Vynikajúca voľba pre aditívnu výrobu v špičkovom letectve

Výkon a cena titánu a zliatiny hliníka sú dve večné hnacie sily pre vývoj materiálových technológií, zatiaľ čo ľahká, integrácia a integrácia konštrukčných funkcií sú spoločnými výzvami konštrukčného dizajnu lietadiel, aplikácie materiálov a výrobnej technológie. Za posledných niekoľko desaťročí dosiahli technológie tvarovania v blízkosti siete, ako je izostatické lisovanie za tepla, vstrekovanie a spekanie výbojovou plazmou, veľký pokrok v oblasti titánových zliatin, ale problémy s prekážkou, ako je obsah kyslíka a pórovitosť, neboli efektívne vyriešené. , čím sa obmedzuje ich použitie pri výrobe konštrukcií z leteckých zliatin titánu.

Z hľadiska vedeckého bádania a vývoja potrebuje moderný priemysel konštrukčné materiály s vysokou pevnosťou, lomovou húževnatosťou a tuhosťou pri čo najväčšej možnej redukcii hmotnosti. Preto sa ľahké vysokopevnostné zliatiny, ako je titán a hliník, a nosné tepelne odolné zliatiny, ako sú superzliatiny na báze Ni, stali stredobodom plánov výskumu a vývoja nových materiálov v rôznych krajinách. Okrem toho sú tieto materiály tiež dôležitými aplikačnými materiálmi pri výrobe laserových aditív.

Výhody a rozdiely medzi zliatinou titánu a zliatinou hliníka

Titánová zliatina má vysokú špecifickú pevnosť, špecifickú tuhosť a dobrú odolnosť proti korózii, ktorá spĺňa konštrukčné potreby lietadiel s vysokou manévrovateľnosťou, vysokou spoľahlivosťou a dlhou životnosťou a jej aplikačná úroveň sa stala dôležitým symbolom na meranie pokročilého stupňa výberu leteckého materiálu.

Zliatiny titánu a zliatiny hliníka sú široko používané v leteckom a kozmickom priemysle, v automobilovom priemysle, vo výrobe strojov a iných oblastiach kvôli ich vynikajúcej nízkej hustote a štrukturálnej pevnosti. Najmä v leteckom priemysle zohrávajú veľmi dôležitú úlohu a sú hlavnými konštrukčnými materiálmi leteckého priemyslu. Hoci sú zliatiny titánu asi o dve tretiny ťažšie ako zliatiny hliníka, ich vlastná pevnosť znamená, že požadovanú pevnosť možno dosiahnuť v menších množstvách. Zliatina titánu sa stala dôležitým materiálom na zníženie nákladov na palivo kvôli svojej pevnosti a nízkej hustote a je široko používaná v leteckých prúdových motoroch a rôznych typoch kozmických lodí. Hliníková zliatina je v tomto štádiu najpoužívanejším a najbežnejším automobilovým ľahkým materiálom a jej hustota je len tretinová v porovnaní s oceľou. Štúdie ukázali, že hliníková zliatina môže byť použitá až do 540 kg v celom vozidle, takže hmotnosť auta sa zníži o 40 %. Dobrým príkladom je použitie celohliníkových karosérií vo vozidlách značiek ako Audi a Toyota.

Keďže oba materiály majú vysokú pevnosť a nízku hustotu, pri výbere zliatiny je potrebné zvážiť ďalšie faktory.

V kritických situáciách, kde sa vyžaduje vysoká pevnosť a nízka hmotnosť, sa počíta každý gram, no ak sú potrebné komponenty s vyššou pevnosťou, je najlepšou voľbou titán. Preto sa zliatiny titánu používajú na výrobu zdravotníckych pomôcok/implantátov, zložitých satelitných komponentov, prípravkov a držiakov.

Pokiaľ ide o náklady, hliník je cenovo najefektívnejší kov na obrábanie alebo 3D tlač; Zatiaľ čo titán stojí viac, ľahké diely prinesú obrovské výhody pre palivo ušetrené lietadlom alebo kozmickou loďou, zatiaľ čo diely z titánovej zliatiny majú dlhšiu životnosť.

Z hľadiska tepelných vlastností majú hliníkové zliatiny vysokú tepelnú vodivosť a často sa používajú na výrobu radiátorov; Pre vysokoteplotné aplikácie je titán vhodnejší pre vysoký bod topenia a letecké motory obsahujú veľké množstvo dielov zo zliatiny titánu.

Odolnosť proti korózii a nízka reaktivita titánu z neho robia najviac biokompatibilný kov a je široko používaný v lekárskych aplikáciách, ako sú chirurgické nástroje. Ti64 tiež dobre odoláva slanému prostrediu a často sa používa v námorných aplikáciách.

V oblasti letectva sa široko používajú zliatiny hliníka a zliatiny titánu. Titánová zliatina má výhody vysokej pevnosti a nízkej hustoty (len asi 57 % ocele) a jej špecifická pevnosť (pevnosť/hustota) ďaleko prevyšuje špecifickú pevnosť iných kovových konštrukčných materiálov a môže vyrábať diely s vysokou jednotkovou pevnosťou, dobrou tuhosťou a nízka hmotnosť. Štartovacie časti, kostra, koža, upevňovacie prvky a podvozok v lietadle sú vyrobené z titánovej zliatiny. Okrem toho, odkaz na technológiu 3D tlače na kontrolu príslušných materiálov zistil, že hliníková zliatina je vhodná na prácu v prostredí pod 200 stupňov, trup Airbusu A380 využíva viac ako 1/3 hliníka a C919 tiež používa veľké množstvo konvenčných vysokých - výkonné materiály z hliníkovej zliatiny. Zliatina hliníka sa používa na plášte lietadiel, priečky, rebrá krídel a iné časti.

Vďaka vysokému bodu tavenia a náročným spracovateľským vlastnostiam sú zliatiny titánu jedným z najdrahších kovových materiálov. Avšak nízka hmotnosť, vysoká pevnosť a odolnosť proti vysokej teplote z titánovej zliatiny Ti6Al4V z nej robia významný profil v oblasti letectva. Rozsah jeho použitia zahŕňa lopatky, kotúče, prijímače a ďalšie časti pracujúce v nízkoteplotnej časti ventilátorov motora a kompresorov a rozsah pracovných teplôt môže dosiahnuť 400-500 stupňov. Okrem toho sa používa pri výrobe komponentov trupu a puzdier, skríň raketových motorov a nábojov vrtuľových rotorov vrtuľníkov. Pre svoju slabú vodivosť však titán nie je ideálny pre elektrické aplikácie. Aj keď je cena titánovej zliatiny pomerne vysoká, jej odolnosť voči vysokej teplote a korózii sa nedá nahradiť inými ľahkými kovmi.

Zliatiny na báze hliníka majú vynikajúce fyzikálne vlastnosti a mechanické vlastnosti, ako je nízka hustota, vysoká špecifická pevnosť, silná odolnosť proti korózii a dobrá tvarovateľnosť, preto sú široko používané v priemysle. Z hľadiska procesu tvarovania aditív je však hustota hliníkovej zliatiny malá, tekutosť prášku je relatívne zlá, rovnomernosť uloženia na lôžku formovacieho prášku SLM je zlá alebo kontinuita dopravy prášku v procese LMD je zlá. , takže presnosť a presnosť systému na nanášanie/podávanie prášku v zariadeniach na výrobu laserových aditív je vysoká.

V súčasnosti sú hliníkové zliatiny používané v aditívnej výrobe hlavne zliatiny Al-Si, z ktorých AlSi10Mg a AlSi12 s dobrou tekutosťou boli široko študované. Pretože však zliatina Al-Si patrí k zliatine hliníka, hoci sa pripravuje optimalizovaným výrobným procesom laserových aditív, jej pevnosť v ťahu je stále ťažké prekročiť 400 MPa, čo obmedzuje jej použitie v nosných komponentoch s vyššími požiadavkami na prevádzkový výkon v leteckom a kozmickom priemysle. a ďalšie oblasti.

Moderné letecké komponenty čelia celému radu náročných požiadaviek, vrátane nízkej hmotnosti, vysokého výkonu, vysokej spoľahlivosti a nízkych nákladov. Táto zložitá konštrukcia je mimoriadne náročná na navrhovanie a výrobu. Prostredníctvom inovácie a vývoja technológie výroby laserových aditív pre typické komponenty na báze hliníka, titánu a niklu pre letectvo a kozmonautiku môžeme nielen dosiahnuť ľahký a vysoký výkon pri výbere materiálu, ale aj odrážať vývojový trend presnosti a čistého tvaru výroby aditív. technológie. Vďaka integrácii aditívnej výroby materiálov, štruktúry a vlastností môžeme použiť technológiu aditívnej výroby na hlavné inžinierstvo v oblasti letectva.