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得益于真空,“轻型结构材料蠕变成形”成为飞机零部件制造的全新方法

昊青气体装备技术(江苏)有限公司 2020-11-27

众所周知,在航空航天领域中使用的新型铝合金可以大大减轻飞行器和零部件的重量,而使用蠕变时效成形技术,就可以在大气压的环境下形成这种材料。

真空,蠕变成形,飞机零部件,新闻正文图

在材料科学的技术领域中,术语“蠕变”是指由固体材料在压力或负载下,应变随时间延长而增加也就是缓慢变形的现象。 例如,当金属材料发生“蠕变”时,分子将在材料中缓慢移动,并且晶体结构也将产生持久性的改变。缓慢的变形过程往往会造成严重的损坏。



减轻重量、降低燃料的消耗和二氧化碳的排放量
但在蠕变时效成形时,这些结构的变化却是被有意形成的。该方法是最近为了应用于航空航天领域而专门开发的,也被应用于一般工业领域当中,它适用于各种材料,例如铝镁钪合金(又被名为AA5024)。


这种合金的强度与传统的铝材相当,但重量却减轻了约5%。 尽管减轻的重量看起来似乎微不足道,但它将大幅度降低航空领域的燃料成本和二氧化碳排放量。而要将AA5024加工成既定设计的形状,必须使用真空泵产生的真空环境。首先将AA5024板放置在模具中,沿模具边缘固定以确保严格的气密性。然后,使用加热垫从外部进行加热,并使用真空泵对模具和工件之间的空隙进行抽真空


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缓慢的适应
当板材承受表面的大气压作用时,金属将随着时间的推移逐渐“蠕变”到模具中,并“缓慢地适应”其全新的轮廓。该方法适用于许多铝合金的加工,并提供了材料成型的新方法,特别是在航空航天工业领域生产弧形结构时。与以往的压制和轧制相比,该方法不仅成本更低,而且在材料中留下的张力也更小,蠕变成形机也比以往飞机制造中经常使用的“拉伸架”小得多,大大节省操作空间。另外,该过程需要消耗的能量更少,产生的废料也更少,成品的精确度更高。即使是已经焊接成型的模压部件也可以通过这种方法进行二次改造,而且不会对焊缝产生任何不利的影响。


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延伸阅读:为什么在航空航天工业领域几乎总是使用铝?

铝是地壳中最为常见的金属,它几乎可以与所有金属和许多非金属元素结合形成合金。许多铝合金的强度与钢相当,但密度仅仅只有钢的三分之一,因此重量相对也较轻。铝具有的重量轻、刚性好、容易获取等众多优点,使其成为飞机制造的理想材料。


更重要的是,铝可以被各种合金来完成各式各样的制造任务。取决于组分的差异,合金的各项属性可能有很大差异。例如,镁可以使轻金属更坚硬、更耐腐蚀,硼和钛的结合又可以使材料的颗粒结构更加精细。钪是一种属于稀土元素的轻金属,它可以帮助铝达到更高的弹性极限,使得该合金更耐拉伸应变。因此,根据飞机各个零部件的不同要求,可以选择和使用最为合适的铝合金。


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