Засновано на перспективи најсавременијих научних истраживања и развоја, Сциенце је једном објавио чланак у којем се истиче да модерна индустрија захтева од конструкцијских материјала високу чврстоћу, жилавост на лом и крутост, а да истовремено смање тежину што је више могуће. У овом случају, лаке легуре високе чврстоће представљене алуминијумом и титанијумом и носиве легуре отпорне на топлоту представљене суперлегурама на бази Ни постале су један од кључних материјала развијених у плановима истраживања и развоја нових материјала у различитим земље, а такође су у процесу производње ласерских адитива. Важан примењени материјал.
Предности и разлике између титанијума и алуминијума
Легура алуминијума и легура титанијума, због своје одличне ниске густине и структурне чврстоће, имају широку примену у ваздухопловству, аутомобилској производњи, производњи машина и другим пољима, било да се користе 3Д штампање или ЦНЦ обрада, посебно у ваздухопловној индустрији. То је главни конструктивни материјал ваздухопловне индустрије.
И титан и алуминијум су лаки, али ипак постоје разлике између њих. Иако је титанијум око две трећине тежи од алуминијума, његова инхерентна снага значи да се потребна снага може постићи коришћењем мање. Легуре титанијума се широко користе у авионским млазним моторима и разним типовима свемирских летелица, а њихова снага и мала густина могу смањити трошкове горива. Густина легуре алуминијума је само једна трећина од челика, и то је најраспрострањенији и најчешћи лагани материјал за аутомобиле у овој фази. Истраживања су показала да се легуре алуминијума могу користити у возилима до 540 кг. Са смањењем тежине од 40 одсто, потпуно алуминијумска каросерија Аудија, Тојоте и возила других брендова је добар пример.
Материјал | Методе обраде | Затезна чврстоћа | Издужење | Тврдоћа |
титанијум (Ти6АИ4В) | СЛМ | 1186 МПа | 10 посто | 40 ХРБ |
Алуминијум (АлСи10Мг) | СЛМ | 241 МПа | 10 посто | 45 ХРБ |
Алуминијум (6061-Т651) | ЦНЦ | 276 МПа | 17 посто | 95 ХРБ |
Алуминијум (7075-Т651) | ЦНЦ | 572 МПа | 11 посто | 85 ХРБ |
титанијум (Ти6АИ4В) | ЦНЦ | 951 МПа | 14 посто | 35 ХРБ |
Својства материјала алуминијума и титанијума
Пошто оба материјала имају високу чврстоћу и ниску густину, друге разлике се морају узети у обзир када се одлучује коју легуру користити.
Снага/тежина: У критичним ситуацијама сваки грам дела се рачуна, али ако је потребан део веће чврстоће, титанијум је најбољи избор. Из тог разлога, легуре титанијума се користе у производњи медицинских уређаја/имплантата, сложених сателитских склопова, арматура и стентова, између осталог.
Цост: Алуминијум је најисплативији метал за машинску обраду или 3Д штампање; титанијум је скуп, али и даље може довести до скока у вредности. Уштеда горива лаких делова за авион или свемирски брод биће огромна, док ће титанијумски делови трајати дуже.
Термичка својства: Легуре алуминијума имају високу топлотну проводљивост и често се користе за израду радијатора; за примену на високим температурама, висока тачка топљења титанијума га чини погоднијим, а авио-мотори садрже велики број компоненти легуре титанијума.
Отпорност на корозију: И алуминијум и титанијум имају одличну отпорност на корозију.
Отпорност на корозију и ниска реактивност титанијума чине га најбиокомпатибилнијим металом и широко се користи у медицинским апликацијама као што су хируршки инструменти. Ти64 такође добро подноси слана окружења и често се користи у морским апликацијама.
Легуре алуминијума и легуре титанијума су веома честе у примени у ваздухопловству. Легура титанијума има високу чврстоћу и малу густину (само око 57 процената челика), а њена специфична чврстоћа (чврстоћа/густина) је много већа од оне других металних конструкцијских материјала. Може да производи делове са високом јединичном чврстоћом, добром крутошћу и лаганом тежином. Легуре титанијума могу се користити у компонентама мотора авиона, скелетима, кожицама, причвршћивачима и стајним трапом. Референтни подаци о технологији 3Д штампања открили су да су легуре алуминијума погодне за рад у окружењу испод 200 степени Ц. Алуминијумски материјал који се користи у кућишту Аирбус А380 чини више од 1/3, а Ц919 такође користи велики број конвенционалних високо- перформансе материјала од легуре алуминијума. Од легура алуминијума могу се направити облоге авиона, преграде, ребра итд.
Производња адитива за титан и ваздухопловна индустрија
Како се истиче у Глобалном прегледу ваздухопловства и одбрамбене индустрије за 2019. који је објавио Делоитте, како ваздухопловна и одбрамбена индустрија настављају да расте, тако ће расти и производна потражња. А, када се дизајнира за ваздухопловство и одбрамбене апликације, одабир материјала је критичан. За компоненте ван терена, смањење броја компоненти и тежине је кључно. У овим областима, сваки 1 г губитка тежине може донети велике користи.
Титанијум има изузетно високу тачку топљења, преко 1600 степени, а такође је типично материјал који се тешко обрађује, што је главни разлог зашто је скупљи од других метала. Ти6Ал4В је тренутно најчешће коришћени материјал од легуре титанијума. Не само да има малу тежину, већ има и високу чврстоћу и отпорност на високе температуре. Ове карактеристике га чине веома популарним у области ваздухопловства. Уобичајене примене укључују производњу лопатица, дискова, кућишта и других делова за нискотемпературни део вентилатора и компресора мотора, са опсегом радне температуре од 400-500 степени; такође се користи у производњи компоненти оквира авиона и капсула, кућишта ракетних мотора и хеликоптера Роторска чворишта, итд. Међутим, упркос високој температури и отпорности на корозију, титанијум има лошу електричну проводљивост, што га чини лошим избором за електричне примене. Титанијум је такође скупљи у поређењу са другим лаким металима као што је алуминијум.
Употреба титанијума у ваздухопловној индустрији
Употреба технологије адитивне производње погодује смањењу трошкова прераде и расипања сировина, што има значајне економске предности. Легуре на бази титанијума су такође најсистематичнији и најзрелији систем легура за истраживање адитивне производње. Додатно произведене компоненте од легуре титанијума коришћене су као носиве конструкције у ваздухопловству. Према анкети о референцама технологије 3Д штампања, компанија Аеро Мет из Сједињених Држава почела је да производи подносеће структурне комаде од легуре титанијума за Боеинг Ф/А-18Е/Ф комбиновани ловац/напад на носачу авиона у малим серијама 2001. и преузео вођство у реализацији ЛМД легуре титанијума 2002. Примена секундарних носивих конструкцијских делова на Ф/А-18 верификационој машини. Пекиншки универзитет за аеронаутику и астронаутику направио је напредак у кључној технологији ласерске адитивне производње легура титанијума. Свеобухватна механичка својства легура значајно превазилазе својства отковака. Оквири од легуре титанијума са главним лежајевима и друге развијене компоненте су инсталиране и примењене на авионима. Северозападни политехнички универзитет користио је технологију производње ласерских адитива за производњу узорака горње и доње ивице траке централног крила авиона Ц919 за ЦОМАЦ, величине 3000 мм × 350 мм × 450 мм и масе 196 кг.
Легуре на бази алуминијума имају ниску густину, високу специфичну чврстоћу, јаку отпорност на корозију, добру формабилност и добра физичка и механичка својства. Они су најчешће коришћени конструктивни материјали од обојених метала у индустрији. За производњу ласерских адитива, материјали на бази алуминијума су обично материјали који се тешко обрађују, што је одређено њиховим посебним физичким својствима (мала густина, ниска апсорпција ласера, висока топлотна проводљивост, лака оксидација, итд.). Са становишта процеса формирања адитива у производњи, густина легуре алуминијума је релативно мала, флуидност праха је релативно лоша, уједначеност полагања на слој праха који формира СЛМ је лоша, или континуитет транспорта праха у ЛМД-у. процес је лош. Због тога су прецизност и тачност система за посипање праха/за храњење праха у опреми за производњу ласерских адитива релативно високе.
Тренутно, легуре алуминијума које се користе у производњи адитива су углавном легуре Ал-Си, међу којима су АлСи10Мг и АлСи12 са добром флуидношћу широко проучавани. Међутим, због природе материјала ливеног алуминијума легуре Ал-Си, иако је припремљена оптимизованим процесом производње ласерских адитива, затезна чврстоћа је тешко премашити 400МПа, што ограничава његове перформансе у ваздухопловству и другим пољима. Користи се на високо носивим елементима.
Количина легуре алуминијума која се користи у авионима је чак 20 одсто
У циљу даљег добијања виших механичких својстава, многе компаније и универзитети у земљи и иностранству су последњих година убрзали темпо истраживања и развоја, а наведен је и велики број легура алуминијума високе чврстоће намењених адитивној производњи. Ербас је развио Сцалмаллои, први на свету материјал у праху од легуре алуминијума високе чврстоће за адитивну производњу, са затезном чврстоћом од 520 МПа на собној температури, који је примењен у адитивној производњи структурних делова кабине авиона А320. Снага легуре алуминијума високе чврстоће 7А77.60Л за 3Д штампање коју је развила Хугхес Ресеарцх Лаборатори (ХРЛ) у Сједињеним Државама премашује 600Мпа, што је чини првом кованом еквивалентном легуром алуминијума високе чврстоће која се може користити за адитивну производњу. НАСА Марсхалл Спаце Флигхт Центер је почео да Овај материјал се користи у производњи великих ваздухопловних делова; Референтна технологија 3Д штампања је такође пријавила нову врсту легуре алуминијума високе чврстоће коју је дизајнирао и развио домаћи ЦРРЦ Индустри Ресеарцх Институте за 3Д штампање, која пробија патентна ограничења Аирбуса. Стабилност премашује 560МПа, што је знатно боље од перформанси штампања Аирбус Сцалмаллои® праха алуминијумске легуре, који може задовољити потребе 3Д штампања врхунских производних делова као што су опрема за домаћи железнички превоз и ваздухопловство. примене у производњи материјала.
Модерне ваздухопловне компоненте треба да задовоље низ захтевних захтева као што су лагана тежина, високе перформансе, висока поузданост и ниска цена, а структура компоненти је сложенија и тежа за пројектовање и производњу. Иновирање и развој кључних технологија за ласерску адитивну производњу компоненти на бази алуминијума, титанијума и никла у ваздухопловству, не само да одражава правац развоја лаких и високих перформанси у избору материјала, већ такође наглашава прецизност саме технологије производње адитива. , Тренд развоја нето облика може реализовати интегрисану адитивну производњу материјала-структуре-перформансе и главну инжењерску примену технологије адитивне производње у ваздухопловству.