Utmärkt val för additiv tillverkning inom det avancerade flygindustrin

Prestanda och kostnad av titan och aluminiumlegering är de två eviga drivkrafterna för utvecklingen av materialteknologi, medan lättvikts-, integrations- och strukturfunktionsintegration är de vanliga utmaningarna för flygplanskonstruktion, materialapplikation och tillverkningsteknik. Under de senaste decennierna har nästan nätformande teknologier såsom varm isostatisk pressning, formsprutning och urladdningsplasmasintring gjort stora framsteg inom området titanlegeringar, men flaskhalsproblemen som syrehalt och porositet har inte lösts effektivt. , vilket begränsar deras tillämpning vid tillverkning av flyg titanlegeringsstrukturer.

Ur perspektivet av vetenskaplig utforskning och utveckling behöver modern industri strukturella material med hög hållfasthet, brottseghet och styvhet, samtidigt som vikten minskar så mycket som möjligt. Därför har lätta höghållfasta legeringar som titan och aluminium och lastbärande värmebeständiga legeringar som Ni-baserade superlegeringar blivit fokus för nya materialforsknings- och utvecklingsplaner i olika länder. Dessutom är dessa material också viktiga applikationsmaterial vid lasertillverkning.

Fördelar och skillnader mellan titanlegering och aluminiumlegering

Titanlegering har hög specifik hållfasthet, specifik styvhet och god korrosionsbeständighet, vilket möter designbehoven hos flygplan med hög manövrerbarhet, hög tillförlitlighet och lång livslängd, och dess tillämpningsnivå har blivit en viktig symbol för att mäta den avancerade graden av flygplansmaterialval.

Titanlegeringar och aluminiumlegeringar används i stor utsträckning inom flyg-, bil-, maskintillverkning och andra områden på grund av deras utmärkta låga densitet och strukturella styrka. Särskilt inom flygindustrin spelar de en mycket viktig roll och är flygindustrins viktigaste strukturella material. Även om titanlegeringar är ungefär två tredjedelar tyngre än aluminiumlegeringar, gör deras inneboende styrka att den erforderliga styrkan kan uppnås i mindre kvantiteter. Titanlegering har blivit ett viktigt material för att minska bränslekostnaderna på grund av dess styrka och låga densitet, och används ofta i flygplans jetmotorer och olika typer av rymdfarkoster. Aluminiumlegering är det mest använda och vanligaste lättviktsmaterialet för fordon i detta skede, och dess densitet är bara en tredjedel av stål. Studier har visat att aluminiumlegering kan användas upp till 540 kg i hela fordonet, så att bilens vikt kommer att minska med 40 %. Användningen av karosser helt i aluminium i fordon av märken som Audi och Toyota är ett bra exempel.

Eftersom båda materialen har hög hållfasthet och låg densitet måste andra faktorer beaktas vid val av legering.

I kritiska situationer där hög hållfasthet och låg vikt krävs, räknas varje gram, men om komponenter med högre styrka behövs är titan det bästa valet. Därför används titanlegeringar för att tillverka medicinsk utrustning/implantat, komplexa satellitkomponenter, fixturer och fästen.

Kostnadsmässigt är aluminium den mest kostnadseffektiva metallen för bearbetning eller 3D-utskrift; Medan titan kostar mer, kommer lätta delar att ge enorma fördelar för bränslet som sparas av flygplan eller rymdfarkoster, medan titanlegeringsdelar har en längre livslängd.

När det gäller termiska egenskaper har aluminiumlegeringar hög värmeledningsförmåga och används ofta för att tillverka radiatorer; För högtemperaturapplikationer gör titanets höga smältpunkt det mer lämpligt, och flygmotorer innehåller ett stort antal titanlegeringsdelar.

Titans korrosionsbeständighet och låga reaktivitet gör den till den mest biokompatibla metallen och används flitigt i medicinska tillämpningar som kirurgiska instrument. Ti64 motstår även salthaltsmiljöer väl och används ofta i marina applikationer.

Inom flyg- och rymdområdet används aluminiumlegeringar och titanlegeringar i stor utsträckning. Titanlegering har fördelarna med hög hållfasthet och låg densitet (endast cirka 57 % av stålet), och dess specifika hållfasthet (hållfasthet/densitet) överstiger vida den hos andra metallkonstruktionsmaterial och kan producera delar med hög enhetshållfasthet, god styvhet och lättvikt. Startdelarna, skelett, skinn, fästelement och landningsställ i flygplanet är alla gjorda av titanlegering. Dessutom, 3D-utskriftsteknik referens för att kontrollera de relevanta materialen fann att aluminiumlegering är lämplig för att arbeta i en miljö under 200 grader, Airbus A380 flygkropp använder mer än 1/3 av aluminium, och C919 använder också ett stort antal konventionella höga -prestanda aluminiumlegeringsmaterial. Aluminiumlegering används för flygplansskinn, skiljeväggar, vingribbor och andra delar.

På grund av sin höga smältpunkt och svåra bearbetningsegenskaper är titanlegeringar ett av de dyraste metallmaterialen. Men den lätta, höga hållfastheten och höga temperaturbeständigheten hos Ti6Al4V titanlegering gör den till en högprofil inom flyg- och rymdområdet. Dess applikationsområde inkluderar blad, skivor, mottagare och andra delar som arbetar i lågtemperatursektionen av motorfläktar och kompressorer, och arbetstemperaturområdet kan nå 400-500 grader . Dessutom används den vid tillverkning av flygkropps- och kapselkomponenter, raketmotorhus och helikopterrotorpropellernav. Men på grund av dess dåliga ledningsförmåga är titan inte idealiskt för elektriska applikationer. Även om priset på titanlegering är relativt högt, kan dess höga temperaturbeständighet och korrosionsbeständighet inte ersättas av andra lättmetaller.

Aluminiumbaserade legeringar har utmärkta fysikaliska egenskaper och mekaniska egenskaper som låg densitet, hög specifik hållfasthet, stark korrosionsbeständighet och god formbarhet, så de används ofta inom industrin. Emellertid, ur perspektivet av additiv tillverkningsformningsprocessen, är densiteten hos aluminiumlegeringen liten, pulverfluiditeten är relativt dålig, likformigheten för att lägga på SLM-bildande pulverbädd är dålig eller kontinuiteten i pulvertransporten i LMD-processen är dålig. , så precisionen och noggrannheten hos pulverspridnings-/matningssystemet i tillverkningsutrustning för lasertillsats är hög.

För närvarande är de aluminiumlegeringar som används vid additiv tillverkning huvudsakligen Al-Si-legeringar, av vilka AlSi10Mg och AlSi12 med god fluiditet har studerats brett. Eftersom Al-Si-legeringen tillhör en gjuten aluminiumlegering, även om den framställs genom optimerad lasertillverkningsprocess, är dess draghållfasthet fortfarande svår att överstiga 400 MPa, vilket begränsar dess användning i bärande komponenter med högre serviceprestandakrav inom flyg- och rymdfart. och andra områden.

Moderna flyg- och rymdkomponenter möter en rad krävande krav, inklusive lättvikt, hög prestanda, hög tillförlitlighet och låg kostnad. Denna komplexa struktur är extremt svår att designa och tillverka. Genom innovation och utveckling av lasertillsatstillverkningsteknik för typiska aluminium-, titan- och nickelbaserade komponenter inom flyg- och rymdindustrin kan vi inte bara uppnå lätt och hög prestanda i materialval, utan också spegla utvecklingstrenden av precision och nettoform av additiv tillverkning teknologi. Med integrationen av material-struktur-egenskaper additiv tillverkning kan vi tillämpa additiv tillverkningsteknik på större ingenjörer inom flyg- och rymdområdet.