Сплавы третьего поколения (1990–2010-е гг.)

[ редактировать ]
Сплавы Al–Li третьего поколения
Название/номер сплава Приложения
2050 (AirWare I-Gauge) [ 9 ] [ 27 ] Экипажная ракета-носитель «Арес I» – разгонный блок; А350 ; нервюры крыла [ 27 ] А380 Усиление нижнего крыла [ 28 ]
2055 [ 29 ]
2060 (С14У)
2065 [ 9 ] [ 22 ]
2076 [ 22 ]
2096
2098 [ 30 ] [ 22 ]
2099 (С460) Стрингеры А380 , прессованные поперечины, продольные балки и направляющие сиденья; [ 31 ] Боинг 787 [ 9 ]
2195 Экипажная ракета-носитель «Арес I» – разгонный блок; [ 9 ] Последняя версия сверхлегкого внешнего бака космического корабля "Шаттл" [ 32 ] Топливные баки Falcon 9 [ 33 ]
2196 A380. Экструдированные поперечины, продольные балки и направляющие сиденья [ 31 ]
2198 (I-форма AirWare) Обшивка фюзеляжа самолетов A350 и CSeries ; [ 27 ] Falcon 9 Ракета второй ступени [ 9 ]
2199 (С47А)
2296 [ 22 ]
2297 Ф-16 Переборки [ 22 ]
2397 Ф-16 Переборки ; Сверхлегкие внешнего бака космического корабля "Спейс шаттл" межбаковые упорные панели [ 22 ]
Al–LiTP–1
C99N

Другие сплавы

[ редактировать ]

Производственные площадки

[ редактировать ]

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

  • Технический центр Arconic (Аппер Баррелл, Пенсильвания, США) [ 9 ]
  • Арконик Лафайет (Индиана, США); Годовая мощность 20 000 метрических тонн (22 000 коротких тонн; 20 000 000 кг; 44 000 000 фунтов) алюминия-лития. [ 9 ] и способен отливать круглые и прямоугольные слитки для прокатки, экструдирования и ковки.
  • Арконик Киттс Грин (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 мощность 14 000 т (15 000 коротких тонн; 14 000 000 кг; 31 000 000 фунтов) [ 9 ]
  • Каменск-Уральский металлургический завод (КУМЗ)
  • Алерис (Кобленц, Германия)
  • Корпорация FMC — FMC выделила свое литиевое подразделение в Livent, которое теперь (2024 г.) объединилось в Arcadium ( https://arcadiumlithium.com/ )
  • Юго-Западный Алюминий (КНР)

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б Джоши, Амит. «Алюминий-литиевые сплавы нового поколения» (PDF) . Индийский технологический институт, Бомбей . Металлические веб-новости. Архивировано из оригинала (PDF) 28 сентября 2007 года . Проверено 3 марта 2008 г.
  2. ^ Старк, Э.А.; 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 . 33 (8) (опубликовано в августе 1981 г.): 24–33. дои : 10.1007/BF03339468 . ISSN   1047-4838 . OCLC   663900840 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Махалингам, К.; Гу, БП; Лидл, Г.Л.; Сандерс, TH (февраль 1987 г.). «Огрубление [дельта]» (Al3Li) выделяется в бинарных сплавах Al – Li». Акта Металлургика . 35 (2): 483–498. дои : 10.1016/0001-6160(87)90254-9 . ISSN   0001-6160 . ОСЛК   1460926 .
  4. ^ Джа, Южная Каролина; Сандерс, TH; Даянанда, Массачусетс (февраль 1987 г.). «Зернограничные зоны выделения свободных зон в сплавах Al – Li». Акта Металлургика . 35 (2): 473–482. дои : 10.1016/0001-6160(87)90253-7 . ISSN   0001-6160 . ОСЛК   1460926 .
  5. ^ «Структуры кристаллической решетки: структура Cu3Au (L12)» . Военно-морская исследовательская лаборатория (НРЛ) Центр вычислительного материаловедения . 21 октября 2004 г. Архивировано из оригинала 6 апреля 2010 г.
  6. ^ «Структуры кристаллической решетки: структура NaTl (B32)» . Военно-морская исследовательская лаборатория (НРЛ) Центр вычислительного материаловедения . 17 февраля 2007 г. Архивировано из оригинала 12 июня 2011 г.
  7. ^ Кишио, К.; Бриттен, Джо (1979). «Дефектная структура [бета]-LiAl». Журнал физики и химии твердого тела . 40 (12): 933–940. Бибкод : 1979JPCS...40..933K . дои : 10.1016/0022-3697(79)90121-5 . ISSN   0038-1098 . OCLC   4926011580 .
  8. ^ Линч, Керри (8 августа 2017 г.). «ФАУ выпускает особые условия для сплава Global 7000» . Международные авиационные новости . Архивировано из оригинала 11 августа 2017 года . Проверено 7 марта 2019 г.
  9. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л Джуканович, Горан (5 сентября 2017 г.). «Алюминий-литиевые сплавы дают отпор» . Архивировано из оригинала 23 ноября 2017 года . Проверено 7 марта 2019 г.
  10. ^ Бхаскара, Винай (2 ноября 2015 г.). «Битва регионов – ERJ против CSeries против MRJ против SSJ: введение и обзор рынка» . Журнал «Авиакомпании» . Архивировано из оригинала 7 марта 2019 года.
  11. ^ «Alcoa выигрывает четвертый контракт с Boeing из ряда недавних сделок» (пресс-релиз). 28 января 2016 г. Архивировано из оригинала 7 марта 2019 г. . Проверено 7 марта 2019 г.
  12. ^ «Alcoa объявляет о выпуске реактивного двигателя первой в соглашении о поставке на сумму 1,1 миллиарда долларов с Pratt & Whitney: представляет первую в мире усовершенствованную поковку лопастей вентилятора из алюминиевого сплава для гибридно-металлических лопастей вентилятора Pratt & Whitney для двигателей PurePower®» (пресс-релиз). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США и Фарнборо, Англия, Великобритания. 14 июля 2014 года. Архивировано из оригинала 7 марта 2019 года . Проверено 7 марта 2019 г.
  13. ^ Перейти обратно: а б «MEE433B: Алюминий-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: Центр космических полетов имени Маршалла Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Апрель 2005 г. Архивировано (PDF) из оригинала 4 января 2006 г.
  15. ^ «Атлас V» . Архивировано из оригинала 30 октября 2008 года . Проверено 7 марта 2019 г.
  16. ^ «Легче, сильнее и больше, чем когда-либо: Arconic помогает строить будущее авиации с помощью передовых алюминиево-литиевых сплавов» . Архивировано из оригинала 15 апреля 2017 года . Проверено 7 марта 2019 г.
  17. ^ Чжу, Сяо-хуэй; Чжэн, Цзы-цяо; Чжун, Шен; Ли, Хун-ин (5–9 сентября 2010 г.). «Влияние элементов Mg и Zn на механические свойства и выделения в сплаве 2099» (PDF) . В Кумаи, Синдзи (ред.). ICAA12 Иокогама: разбирательство . Материалы международной конференции по алюминиевым сплавам. Том. 12. Иокогама, Япония: Японский институт легких металлов. стр. 2375–2380. ISBN  978-4-905829-11-9 . OCLC   780496456 . Архивировано (PDF) из оригинала 6 апреля 2017 года.
  18. ^ Чен, Дж (2010). «Глава 16 – Легкие сплавы с конструкционной поверхностью для спортивного инвентаря». В Донг, Ханьшань (ред.). Поверхностная инженерия легких сплавов . Издательство Вудхед. стр. 549–567. ISBN  9781845695378 .
  19. ^ Вопрос: Эштон Эктон (2013). Легкие металлы. Достижения в области исследований и применения: 2013 г. . Научные издания. п. 578. ИСБН  978-1481677202 .
  20. ^ «Порошок сплава Al-Li» . Стэнфордские продвинутые материалы . Проверено 7 июля 2024 г.
  21. ^ Перейти обратно: а б с Риоха, Роберто Дж.; Лю, Джон (сентябрь 2012 г.). «Эволюция продуктов на основе Al-Li для аэрокосмической и космической техники» (PDF) . Металлургические и сырьевые операции А . 43 (9). Springer US (опубликовано 31 марта 2012 г.): 3325–3337. Бибкод : 2012MMTA...43.3325R . дои : 10.1007/s11661-012-1155-z . ISSN   1073-5623 . S2CID   136580310 . Архивировано из оригинала 20 февраля 2019 года . Проверено 9 марта 2019 г.
  22. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Эшвара Прасад, Гохале и Ванхилл, 2014 г .; Глава 15: Аэрокосмическое применение алюминиево-литиевых сплавов
  23. ^ Перейти обратно: а б Grushko, Ovsyannikov & Ovchinnokov 2016 ; Chapter 1: Brief history of aluminum-lithium alloy creation
  24. ^ «Информационный бюллетень 6 – Часть II: Совместный план разработки технологий запуска» . Исторический проект X-33 . 22 декабря 1999 г. Архивировано из оригинала 13 февраля 2016 г. Проверено 11 марта 2019 г.
  25. ^ Ишвара Прасад, Н.; Гохале, А.А.; Рама Рао, П. (февраль – апрель 2003 г.). «Механическое поведение алюминиево-литиевых сплавов» . Садхана . 28 (1–2): 209–246. дои : 10.1007/BF02717134 . ISSN   0256-2499 . OCLC   5652684711 . S2CID   55008726 . Архивировано из оригинала 4 апреля 2017 года . Проверено 18 марта 2019 г.
  26. ^ Вассен, GJH; ван Тилборг, К.; ван Ройен, HW (3–5 октября 1988 г.). «Изготовление тестовых изделий из Al-Li 2091 для Fokker 100» (PDF) . Предварительные материалы конференции АГАРД №1. 444: Новые легкие сплавы . 67-е заседание группы экспертов по конструкциям и материалам в Мирло, Нидерланды, 3–5 октября 1988 г. Мирло, Нидерланды (опубликовано 1 августа 1989 г.). стр. 13–1 или 13–12. ISBN  92-835-0519-0 . ОСЛК   228022064 . Архивировано (PDF) из оригинала 25 июня 2021 года . Проверено 18 марта 2019 г. Альтернативный URL-адрес записи каталога NTRL
  27. ^ Перейти обратно: а б с Констеллиум (2 октября 2012 г.). Технология Constellium AIRWARE® (трейлер). Архивировано из оригинала 18 декабря 2021 года.
  28. ^ Леке, доктор философии; Лассинс, доктор философии; Уорнер, Т. (июль 2007 г.). «Разработка алюминиевого сплава для Airbus A380 – часть 2» . Передовые материалы и процессы . Том. 165, нет. 7. С. 41–44. ISSN   0882-7958 . OCLC   210224702 . Архивировано из оригинала 17 марта 2019 года . Проверено 16 марта 2019 г.
  29. ^ Профили из алюминиевого сплава 2055-T84: высокопрочные, усталостные профили с низкой плотностью (PDF) (Технический отчет). Лафайет, Индиана: поковки и экструзии Arconic. Декабрь 2016 г. Архивировано (PDF) из оригинала 26 октября 2017 г.
  30. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Грушко, Овсянников и Овчинноков 2016 , с. 9 (Таблица 1.2: Состав алюминиево-литиевых сплавов, зарегистрированных в США, Франции и Великобритании)
  31. ^ Перейти обратно: а б Паччионе, М.; Телгкамп, Дж. (5 сентября 2006 г.). «Проблемы металлического фюзеляжа» (PDF) . 25-й Международный конгресс авиационных наук (ICAS 2006) . Том. 4.5.1. Гамбург, Германия. стр. 2110–2121. ISBN  978-0-9533991-7-8 . OCLC   163579415 . Архивировано (PDF) из оригинала 27 января 2018 г. Проверено 7 марта 2019 г. каталог конференции
  32. ^ Недзински, Майкл (11 февраля 2019 г.). «Статья: Эволюция сплавов Constellium Al-Li для космических запусков и 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 г.
  33. ^ «Сокол 9» . SpaceX. 2013. Архивировано из оригинала 10 февраля 2007 года . Проверено 6 декабря 2013 г.
  34. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Grushko, Ovsyannikov & Ovchinnokov 2016 , pp. 7–8 (Table 1.1: Russian Aluminum–Lithium Alloys)
  35. ^ Зауэрманн, Роджер; Фридрих, Бернд; Гриммиг, Т.; Буэнк, М.; Бюриг-Полачек, Андреас (2006). «Разработка алюминиево-литиевых сплавов, обрабатываемых контейнерным процессом Рео» (PDF) . Ин Канг, C.G.; Ким, СК; Ли, С.Ю. (ред.). Полутвердая обработка сплавов и композитов . Явления твердого тела. Том. 116–117 (опубликовано 15 октября 2006 г.). стр. 513–517. дои : 10.4028/www.scientific.net/SSP.116-117.513 . ISBN  9783908451266 . OCLC   5159219975 . Архивировано (PDF) из оригинала 2 февраля 2017 года . Проверено 7 марта 2019 г.

Библиография

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: cb7c23d6c1883303766de5d70085f7bd__1720482840
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/cb/bd/cb7c23d6c1883303766de5d70085f7bd.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Aluminium–lithium alloys - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)