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鋁鋰合金先進制造技術的具體應用及發展趨勢

來源:南方農機 作者:孫增暉
發布于:2021-02-07 共3406字

  摘要:鋁鋰合金是航空航天的一種關鍵結構性材料, 得到了世界許多國家的重視。目前, 我國新型鋁鋰合金主要依靠國外供應, 不僅成本高, 而且無法獲取核心技術, 難以完成獨立開發工作, 做好相應的技術研究工作是必要的, 文章探究了鋁鋰合金先進制造技術及其發展趨勢, 供參考。

  關鍵詞:鋁鋰合金; 制造技術; 發展趨勢; 新型熱處理;

  鋁鋰合金材料是近年航空航天材料中發展速度最快的一種結構材料, 其在實際應用過程中具有彈性模量好、密度低、耐腐蝕性強等多項優點, 得到了廣泛應用。隨著人們對鋁鋰合金研制和成型技術研究的不斷深入, 相應的技術變得更加成熟, 這也是其應用變得更加合理。

先進制造技術

  1 鋁鋰合金概述

  將鋰作為一項金屬元素加入合金中, 形成鋁鋰合金。向合金中加入鋰中, 能夠使合金的密度變小, 提升合金剛度, 并且使合金在具體應用過程中可以保持一個良好的強度、以及不錯的抗疲勞和抗腐蝕性, 具有良好的延性。

  1.1 鋁鋰合金的分類

  鋁鋰合金可以分為制備鋁鋰合金和焊接鋁鋰合金。

  1) 制備鋁鋰合金:制備鋁鋰合金的兩種常用方法分別為鑄錠冶金法和粉末冶金法。為了解決這兩種制備鋁鋰合金方法在具體應用期間遇到的問題, 人們通過不斷的研究, 最終提出了新制備方法, 并且通過合理的方式, 對這些新準備方法進行應用, 比較具有代表性的準備方法有模擬微重力狀態法和熔鹽電解法[1].2) 焊接鋁鋰合金:20世紀80年代前蘇聯通過對焊機工藝的應用取代了傳統的鉚接工藝, 從而完成對鋁鋰合金的連接, 這不僅使結構在具體應用過程中的剛度得到了提升, 而且也使結構的質量變得更輕, 并且可以減少能源消耗量, 減少實際裝配過程中的時間消耗量, 自此, 焊接技術成為了鋁鋰合金在航空航天空工業中的一項重要技術[2].隨著人們對鋁鋰合金研究的不斷深入, 現在國內外已經開始通過多不同的焊接技術、熱處理技術和不同填充焊絲的方式, 提高鋁鋰合金接頭強度系數, 從而使其整體性能能夠得到進一步提高, 滿足應用需求。

  1.2 鋁鋰合金的特點

  1) 密度明顯低于常規鋁合金;2) 強度更高, 并且具有不錯的韌性平衡, 可以滿足應用需求;3) 抵抗損傷能力強, 并且具有不錯的抗疲勞性;4) 耐腐蝕, 具有不錯的耐熱性, 方便加工成型;5) 高性價比。

  2 鋁鋰合金的研究現狀

  1) 對現有的在制備工藝進行適當改進, 從而提出合理的性制備技術, 使鋁鋰合金綜合性能進一步提高。不同制備鋁鋰合金的工藝在具體應用過程中其都存在優缺點, 在實際制備過程中, 在充分考慮實際情況的基礎上, 對應用的各種方法進行優化組合, 從而使最終產品的性能能夠得到進一步提高, 降低產品的最終成本。

  2) 現階段, 微合金化研究更多的集中在細化組織和抑制雜質危害等各項內容的研究方面, 最終取得的成果十分有限。在確保合金元素有效的基礎上, 應適當引入新時效強化, 并且要形成有效的彌散相粒子, 進而使鋁合金斷裂模式與變形都能夠得到根本轉變, 從而改善鋁鋰合金在具體應用過程中的具體性能, 使其作用能夠得到充分發揮。

  3) 隨著科技的快速發展, 重復航天器和載人航天的快速發展, 焊接生產過程中, 新焊接技術也到了飛速發展。在現有工作進行合理總結分析, 對現有的焊接工藝內進行適當改進, 形成的新工藝, 從而提高鋁鋰合金接頭強度系數, 同時, 隨著焊接自動化的程度的不斷提升, 鋁鋰合金的的應用變得更加廣泛。

  鋁鋰合金是航空航天中的一項關鍵結構性材料, 其受到了世界上先進國家的重視, 現今鋁鋰合金已經被應用在了大型商用客機中。獨立對新型鋁鋰合金的研發是未來我國針對鋁鋰合金研究的關鍵方向[3].現代人們不斷對鋁鋰合金的制作技術進行研究, 在許多方面都取得不錯的成績。

  3 鋁鋰合金的制造技術及具體應用

  3.1 旋壓技術的具體應用

  在鋁鋰合金制作過程中, 旋壓技術在具體應用過程中結合了鍛造、彎曲等多項工藝, 其是一項綜合性很強的工藝, 并且該項技術在實際應用過程中, 具有少無切削工藝。剪切旋壓是近年以傳統旋壓技術為基礎逐漸發展而來的一種新型旋壓技術, 其在具體應用過程中, 不會改變毛坯外徑的具體情況。而是具體厚度進行改變, 完成相應的旋壓操作[4].這種形成方法在具體應用過程中的一項關鍵特點就是可以選輪, 在實際作業過程中的受力較小, 同時, 半錐角和壁厚之間會相互作用, 在施工過程中應用的各項材料都會發生流動, 并且該流動十分順暢, 具體成型時, 在精度方面可以滿足實際要求標準, 同時作業過程中容易拉伸、成型。從目前常用的航天航空器的具體情況來看, 大量的鋁鋰合金構件在具體應用中采用的都為空心回轉體薄殼, 通過旋壓法對相應的構件進行加工, 該加工方式在具體應用中也取得了不錯的效果。例如, 美國某火箭原頂蓋應用的為3塊直徑0.65m, 厚度為10.7mm的Weldalite049板材, 在具體制造過程中通過旋壓方式, 完成相應的制造。

  3.2 新型熱處理工藝技術的具體應用

  鋁鋰合金與常規的鋁合金相比, 在性能上存在較大差異, 主要優點體現在密度低、耐腐蝕性能好等方面, 這也是其具有廣泛的應用范圍。但是, 在對鋁鋰合金進行應用中, 需要相應工作人員特別注意, 在以應力為主的變振幅疲勞試驗過程中, 鋁鋰合金在應用過程中并不具備優勢, 導致該現象的原因就是橫向塑性與斷裂熱性相比更低, 因此, 在具體引用過程中, 經常會出現質量問題, 這會對其性能, 以及應用造成不良影響, 導致其作用無法得到充分發揮, 影響其應用。從對鋁鋰合金的具體應用情況來看, 如果其疲勞紋程精細顯微水平時, 此時, 拓展速度會呈現出明顯加快趨勢。相關人員在對鋁鋰合金的性能進行深入研究過程中, 為了提高鋁鋰合金在應用過程中的斷裂韌性、抗疲勞等性能, 要不斷加強對該項內容, 從目前了解到的資料情況來看, 美國在該方面的研究方面取得了不錯的成績, 開發了雙極、三級、五級熱處理工藝, 在生產鋁鋰合金過程中, 通過對以上工藝的應用, 能夠是鋁鋰合金的各項性能得到提高, 從而使其在應用過程中發揮出更好的性能,F階段, 我國在新型鋁合金研發過程中, 也對具體生產過程中采用的實際工藝進行了大量得到研究工作。但是, 從實際情況來看, 我國只能對鋁鋰合金的研究工作還處于研發階段, 處于起步階段, 基礎研究工作內容行對比較薄弱, 要想實現高質量應用, 還有很長一段路要走。針對鋁鋰合金的熱處理的研究應當在鋁合金熱處理的基礎上完成, 在實際問題分析過程中, 應對國外先進的新工藝進行合理借鑒, 在該基礎上, 使鋁鋰合金熱處理工藝可以被應用到現代工業中。

  3.3 輥鍛成形技術的具體應用

  鋁鋰合金在具體應用過程中具有不多的鍛造性能, 采用鋁鋰合金制造鍛件并不會出現斷裂情況, 也正是因為如此, 鋁鋰合金在航空航天中具有不錯的應用前景。輥鍛技術是近年技術不斷發展而來的一種成形技術, 材料在反向旋轉模具的具體作用下形成塑形變形, 最終獲取到需要鍛件或鍛坯塑性成形工藝。從實際情況來看, 輥鍛在具體發展過程中主要集中在以下兩項工藝:1) 在生產長軸類鍛件過程中, 形成體積分配與預成形, 達到減少成形負荷的作用, 構成精輥精鍛復合生產線, 在實際作業過程中, 可以通過減少投資, 完成對復雜鍛件的批量生產;2) 精密輥鍛技術, 其中最為關鍵的一項技術就是冷精輥技術。該項技術具有不錯的前景, 特別是在板片類零件精密成形上尤為顯著, 例如, 在變截面鋼板彈簧以及葉片成形上具有一定優勢。

  4 結束語

  鋁鋰合金與傳統鋁合金相比在性能上存在各項優勢, 使其在航空航天中有著廣泛的應用空間, 但是, 從實際應用情況來看, 其在具體應用過程中還面臨著不少問題有待處理。因此, 相應的技術人員在具體工作過程中, 應當不斷加強對不同熱處理狀態組織、性能和成型方面等各項內容的深入研究。隨著人們對鋁鋰合金重視程度的不斷加深, 勢必會出現新工藝, 相應的問題也將會得到解決, 可見, 不斷加強對鋁鋰合金制造技術的研究是必要的。

  參考文獻

  [1]王欣, 劉棟, 程序。熱處理工藝對激光增材制造鋁鋰合金組織及力學性能的影響[J].中國激光, 2018, 45 (5) :68-75.

  [2]焦世坤, 劉少印, 劉棟, 等。激光增材制造鋁鋰合金的熱處理組織及T_B相析出[J].中國激光, 2018, 45 (5) :46-53.

  [3]徐進軍, 康唯, 都昌兵。航空航天鋁鋰合金及其成形技術的研究現狀和發展趨勢[J].兵器材料科學與工程, 2017, 40 (3) :132-137.

  [4]吳秀亮, 劉銘, 臧金鑫, 等。鋁鋰合金研究進展和航空航天應用[J].材料導報, 2016, 30 (S2) :571-578+585.

作者單位:長春職業技術學院
原文出處:孫增暉.鋁鋰合金先進制造技術及其發展趨勢探究[J].南方農機,2019,50(08):178-179.
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