Odličan izbor za aditivnu proizvodnju u vrhunskom vazduhoplovstvu

Performanse i cijena legure titana i aluminija su dvije vječne pokretačke snage za razvoj tehnologije materijala, dok su lagana težina, integracija i integracija strukturnih funkcija uobičajeni izazovi konstrukcijskog dizajna aviona, primjene materijala i proizvodne tehnologije. U proteklih nekoliko decenija, tehnologije formiranja skoro mreže, kao što su vruće izostatičko prešanje, brizganje i sinterovanje plazmom na pražnjenju, postigle su veliki napredak u oblasti titanijumskih legura, ali problemi uskih grla kao što su sadržaj kiseonika i poroznost nisu efikasno rešeni. , čime se ograničava njihova primjena u proizvodnji konstrukcija od legure titana u zrakoplovstvu.

Iz perspektive naučnog istraživanja i razvoja, modernoj industriji su potrebni konstrukcijski materijali visoke čvrstoće, lomne žilavosti i krutosti, uz maksimalno smanjenje težine. Stoga su lagane legure visoke čvrstoće kao što su titan i aluminij i nosive legure otporne na toplinu, kao što su superlegure na bazi Ni, postale fokus istraživanja i razvojnih planova novih materijala u raznim zemljama. Osim toga, ovi materijali su također važni materijali za primjenu u proizvodnji laserskih aditiva.

Prednosti i razlike između legure titanijuma i legure aluminijuma

Titanijumska legura ima visoku specifičnu čvrstoću, specifičnu krutost i dobru otpornost na koroziju, što zadovoljava potrebe dizajna aviona sa visokom upravljivošću, visokom pouzdanošću i dugim vijekom trajanja, a njen nivo primjene je postao važan simbol za mjerenje naprednog stepena odabira materijala za avion.

Legure titana i legure aluminijuma se široko koriste u vazduhoplovstvu, automobilskoj industriji, proizvodnji mašina i drugim poljima zbog svoje odlične niske gustine i strukturne čvrstoće. Posebno u zrakoplovnoj industriji, oni igraju vrlo važnu ulogu i glavni su konstrukcijski materijali zrakoplovne industrije. Iako su legure titana oko dvije trećine teže od aluminijskih legura, njihova inherentna čvrstoća znači da se potrebna čvrstoća može postići u manjim količinama. Legura titanijuma je zbog svoje čvrstoće i male gustine postala važan materijal za smanjenje troškova goriva, a široko se koristi u avionskim mlaznim motorima i raznim tipovima svemirskih letelica. Aluminijska legura je u ovoj fazi najrasprostranjeniji i najčešći automobilski lagani materijal, a njegova gustoća je samo jedna trećina gustoće čelika. Istraživanja su pokazala da se aluminijska legura može koristiti do 540 kg u cijelom vozilu, tako da će se težina automobila smanjiti za 40%. Upotreba potpuno aluminijumskih karoserija u vozilima brendova kao što su Audi i Toyota je dobar primer.

Budući da oba materijala imaju visoku čvrstoću i malu gustoću, pri odabiru legure moraju se uzeti u obzir i drugi faktori.

U kritičnim situacijama kada su potrebna visoka čvrstoća i mala težina, svaki gram je važan, ali ako su potrebne komponente veće čvrstoće, titan je najbolji izbor. Stoga se legure titana koriste za izradu medicinskih uređaja/implantata, složenih satelitskih komponenti, fiksatora i nosača.

Što se tiče cene, aluminijum je najisplativiji metal za mašinsku obradu ili 3D štampanje; Dok titanijum košta više, laki delovi će doneti ogromne koristi za gorivo koje se uštedi avionima ili svemirskim letelicama, dok delovi od legure titanijuma imaju duži radni vek.

Što se tiče termičkih svojstava, legure aluminijuma imaju visoku toplotnu provodljivost i često se koriste za izradu radijatora; Za primjene na visokim temperaturama, visoka tačka topljenja titana ga čini pogodnijim, a avio motori sadrže veliki broj dijelova od legure titana.

Otpornost na koroziju i niska reaktivnost titanijuma čine ga biokompatibilnijim metalom i široko se koristi u medicinskim aplikacijama kao što su hirurški instrumenti. Ti64 je također dobro otporan na salinitet i često se koristi u pomorskim aplikacijama.

U vazduhoplovstvu, legure aluminijuma i legure titana se široko koriste. Legura titana ima prednosti visoke čvrstoće i niske gustine (samo oko 57% čelika), a njena specifična čvrstoća (čvrstoća/gustina) daleko premašuje onu kod drugih metalnih konstrukcijskih materijala i može proizvesti delove sa velikom jediničnom čvrstoćom, dobrom krutošću i mala težina. Početni dijelovi, kostur, koža, pričvršćivači i stajni trap u avionu su napravljeni od legure titanijuma. Osim toga, referenca na tehnologiju 3D štampanja radi provjere relevantnih materijala otkrila je da je aluminijska legura pogodna za rad u okruženju ispod 200 stepeni, trup Airbusa A380 koristi više od 1/3 aluminija, a C919 također koristi veliki broj konvencionalnih visoko -efikasne aluminijske legure. Aluminijumska legura koristi se za oblaganje aviona, pregrade, rebra krila i druge dijelove.

Zbog svoje visoke tačke topljenja i teških svojstava obrade, legure titana su jedan od najskupljih metalnih materijala. Međutim, lagana, visoka čvrstoća i otpornost na visoke temperature titanijumske legure Ti6Al4V čine je visokoprofilnom u oblasti vazduhoplovstva. Njegov opseg primjene uključuje lopatice, diskove, prijemnike i druge dijelove koji rade u niskotemperaturnom dijelu ventilatora i kompresora motora, a opseg radne temperature može doseći 400-500 stepen. Osim toga, koristi se u proizvodnji komponenti trupa i kapsule, kućišta raketnih motora i glavčina propelera rotora helikoptera. Međutim, zbog svoje slabe provodljivosti, titan nije idealan za električne primjene. Iako je cijena legure titana relativno visoka, njena otpornost na visoke temperature i otpornost na koroziju ne mogu se zamijeniti drugim lakim metalima.

Legure na bazi aluminijuma imaju odlična fizička svojstva i mehanička svojstva kao što su niska gustina, visoka specifična čvrstoća, jaka otpornost na koroziju i dobra formabilnost, pa se široko koriste u industriji. Međutim, iz perspektive procesa oblikovanja aditivne proizvodnje, gustina aluminijumske legure je mala, fluidnost praha je relativno loša, ujednačenost polaganja na SLM koji formira sloj praha je loša ili je kontinuitet transporta praha u LMD procesu loš. , tako da su preciznost i tačnost sistema za posipanje praha u opremi za proizvodnju laserskih aditiva visoke.

Trenutno, legure aluminijuma koje se koriste u proizvodnji aditiva su uglavnom legure Al-Si, od kojih su AlSi10Mg i AlSi12 sa dobrom fluidnošću široko proučavane. Međutim, budući da legura Al-Si pripada leguri lijevanog aluminija, iako je pripremljena optimiziranim procesom proizvodnje laserskih aditiva, njena vlačna čvrstoća je još uvijek teško premašiti 400MPa, što ograničava njenu upotrebu u nosivim komponentama s većim zahtjevima za radnim performansama u aeronautičkom svijetu. i drugim poljima.

Moderne vazduhoplovne komponente suočavaju se sa nizom zahtevnih zahteva, uključujući laganu težinu, visoke performanse, visoku pouzdanost i nisku cenu. Ova složena struktura je izuzetno teška za dizajn i proizvodnju. Kroz inovaciju i razvoj tehnologije proizvodnje laserskih aditiva za tipične komponente vazduhoplovstva na bazi aluminijuma, titana i nikla, ne samo da možemo postići lagane i visoke performanse u odabiru materijala, već i odražavamo trend razvoja preciznosti i neto oblika aditivne proizvodnje. tehnologije. Uz integraciju aditivne proizvodnje materijala-struktura-svojstava, možemo primijeniti tehnologiju aditivne proizvodnje na glavni inženjering u području zrakoplovstva.