Aloeon Titaniwm ac Alwminiwm: Opsiynau Ardderchog ar gyfer Gweithgynhyrchu Ychwanegion yn y Sector Awyrofod Pen Uchel

Manteision a gwahaniaethau titaniwm ac alwminiwm
Defnyddir aloion alwminiwm a thitaniwm, oherwydd eu dwysedd isel rhagorol a'u cryfder strwythurol, mewn nifer fawr o gymwysiadau ym meysydd awyrofod, modurol ac adeiladu peiriannau, boed yn defnyddio argraffu 3D neu beiriannu CNC, ac maent yn arbennig o bwysig yn y diwydiant awyrofod, lle dyma'r prif ddeunyddiau strwythurol.
Mae titaniwm ac alwminiwm ill dau yn ysgafn, ond mae gwahaniaeth o hyd rhwng y ddau. Er bod titaniwm tua dwy ran o dair yn drymach nag alwminiwm, mae ei gryfder cynhenid ​​​​yn golygu y gellir defnyddio swm llawer llai i gyflawni'r cryfder gofynnol. Defnyddir aloion titaniwm yn eang mewn peiriannau jet awyrennau a phob math o longau gofod, lle mae ei gryfder a'i ddwysedd isel yn lleihau costau tanwydd. Aloi alwminiwm, gyda dwysedd o draean yn unig o ddur, yw'r deunydd mwyaf cyffredin a ddefnyddir ar gyfer ysgafnhau modurol ar hyn o bryd; Bu astudiaethau'n dangos y gellir defnyddio aloi alwminiwm am hyd at 540kg mewn cerbyd cyflawn, ac os felly bydd y car yn colli 40% o'i bwysau, ac mae cyrff alwminiwm Audi, Toyota a cherbydau brand eraill yn un. enghraifft dda o hyn.

Gan fod gan y ddau ddeunydd gryfder uchel a dwysedd isel, rhaid ystyried ffactorau gwahaniaeth eraill wrth benderfynu pa aloi i'w ddefnyddio.
Cryfder / Pwysau: Mewn sefyllfaoedd tyngedfennol, mae pob gram o ran yn cyfrif, ond os oes angen cydran cryfder uwch, titaniwm yw'r dewis gorau. Oherwydd hyn, defnyddir aloion titaniwm i wneud dyfeisiau meddygol / mewnblaniadau, cydrannau lloeren cymhleth, gosodiadau a braces, a mwy.
Cost: Alwminiwm yw'r metel mwyaf cost-effeithiol i'w ddefnyddio ar gyfer peiriannu neu argraffu 3D; mae titaniwm yn costio mwy ond gall ddal i yrru naid mewn gwerth. Bydd yr arbedion tanwydd ar gyfer awyren neu long ofod o rannau ysgafnach yn talu ar ei ganfed, tra bod rhannau titaniwm yn para'n hirach.
Priodweddau thermol: Mae gan aloion alwminiwm ddargludedd thermol uchel ac fe'u defnyddir yn aml i wneud rheiddiaduron; ar gyfer cymwysiadau tymheredd uchel, mae pwynt toddi uchel titaniwm yn ei gwneud hyd yn oed yn fwy addas, ac mae peiriannau aero yn cynnwys nifer fawr o gydrannau aloi titaniwm.
Gwrthiant cyrydiad: Mae gan alwminiwm a thitaniwm ymwrthedd cyrydiad rhagorol.
Mae ymwrthedd cyrydiad titaniwm ac adweithedd isel yn ei gwneud yn fetel mwyaf biocompatible, ac fe'i defnyddir yn eang mewn meddygol (ee, offer llawfeddygol.) Mae Ti64 hefyd yn gwrthsefyll amgylcheddau halen yn dda ac fe'i defnyddir yn aml mewn cymwysiadau morol.

Mae aloion alwminiwm ac aloion titaniwm yn gyffredin iawn mewn cymwysiadau awyrofod. Mae gan aloi titaniwm gryfder uchel, dwysedd isel (dim ond tua 57% o ddur), ac mae'r cryfder penodol (cryfder / dwysedd) yn llawer mwy na deunyddiau strwythurol metel eraill, a all gynhyrchu rhannau â chryfder uned uchel, anhyblygedd da a phwysau ysgafn. Gellir defnyddio cydrannau injan awyrennau, sgerbwd, croen, caewyr a gêr glanio aloeon titaniwm. Cyfeirnod technoleg argraffu 3D i wirio'r wybodaeth a ganfuwyd bod aloi alwminiwm yn addas ar gyfer gweithio yn yr amgylchedd o dan 200 gradd, roedd ffiwslawdd Airbus A380 gydag alwminiwm yn cyfrif am fwy na 1/3, C919 hefyd yn defnyddio nifer fawr o ddeunyddiau aloi alwminiwm confensiynol perfformiad uchel . Gellir defnyddio aloion alwminiwm ar gyfer crwyn awyrennau, fframiau spacer, asennau adain, ac ati.

Gweithgynhyrchu Ychwanegion Titaniwm a'r Diwydiant Awyrofod
Fel y nodwyd yn Rhagolygon 2019 y Diwydiant Awyrofod ac Amddiffyn Byd-eang a gyhoeddwyd gan Deloitte, wrth i'r diwydiant awyrofod ac amddiffyn barhau i dyfu, felly hefyd y galw am gynhyrchu. Ac, wrth ddylunio ar gyfer cymwysiadau awyrofod ac amddiffyn, mae dewis deunydd yn hollbwysig. Ar gyfer cydrannau sy'n gadael y ddaear, mae lleihau nifer y cydrannau a'r pwysau yn hollbwysig. Yn y meysydd hyn, mae pob 1g o leihau pwysau yn dod â manteision sylweddol.

Mae gan ditaniwm bwynt toddi hynod o uchel o dros 1,600 gradd ac fel arfer mae'n anodd ei beiriannu, sef y prif reswm pam ei fod yn ddrutach na metelau eraill.Ti6Al4V yw'r aloi titaniwm a ddefnyddir yn fwyaf eang, ac mae nid yn unig yn ysgafn, ond hefyd wedi cryfder uchel a gwrthsefyll tymheredd, sydd wedi ei gwneud yn ddeunydd poblogaidd mewn cymwysiadau awyrofod. Mae cymwysiadau cyffredin yn cynnwys rhannau fel llafnau, disgiau, a chylchgronau a ddefnyddir i weithgynhyrchu gwyntyllau injan a rhannau tymheredd isel o awyrennau dan bwysau sy'n gweithredu yn yr ystod tymheredd gradd 400-500, yn ogystal ag wrth weithgynhyrchu gwasanaethau ffiwslawdd a chapsiwlau. , casys modur roced, a chanolbwyntiau llafn rotor hofrennydd. Fodd bynnag, er gwaethaf ei wrthwynebiad uchel i dymheredd uchel a chorydiad, mae gan ditaniwm ddargludedd trydanol gwael, gan ei gwneud yn ddewis gwael ar gyfer cymwysiadau trydanol. Mae aloion titaniwm hefyd yn ddrutach o'u cymharu â metelau ysgafn eraill fel alwminiwm.

Mae'r defnydd o dechnoleg gweithgynhyrchu ychwanegion yn ffafriol i leihau costau prosesu, lleihau gwastraff deunyddiau crai, ac mae ganddo fanteision economaidd sylweddol. Aloeon sy'n seiliedig ar ditaniwm hefyd yw'r system aloi fwyaf systematig ac aeddfed ar gyfer ymchwil gweithgynhyrchu ychwanegion. Mae cydrannau aloi titaniwm a weithgynhyrchir yn ychwanegol wedi'u defnyddio fel strwythurau cynnal llwyth yn y maes hedfan. Yn ôl yr ymchwiliad i gyfeirnod technoleg argraffu 3D, dechreuodd American Aero Met Company brofi gweithgynhyrchu rhannau prawf strwythur is-dwyn aloi titaniwm ar gyfer Boeing F/A-18E/F ar y cyd awyrennau ymladd/ymosod ar fwrdd llong mewn swp bach yn 2001, a chymerodd yr awenau wrth wireddu cymhwysiad rhannau strwythur is-dwyn aloi titaniwm LMD ar awyrennau dilysu F/A-18 yn 2002. Datblygiad arloesol Prifysgol Awyrenneg a Astronauteg Beijing mewn gweithgynhyrchu ychwanegyn laser aloi titaniwm technolegau allweddol, aloion priodweddau mecanyddol cynhwysfawr yn sylweddol fwy na gofaniadau, datblygiad ffrâm aloi titaniwm prif dwyn ar raddfa fawr a chydrannau eraill, wedi'i wireddu yn y ceisiadau gosod awyrennau. Defnyddiodd Prifysgol Polytechnical Northwestern dechnoleg gweithgynhyrchu ychwanegion laser ar gyfer COMAC i gynhyrchu asen adain ganolog awyrennau C919 ar ymyl isaf y samplau stribed, maint 3,000mm × 350mm × 450mm, ansawdd 196kg.

Gweithgynhyrchu Ychwanegion Alwminiwm a'r Diwydiant Awyrofod
Aloi alwminiwm â dwysedd isel, cryfder penodol uchel, ymwrthedd cyrydiad uchel, ffurfadwyedd da, priodweddau ffisegol da a phriodweddau mecanyddol yw'r dosbarth o ddeunyddiau strwythurol anfferrus a ddefnyddir fwyaf mewn diwydiant. Ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion laser, mae deunyddiau sy'n seiliedig ar alwminiwm fel arfer yn anodd eu prosesu deunyddiau, sy'n cael eu pennu gan ei briodweddau ffisegol arbennig (dwysedd isel, amsugno laser isel, dargludedd thermol uchel ac ocsidiad hawdd, ac ati). O safbwynt y broses ffurfio gweithgynhyrchu ychwanegion, mae dwysedd aloi alwminiwm yn fach, mae hylifedd powdr yn gymharol wael, mae unffurfiaeth gosod ar wely powdr ffurfio SLM yn wael neu mae parhad trafnidiaeth powdr yn y broses LMD yn wael, felly mae'n ofynnol i drachywiredd a chywirdeb y system dodwy/bwydo yn yr offer gweithgynhyrchu ychwanegion laser fod yn uchel.
Ar hyn o bryd, mae'r aloion alwminiwm a ddefnyddir mewn gweithgynhyrchu ychwanegion yn aloiau Al-Si yn bennaf, ac mae AlSi10Mg ac AlSi12 gyda hylifedd da wedi'u hastudio'n eang ohonynt. Fodd bynnag, oherwydd natur berthnasol aloi alwminiwm castio aloi Al-Si, er bod y broses weithgynhyrchu ychwanegyn laser wedi'i optimeiddio yn cael ei ddefnyddio ar gyfer paratoi, mae'r cryfder tynnol yn anodd ei dorri trwy 400MPa, sy'n cyfyngu ar ei ddefnydd mewn awyrofod a meysydd gwasanaeth eraill gofynion perfformiad cydrannau sy'n cynnal llwyth uwch.

Er mwyn cael eiddo mecanyddol uwch ymhellach, mae llawer o fentrau a phrifysgolion domestig a thramor wedi cyflymu cyflymder ymchwil a datblygu yn ystod y blynyddoedd diwethaf, ac mae nifer fawr o aloion alwminiwm cryfder uchel sy'n ymroddedig i weithgynhyrchu ychwanegion wedi'u rhestru. Airbus ar gyfer rhannau aloi alwminiwm hedfan anghenion gweithgynhyrchu ychwanegyn, mae datblygiad gweithgynhyrchu ychwanegyn cyntaf y byd o ddeunyddiau powdr aloi alwminiwm cryfder uchel Scalmalloy, cryfder tynnol tymheredd ystafell o 520MPa, wedi'i gymhwyso i strwythur caban awyrennau A320 o'r gweithgynhyrchu ychwanegyn; yr Unol Daleithiau Labordai Ymchwil Hughes (HRL) datblygu aloi alwminiwm cryfder uchel ar gyfer argraffu 3D cryfder 7A77.60L o fwy na 600Mpa, gan ddod yn ffugio cyntaf ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion. Mwy na 600Mpa, gan ddod yn aloi alwminiwm cryfder uchel cyfatebol ffugio cyntaf y gellir ei ddefnyddio ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion, mae NASA Marshall Space Flight Centre wedi dechrau cymhwyso'r deunydd hwn i gynhyrchu rhannau awyrofod ar raddfa fawr; Mae cyfeirnod technoleg argraffu 3D hefyd wedi nodi bod y CVRI domestig yn dylunio a datblygu math newydd o argraffu 3D o aloi alwminiwm cryfder uchel arbennig, gan dorri trwy gyfyngiadau patent Airbus, cryfder tynnol y sefydlog Mwy na 560MPa, yn sylweddol well nag Airbus Gall perfformiad argraffu powdr aloi alwminiwm Scalmalloy® fodloni'r offer cludo rheilffyrdd domestig ac awyrofod a rhannau gweithgynhyrchu pen uchel eraill anghenion argraffu 3D, ac mae'r sector awyrofod domestig wedi dechrau ar y cymwysiadau gweithgynhyrchu ychwanegyn aloi alwminiwm cryfder uchel.