Berdasarkan perspektif penerokaan dan pembangunan saintifik yang canggih, Sains pernah menerbitkan artikel yang menunjukkan bahawa industri moden memerlukan bahan struktur untuk mempunyai kekuatan tinggi, keliatan patah, dan kekakuan, dan pada masa yang sama mengurangkan berat sebanyak mungkin. Dalam kes ini, aloi kekuatan tinggi ringan yang diwakili oleh aluminium dan titanium, dan aloi tahan haba galas beban yang diwakili oleh superaloi berasaskan Ni telah menjadi salah satu bahan utama yang dibangunkan dalam rancangan penyelidikan dan pembangunan bahan baharu dalam pelbagai negara, dan juga dalam proses pembuatan aditif laser. Bahan gunaan yang penting.
Kelebihan dan perbezaan antara titanium dan aluminium
Aloi aluminium dan aloi titanium, kerana ketumpatan rendah dan kekuatan strukturnya yang sangat baik, digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, kereta, pembuatan jentera, dan bidang lain, sama ada menggunakan percetakan 3D atau pemprosesan CNC, terutamanya dalam industri penerbangan. Ia adalah bahan struktur utama industri penerbangan.
Kedua-dua titanium dan aluminium adalah ringan, tetapi masih terdapat perbezaan antara keduanya. Walaupun titanium kira-kira dua pertiga lebih berat daripada aluminium, kekuatan yang wujud bermakna kekuatan yang diperlukan boleh dicapai dengan menggunakan kurang. Aloi titanium digunakan secara meluas dalam enjin jet pesawat dan pelbagai jenis kapal angkasa, dan kekuatan serta ketumpatan rendahnya boleh mengurangkan kos bahan api. Ketumpatan aloi aluminium hanya satu pertiga daripada keluli, dan ia adalah bahan ringan yang paling banyak digunakan dan biasa untuk kereta pada peringkat ini. Kajian telah menunjukkan bahawa aloi aluminium boleh digunakan dalam kenderaan sehingga 540kg. Dengan pengurangan berat sebanyak 40 peratus, badan aluminium Audi, Toyota dan kenderaan jenama lain adalah contoh yang baik.
bahan | Kaedah pemprosesan | Kekuatan Tegangan | Pemanjangan | Kekerasan |
Titanium (Ti6AI4V) | SLM | 1186 MPa | 10 peratus | 40 HRB |
Aluminium (AlSi10Mg) | SLM | 241 MPa | 10 peratus | 45 HRB |
Aluminium(6061-T651) | CNC | 276 MPa | 17 peratus | 95 HRB |
Aluminium(7075-T651) | CNC | 572 MPa | 11 peratus | 85 HRB |
Titanium (Ti6AI4V) | CNC | 951 MPa | 14 peratus | 35 HRB |
Sifat bahan aluminium dan titanium
Memandangkan kedua-dua bahan mempunyai kekuatan tinggi dan ketumpatan rendah, perbezaan lain mesti dipertimbangkan semasa memutuskan aloi yang akan digunakan.
Kekuatan/Berat: Dalam situasi kritikal, setiap gram bahagian dikira, tetapi jika bahagian kekuatan yang lebih tinggi diperlukan, titanium adalah pilihan terbaik. Atas sebab ini, aloi titanium digunakan dalam pembuatan peranti/implan perubatan, pemasangan satelit kompleks, lekapan dan stent, antara lain.
kos: Aluminium ialah logam yang paling kos efektif untuk pemesinan atau percetakan 3D; titanium mahal tetapi masih boleh memacu lonjakan nilai. Penjimatan bahan api bahagian ringan untuk pesawat atau kapal angkasa akan menjadi besar, manakala bahagian titanium akan bertahan lebih lama.
Sifat terma: Aloi aluminium mempunyai kekonduksian terma yang tinggi dan sering digunakan untuk membuat radiator; untuk aplikasi suhu tinggi, takat lebur titanium yang tinggi menjadikannya lebih sesuai, dan enjin aero mengandungi sejumlah besar komponen aloi titanium.
Rintangan Kakisan: Kedua-dua aluminium dan titanium mempunyai rintangan kakisan yang sangat baik.
Rintangan kakisan titanium dan kereaktifan rendah menjadikannya logam yang paling biokompatibel, dan ia digunakan secara meluas dalam aplikasi perubatan seperti instrumen pembedahan. Ti64 juga menentang persekitaran masin dengan baik dan sering digunakan dalam aplikasi marin.
Aloi aluminium dan aloi titanium sangat biasa dalam aplikasi aeroangkasa. Aloi titanium mempunyai kekuatan tinggi dan ketumpatan rendah (hanya kira-kira 57 peratus keluli), dan kekuatan khususnya (kekuatan/ketumpatan) jauh lebih besar daripada bahan struktur logam lain. Ia boleh menghasilkan bahagian dengan kekuatan unit yang tinggi, ketegaran yang baik, dan ringan. Aloi titanium boleh digunakan dalam komponen enjin pesawat, rangka, kulit, pengikat dan gear pendaratan. Data rujukan teknologi pencetakan 3D mendapati bahawa aloi aluminium sesuai untuk bekerja dalam persekitaran di bawah 200 darjah C. Bahan aluminium yang digunakan dalam badan Airbus A380 menyumbang lebih daripada 1/3, dan C919 juga menggunakan sejumlah besar tinggi konvensional. bahan aloi aluminium prestasi. Kulit pesawat, sekat, rusuk, dll. boleh dibuat daripada aloi aluminium.
Pembuatan Aditif Titanium dan Industri Aeroangkasa
Seperti yang dinyatakan oleh Tinjauan Industri Aeroangkasa dan Pertahanan Global 2019 yang diterbitkan oleh Deloitte, memandangkan industri aeroangkasa dan pertahanan terus berkembang, begitu juga permintaan pengeluaran. Dan, apabila mereka bentuk untuk aplikasi aeroangkasa dan pertahanan, pemilihan bahan adalah penting. Untuk komponen luar tanah, mengurangkan kiraan komponen dan berat adalah kunci. Di kawasan ini, setiap 1g penurunan berat badan boleh membawa manfaat yang besar.
Titanium mempunyai takat lebur yang sangat tinggi, melebihi 1600 darjah, dan juga biasanya merupakan bahan yang sukar untuk dimesin, yang merupakan sebab utama mengapa ia lebih mahal daripada logam lain. Ti6Al4V kini merupakan bahan aloi titanium yang paling banyak digunakan. Ia bukan sahaja ringan, tetapi juga mempunyai kekuatan tinggi dan rintangan suhu tinggi. Ciri-ciri ini menjadikannya sangat popular dalam bidang aeroangkasa. Aplikasi biasa termasuk pembuatan bilah, cakera, selongsong dan bahagian lain untuk bahagian suhu rendah kipas dan pemampat enjin, dengan julat suhu operasi 400-500 darjah; juga digunakan dalam pembuatan komponen rangka pesawat dan kapsul, sarung enjin roket dan hab pemutar helikopter, dsb. Walau bagaimanapun, walaupun suhu tinggi dan rintangan kakisan, titanium mempunyai kekonduksian elektrik yang lemah, menjadikannya pilihan yang tidak baik untuk aplikasi elektrik. Titanium juga lebih mahal berbanding logam ringan lain seperti aluminium.
Kegunaan Titanium dalam Industri Aeroangkasa
Penggunaan teknologi pembuatan aditif adalah kondusif untuk mengurangkan kos pemprosesan dan pembaziran bahan mentah, yang mempunyai kelebihan ekonomi yang ketara. Aloi berasaskan titanium juga merupakan sistem aloi yang paling sistematik dan matang untuk penyelidikan pembuatan bahan tambahan. Komponen aloi titanium yang dihasilkan secara tambahan telah digunakan sebagai struktur menanggung beban dalam bidang aeroangkasa. Menurut tinjauan rujukan teknologi percetakan 3D, Syarikat Aero Met dari Amerika Syarikat mula menghasilkan kepingan ujian struktur galas kecil aloi titanium untuk pesawat pejuang/serangan gabungan berasaskan pembawa Boeing F/A-18E/F pesawat dalam kelompok kecil pada tahun 2001 dan menerajui dalam merealisasikan aloi titanium LMD pada tahun 2002. Aplikasi bahagian struktur galas beban sekunder pada mesin pengesahan F/A-18. Universiti Aeronautik dan Astronautik Beijing telah membuat penemuan dalam teknologi utama pembuatan aditif laser aloi titanium. Sifat mekanikal komprehensif aloi jauh melebihi sifat penempaan. Bingkai aloi titanium galas utama berskala besar dan komponen lain yang dibangunkan telah dipasang dan digunakan pada pesawat. Universiti Politeknik Barat Laut menggunakan teknologi pembuatan aditif laser untuk mengeluarkan sampel jalur tepi atas dan bawah rusuk sayap tengah pesawat C919 untuk COMAC, dengan saiz 3000mm×350mm×450mm dan jisim 196kg.
Aloi berasaskan aluminium mempunyai ketumpatan rendah, kekuatan spesifik yang tinggi, rintangan kakisan yang kuat, kebolehbentukan yang baik, dan sifat fizikal dan mekanikal yang baik. Ia adalah bahan struktur logam bukan ferus yang paling banyak digunakan dalam industri. Untuk pembuatan aditif laser, bahan berasaskan aluminium lazimnya adalah bahan yang sukar untuk mesin, yang ditentukan oleh sifat fizikal khasnya (ketumpatan rendah, penyerapan laser rendah, kekonduksian haba yang tinggi, pengoksidaan mudah, dll.). Dari sudut pandangan proses pembentukan pembuatan aditif, ketumpatan aloi aluminium agak kecil, kecairan serbuk agak lemah, keseragaman meletakkan pada katil serbuk pembentuk SLM adalah lemah, atau kesinambungan pengangkutan serbuk dalam LMD proses kurang baik. Oleh itu, ketepatan dan ketepatan sistem penyuapan serbuk/serbuk dalam peralatan pembuatan aditif laser adalah agak tinggi.
Pada masa ini, aloi aluminium yang digunakan dalam pembuatan bahan tambahan adalah terutamanya aloi Al-Si, antaranya AlSi10Mg dan AlSi12 dengan kecairan yang baik telah dikaji secara meluas. Walau bagaimanapun, disebabkan sifat bahan aloi aluminium tuangan aloi Al-Si, walaupun ia disediakan oleh proses pembuatan aditif laser yang dioptimumkan, kekuatan tegangan sukar melebihi 400MPa, yang mengehadkan prestasi perkhidmatannya dalam aeroangkasa dan bidang lain. Gunakan pada anggota yang menanggung beban tinggi.
Jumlah aloi aluminium yang digunakan dalam pesawat adalah setinggi 20 peratus
Untuk mendapatkan lagi sifat mekanikal yang lebih tinggi, banyak syarikat dan universiti di dalam dan luar negara telah mempercepatkan kadar penyelidikan dan pembangunan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dan sejumlah besar aloi aluminium berkekuatan tinggi khusus untuk pembuatan bahan tambahan telah disenaraikan. Airbus telah membangunkan Scalmalloy, bahan serbuk aloi aluminium berkekuatan tinggi pertama di dunia untuk pembuatan bahan tambahan, dengan kekuatan tegangan 520MPa pada suhu bilik, yang telah digunakan pada pembuatan bahan tambahan bahagian struktur kabin pesawat A320. Kekuatan aloi aluminium 7A77.60L berkekuatan tinggi untuk pencetakan 3D yang dibangunkan oleh Makmal Penyelidikan Hughes (HRL) di Amerika Syarikat melebihi 600Mpa, menjadikannya aloi aluminium kekuatan tinggi setara palsu pertama yang boleh digunakan untuk pembuatan bahan tambahan. Pusat Penerbangan Angkasa Marshall NASA telah mula ke Bahan ini digunakan dalam pengeluaran bahagian aeroangkasa berskala besar; Rujukan teknologi percetakan 3D juga telah melaporkan jenis aloi aluminium berkekuatan tinggi baharu yang direka dan dibangunkan oleh Institut Penyelidikan Industri CRRC domestik untuk percetakan 3D, yang melanggar sekatan paten Airbus. Kestabilan melebihi 560MPa, yang jauh lebih baik daripada prestasi pencetakan serbuk aloi aluminium Airbus Scalmalloy®, yang boleh memenuhi keperluan pencetakan 3D bahagian pembuatan mewah seperti peralatan transit rel domestik dan aeroangkasa. aplikasi pembuatan bahan.
Komponen aeroangkasa moden perlu memenuhi beberapa siri keperluan yang menuntut seperti ringan, prestasi tinggi, kebolehpercayaan yang tinggi, dan kos rendah, dan struktur komponen adalah lebih kompleks dan lebih sukar untuk mereka bentuk dan mengeluarkan. Menginovasi dan membangunkan teknologi utama untuk pembuatan aditif laser bagi komponen berasaskan aluminium, titanium dan nikel dalam aeroangkasa, bukan sahaja mencerminkan arah pembangunan prestasi ringan dan tinggi dalam pemilihan bahan tetapi juga menyerlahkan ketepatan teknologi pembuatan aditif itu sendiri. , Trend pembangunan bentuk bersih dapat merealisasikan pembuatan aditif bersepadu bagi prestasi struktur-bahan dan aplikasi kejuruteraan utama teknologi pembuatan aditif dalam aeroangkasa.