Stop aluminium-lit - Aluminium–lithium alloy
Stopy aluminiowo-litowe (stopy Al-Li), to zestaw stopu z aluminium i litu , często zawierające także miedzi i cyrkonu . Ponieważ lit jest metalem pierwiastkowym o najmniejszej gęstości , stopy te mają znacznie mniejszą gęstość niż aluminium. Komercyjne stopy Al-Li zawierają do 2,45% litu masowo.
Struktura krystaliczna
Stop z litem zmniejsza masę strukturalną o trzy efekty:
- Przemieszczenie
- Atom litu jest lżejszy niż atom glinu; każdy atom litu wypiera następnie jeden atom glinu z sieci krystalicznej , zachowując strukturę sieciową. Każdy 1% masowy litu dodany do aluminium zmniejsza gęstość powstałego stopu o 3% i zwiększa sztywność o 5%. Efekt ten działa do granicy rozpuszczalności litu w aluminium, która wynosi 4,2%.
- Utwardzanie odkształceniowe
- Wprowadzenie innego rodzaju atomu do kryształu napręża sieć, co pomaga blokować dyslokacje . Powstały materiał jest więc mocniejszy, co pozwala na jego mniejsze zużycie.
- Utwardzanie wydzieleniowe
- Po odpowiednim starzeniu lit tworzy metastabilną fazę Al 3 Li (δ') o spójnej strukturze krystalicznej. Wydzielenia te wzmacniają metal, utrudniając ruch dyslokacyjny podczas deformacji. Osady nie są jednak trwałe i należy zachować ostrożność, aby zapobiec nadmiernemu starzeniu się z utworzeniem stabilnej fazy AlLi (β). Powoduje to również powstawanie stref wolnych od wydzieleń (PFZ) zazwyczaj na granicach ziaren i może zmniejszać odporność stopu na korozję .
Struktura krystaliczna dla Al 3 Li i Al-Li, chociaż oparta na systemie kryształów FCC , jest bardzo różna. Al 3 Li ma prawie taką samą strukturę sieciową jak czyste aluminium, z wyjątkiem tego, że atomy litu są obecne w rogach komórki elementarnej. Struktura Al 3 Li jest znana jako AuCu 3 , L1 2 lub Pm 3 m i ma parametr sieci 4,01 Å. Struktura Al-Li jest znana jako struktura NaTl, B32 lub Fd 3 m, która jest wykonana zarówno z litu, jak i aluminium, przy założeniu struktury diamentowej i ma parametr sieci 6,37 Å. Odstęp międzyatomowy dla Al-Li (3,19 Å) jest mniejszy niż w przypadku czystego litu lub aluminium.
Stosowanie
Stopy Al-Li są przede wszystkim przedmiotem zainteresowania przemysłu lotniczego ze względu na ich przewagę wagową. Na wąskim ciała samolotów, Arconic (dawniej Alcoa ) podnosi się do 10% zmniejszenie masy w porównaniu z kompozytami , co prowadzi nawet do 20% większa oszczędność paliwa , przy niższych kosztach niż tytan lub kompozytów. Stopy aluminiowo-litowe zostały po raz pierwszy zastosowane w skrzydłach i stateczniku poziomym północnoamerykańskiego samolotu wojskowego A-5 Vigilante . Inne stopy Al-Li zostały zastosowane w poszyciach dolnych skrzydeł Airbusa A380 , wewnętrznej strukturze skrzydła Airbusa A350 , kadłubie Bombardiera CSeries (gdzie stopy stanowią 24% kadłuba), podłodze ładunkowej Boeing 777X oraz łopatki wentylatora z Pratt & Whitney Purepower ukierunkowanej dwuprzepływowego silnika samolotu. Są one również używane w zbiornikach paliwa i utleniacza w pojeździe startowym SpaceX Falcon 9 , zaciskach hamulcowych Formuły 1 i helikopterze AgustaWestland EH101 .
Trzeci i ostatni wersja USA przestrzeni transfer jest zewnętrznym zbiorniku był głównie z Al-Li 2195 stopu . Ponadto stopy Al-Li są również wykorzystywane w Centaur Forward Adapter w rakiecie Atlas V , w statku kosmicznym Orion i miały być stosowane w planowanych rakietach Ares I i Ares V (część anulowanego programu Constellation ).
Stopy Al-Li są zazwyczaj łączone przez zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem . Niektóre stopy Al-Li, takie jak Weldalite 049 , mogą być spawane konwencjonalnie; jednak ta właściwość ma cenę gęstości; Weldalite 049 ma mniej więcej taką samą gęstość jak aluminium 2024 i 5% wyższy moduł sprężystości . Al-Li jest również produkowany w rolkach o szerokości do 220 cali (18 stóp; 5,6 metra), co może zmniejszyć liczbę połączeń.
Chociaż stopy aluminiowo-litowe są generalnie lepsze od stopów aluminiowo-miedziowych lub aluminiowo-cynkowych pod względem ostatecznego stosunku wytrzymałości do masy, ich słaba wytrzymałość zmęczeniowa podczas ściskania pozostaje problemem, który został tylko częściowo rozwiązany od 2016 r. Również wysokie koszty ( około 3 razy lub więcej niż w przypadku konwencjonalnych stopów aluminium), słaba odporność na korozję i silna anizotropia właściwości mechanicznych walcowanych wyrobów aluminiowo-litowych spowodowały brak zastosowań.
Lista stopów aluminiowo-litowych
Oprócz formalnego czterocyfrowego oznaczenia wywodzącego się z jego składu pierwiastkowego , stop aluminiowo-litowy jest również kojarzony z poszczególnymi generacjami, opartymi przede wszystkim na tym, kiedy został po raz pierwszy wyprodukowany, ale w drugiej kolejności na zawartości litu. Pierwsza generacja trwała od początkowych badań w tle na początku XX wieku do ich pierwszego zastosowania w samolotach w połowie XX wieku. Składająca się ze stopów, które miały bezpośrednio zastąpić popularne stopy 2024 i 7075 , druga generacja Al-Li miała wysoką zawartość litu, co najmniej 2%; ta cecha powodowała duże zmniejszenie gęstości, ale powodowała pewne negatywne skutki, zwłaszcza odporność na kruche pękanie. Trzecia generacja to obecna generacja produktu Al-Li, który jest dostępny i zyskał szeroką akceptację wśród producentów samolotów, w przeciwieństwie do poprzednich dwóch generacji. Ta generacja zmniejszyła zawartość litu do 0,75-1,8%, aby złagodzić te negatywne cechy, zachowując jednocześnie część redukcji gęstości; Gęstości Al-Li trzeciej generacji wahają się od 2,63 do 2,72 gramów na centymetr sześcienny (0,095 do 0,098 funtów na cal sześcienny).
Stopy pierwszej generacji (1920-1960)
Nazwa/numer stopu | Aplikacje |
---|---|
1230 (VAD23) | Tu-144 |
1420 | kadłuby, zbiorniki paliwa i kokpity MiG-29 ; Su-27 ; Tu-156 , Tu-204 i Tu-334 ; Kadłuby Jak-36 i Jak-38 |
1421 | |
2020 | Skrzydła i stateczniki poziome A-5 Vigilante |
Stopy drugiej generacji (1970-1980)
Nazwa/numer stopu | Aplikacje |
---|---|
1430 | |
1440 | |
1441 | Be-103 i Be-200 |
1450 | An-124 i An-225 |
1460 | rakieta nośna wielokrotnego użytku McDonnell Douglas ( DC-X ); Tu-156 |
2090 (przeznaczony do zastąpienia 7075 ) | krawędzie natarcia A330 i A340 ; C-17 Globemaster ; Adapter ładunku Atlas Centaur |
2091 (CP 274) (przeznaczony do zastąpienia 2024 ) | Drzwiczki dostępowe Fokker 28 i Fokker 100 w dolnej owiewce kadłuba |
8090 (CP 271) (przeznaczony do zastąpienia 2024 ) | płatowiec EH-101 ; krawędzie natarcia A330 i A340 ; Adapter ładunku Titan IV |
Stopy trzeciej generacji (1990-2010)
Nazwa/numer stopu | Aplikacje |
---|---|
2050 (AirWare I-Gauge) | Pojazd startowy załogi Ares I – górny stopień; żebra skrzydła A350 ; Wzmocnienie dolnego skrzydła A380 |
2055 | |
2060 (C14U) | |
2065 | |
2076 | |
2096 | |
2098 | |
2099 (C460) | podłużnice A380 , wytłaczane belki poprzeczne, belki podłużne i szyny siedzeń; Boeing 787 |
2195 | Pojazd startowy załogi Ares I – górny stopień; Ostatnia rewizja zbiorników na paliwo miotające Space Shuttle Super Lightweight External Tank Falcon 9 |
2196 | Wytłaczane belki poprzeczne A380 , belki podłużne i szyny siedzeń |
2198 (AirWare I-Form) | Kadłub skóra A350 i CSeries ; Rakieta drugiego stopnia Falcon 9 |
2199 (C47A) | |
2296 | |
2297 | Grodzie F-16 |
2397 | grodzie F-16 ; Super lekkie zewnętrzne panele oporowe międzyzbiornikowego wahadłowca kosmicznego |
Al–Li TP–1 | |
C99N |
Inne stopy
- 1424 stop aluminium
- 1429 stop aluminium
- Stop aluminium 1441 K
- 1445 stop aluminium
- Stop aluminium V-1461
- Stop aluminium V-1464
- Stop aluminium V-1469
- 2094 stop aluminium
- 2095 stop aluminium ( Weldalite 049 )
- 2097 stop aluminium
- stop aluminium 2197
- Stop aluminium 8025
- Stop aluminium 8091
- Stop aluminium 8093
- PK 276
Zakłady produkcyjne
Kluczowymi światowymi producentami wyrobów ze stopów aluminium i litu są Arconic , Constellium i Kamensk-Uralsky Metallurgical Works .
- Arconic Technical Center (Upper Burrell, Pensylwania, USA)
- Arconic Lafayette (Indiana, USA); roczna wydajność 20 000 ton metrycznych (22 000 ton amerykańskich; 20 000 000 kg; 44 000 000 funtów) aluminium i litu oraz możliwość odlewania okrągłych i prostokątnych wlewków do zastosowań walcowanych, wytłaczanych i kutych
- Arconic Kitts Green (Wielka Brytania)
- Zakład Rio Tinto Alcan Dubuc (Kanada); pojemność 30 000 t (33 000 ton amerykańskich; 30 000 000 kg; 66 000 000 funtów)
- Constellium Issoire (Puy-de-Dôme), Francja; roczna wydajność 14 000 t (15 000 ton amerykańskich; 14 000 000 kg; 31 000 000 funtów)
- Kamieńsko- Uralskie Zakłady Metalurgiczne (KUMZ)
- Aleris (Koblencja, Niemcy)
- Korporacja FMC
- Południowo-Zachodnie Aluminium (ChRL)
Zobacz też
Bibliografia
Bibliografia
- Gruszko, Olga; Owsiannikow, Borys; Ovchinnokov, Wiktor (2016). Eskin, DG (red.). Stopy aluminium-lit: metalurgia procesowa, metalurgia fizyczna i spawanie . Postępy w stopach metali. 8 . CRC Press/Taylor & Francis Group. doi : 10.1201/9781315369525 . Numer ISBN 9781498737173. OCLC 943678703 . Ułóż podsumowanie .
- Eswara Prasad, N.; Gokhale, Amol A.; Wanhill, RJH, wyd. (2014). Stopy aluminiowo-litowe: przetwarzanie, właściwości i zastosowania . Elsevier/Butteworth-Heinemann (opublikowane 20 września 2013 r.). doi : 10.1016/C2012-0-00394-8 . Numer ISBN 978-0-12-401698-9. OCLC 871759610 . Ułóż podsumowanie .
Zewnętrzne linki
- Richardson, Mike (14 października 2012). „Lit leczy nieszczęścia producentów aluminium” . Produkcja lotnicza . OCLC 907578912 . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 9 marca 2019 r.
- „Czy kompozyty aluminiowo-litowe pokonają kompozyty w samolotach z wąskim korpusem?” . Wiadomości GLG. 18 października 2010 r. Zarchiwizowane z oryginału w dniu 7 marca 2019 r . Pobrano 7 marca 2019 r. – przez AirInsight Group, LLC.