Легура на алуминиум-литиум

Алуминиум-литиумските легури (легури Al-Li) се збир на легури на алуминиум и литиум, често вклучувајќи и бакар и циркониум. Бидејќи литиумот е елементарен метал со најмалку густина, овие легури се значително помалку густи од алуминиумот. Комерцијалните легури Al–Li содржат до 2,45% литиум по маса.

Кристална структура

Легурирањето со литиум ја намалува структурната маса за три ефекти:

Поместување

Атомот на литиум е полесен од атом на алуминиум; секој атом на литиум потоа поместува еден алуминиумски атом од кристалната решетка одржувајќи ја структурата на решетката. Секој 1% од масата на литиум додаден во алуминиум ја намалува густината на добиената легура за 3% и ја зголемува цврстината за 5%. Овој ефект работи до границата на растворливост на литиум во алуминиум, која е 4,2%.

Стврднување на решетката

Воведувањето на друг тип на атом во кристалот ја истегнува решетката, што помага да се блокираат дислокациите . Така, добиениот материјал е појак, што овозможува помалку да се користи.^{[се бара извор]}

Стврднување на преципитацијата

Кога правилно старее, литиумот формира метастабилна Al₃Li фаза (δ') со кохерентна кристална структура. Овие талози го зајакнуваат металот со попречување на движењето на дислокација при деформација. Талозите не се стабилни, сепак, и мора да се внимава да се спречи прекумерно стареење со формирањето на стабилната фаза AlLi (β). Ова, исто така, создава слободни зони со талог (PFZs) обично на границите на зрната и може да ја намали отпорноста на корозија на легурата.

Кристалната структура за Al₃Li и Al-Li, иако се базира на кристалниот систем FCC, се многу различни. Al ₃ Li покажува речиси иста големина на решеткаста структура како чист алуминиум, освен што атоми на литиум се присутни во аглите на единицата ќелија. Структурата Al₃Li е позната како AuCu₃, L1₂, или Pm 3 m и има параметар на решетка од 4,01 Å. Структурата Al–Li е позната како структура NaTl, B32 или Fd 3 m , која е направена и од литиум и од алуминиум со претпоставка дека има дијамантски структури и има параметар на решетка од 6,37 Å. Интератомското растојание за Al-Li (3.19 Å) е помал или од чист литиум или од алуминиум.

Употреба

Легурите Al-Li се првенствено од интерес за воздушната индустрија поради нивната предност во тежината. На патничките авиони со тесно тело, Arconic (поранешен Alcoa ) тврди до 10% намалување на тежината во споредба со композитите, што доведува до 20% подобра ефикасност на горивото, по пониска цена од титаниум или композити. Алуминиум-литиумските легури првпат се користеа во крилата и хоризонталниот стабилизатор на северноамериканскиот воен авион А-5 Вигиланте . Други легури Al–Li се употребени во кората на долните крила на Airbus A380, внатрешната структура на крилата на Airbus A350, трупот на Bombardier CSeries (каде што легурите сочинуваат 24% од трупот), товарниот под на Boeing 777X, и лопатките на вентилаторот на турбофан моторот на авионот Pratt & Whitney PurePower . Тие исто така се користат во резервоарите за гориво и оксидатор во лансирањето SpaceX Falcon 9, кочниците во Формула 1 и хеликоптерот AgustaWestland EH101 .

Третата и последна верзија на надворешниот резервоар на американскиот вселенски шатл била главно направена од легура Al–Li 2195 . Дополнително, легурите Al-Li се користат и во предниот адаптер за Кентаур во ракетата Atlas V, во вселенското летало Орион, и требало да се користат во планираните ракети Ares I и Ares V (дел од откажаната програма Constellation ).

Легурите Al-Li обично се спојуваат со заварување со триење со мешање . Некои Al-Li легури, како што е Weldalite 049, може да се заваруваат конвенционално; сепак, овој имот доаѓа по цена на густината; Weldalite 049 има приближно иста густина како 2024 алуминиум и 5% поголем модул на еластичност .^{[се бара извор]} Al–Li се произведува и во ролни широки до 220 инчи (18 ст; 5.6 м), што може да го намали бројот на спојувања.

Иако легурите на алуминиум-литиум генерално се супериорни во однос на легурите алуминиум-бакар или алуминиум-цинк во крајниот сооднос сила-тежина, нивната слаба јачина на замор при компресија останува проблем, кој е само делумно решен во 2016 година. ] Исто така, високите трошоци (околу 3 пати или повеќе отколку за конвенционалните алуминиумски легури), слабата отпорност на корозија и силната анизотропија на механичките својства на валани производи од алуминиум-литиум резултираа со недостаток на апликации.

Список на легури на алуминиум-литиум

Настрана од неговата формална ознака со четири цифри што произлегува од неговиот состав на елементи, легурата на алуминиум-литиум е исто така поврзана со одредени генерации, првенствено врз основа на тоа кога е првпат произведена, но секундарно на неговата содржина на литиум. Првата генерација траеше од првичното заднинско истражување на почетокот на 20 век до нивната прва примена на авиони во средината на 20 век. Составена од легури што требаше директно да ги заменат популарните легури од 2024 и 7075 , втората генерација на Al-Li имаше висока содржина на литиум од најмалку 2%; оваа одлика предизвика големо намалување на густината, но резултираше со некои негативни ефекти, особено во цврстината на фрактурата . Третата генерација е актуелната генерација на производот Al-Li што е достапен и доби широка прифатеност кај производителите на авиони, за разлика од претходните две генерации. Оваа генерација ја намали содржината на литиум на 0,75-1,8% за да ги ублажи тие негативни одлики додека задржува дел од намалувањето на густината; густината на третата генерација на Al-Li се движи од 2.63 to 2.72 grams per cubic centimetre (0.095 to 0.098 lb/cu in) .

Легури од прва генерација (1920-1960)

Првата генерација на Al-Li легури

Име/број на легура	Апликации
1230 (VAD23)	Ту-144
1420	Трупови на авиони на МиГ-29, резервоари за гориво и пилотски кабини; Су-27 ; Ту-156, Ту-204 и Ту-334 ; Јак-36 и Јак-38 трупови
1421
2020	A-5 Vigilante крила и хоризонтални стабилизатори

Легури од втора генерација (1970-1980)

Second-generation Al–Li alloys

Име/број на легура	Applications
1430
1440
1441	Be-103 and Be-200
1450	An-124 and An-225
1460	McDonnell Douglas повторно употребливо возило за лансирање (DC-X); Tu-156
2090 (наменето да го замени7075)	Airbus A330 and Airbus A340 водечки краеви; C-17 Globemaster; Atlas Centaur payload adapter
2091 (CP 274) (наменето да го замени 2024)	Fokker 28 and Fokker 100 access doors in the fuselage lower fairing
8090 (CP 271) (наменето да го замени 2024)	EH-101 airframe; Airbus A330 and Airbus A340 leading edges; Titan IV payload adapter

Легури од трета генерација (1990-ти-2010-ти)

Трета генерација Al-Li легури

Име/број на легура	Апликации
2050 (AirWare I-Gauge)	Носач на екипажот Арес I – горна фаза; А350 крилни ребра; А380 засилување на долните крила
2055
2060 (C14U)
2065
2076
2096
2098
2099 (C460)	А380 жици, екструдирани попречни греди, надолжни греди и шини на седиштата; Боинг 787
2195	Носач на екипажот Арес I – горна фаза; Последна ревизија на Суперлесниот надворешен резервоар на вселенскиот шатл резервоари со гориво Falcon 9
2196	A380 екструдирани попречни греди, надолжни греди и шини на седиштата
2198 (AirWare I-Form)	Кожата на трупот на сериите A350 и CS ; Фалкон 9 ракета од втора фаза
2199 (C47A)
2296
2297	Прегради на F-16
2397	прегради F-16 ; Спејс шатл Супер лесниот надворешен резервоар меѓутенковски потисни панели
Ал-Ли ТП-1
C99N

Други легури

• 1424 алуминиумска легура
• 1429 алуминиумска легура
• 1441K алуминиумска легура
• 1445 алуминиумска легура
• V-1461 алуминиумска легура
• V-1464 алуминиумска легура
• V-1469 алуминиумска легура
• V-1470 алуминиумска легура
• 2094 легура на алуминиум
• 2095 легура на алуминиум ( Weldalite 049 )
• 2097 легура на алуминиум
• 2197 алуминиумска легура
• 8025 алуминиумска легура
• 8091 алуминиумска легура
• 8093 алуминиумска легура
• CP 276

Производствени места

Клучни светски производители на производи од легура на алуминиум-литиум се Arconic, Constellium и Kamensk-Uralsky Metallurgical Works .

• Технички центар Arconic (Горен Бурел, Пенсилванија, САД)
• Arconic Lafayette (Индијана, САД); годишен капацитет од 20,000 metric tons (22,000 short tons; 20,000,000 kg; 44,000,000 lb) од алуминиум-литиум и способен за лиење кружен и правоаголен ингот за валани, екструдирани и ковани апликации
• Arconic Kitts Green (Обединето Кралство)
• Фабрика Рио Тинто Алкан Дубук (Канада); капацитет 30,000 t (33,000 short tons; 30,000,000 kg; 66,000,000 lb)
• Constellium Issoire (Puy-de-Dome), Франција; годишен капацитет од 14,000 t (15,000 short tons; 14,000,000 kg; 31,000,000 lb)
• Каменск-Уралски металуршки работи (КУМЗ)
• Алерис (Кобленц, Германија)
• ФМЦ корпорација
• Југозападен алуминиум (НР Кина)

Поврзано

• Алуминиумска легура
• Легури на магнезиум-литиум
• БЛЕСКИ
• Пластика засилена со јаглеродни влакна (CFRP)

Библиографија

• Grushko, Olga; Ovsyannikov, Boris; Ovchinnokov, Viktor (2016). Eskin, D. G. (уред.). Aluminum-Lithium Alloys: Process Metallurgy, Physical Metallurgy, and Welding. Advances in metallic alloys. 8. CRC Press/Taylor & Francis Group. doi:10.1201/9781315369525. ISBN 9781498737173. OCLC 943678703.
• Eswara Prasad, N.; Gokhale, Amol A.; Wanhill, R. J. H., уред. (2014). Aluminum-Lithium Alloys: Processing, Properties, and Applications. Elsevier/Butteworth-Heinemann (објав. 20 September 2013). doi:10.1016/C2012-0-00394-8. ISBN 978-0-12-401698-9. OCLC 871759610.

Надворешни врски

• „Lithium cures the woes of aluminium producers“. Aerospace Manufacturing. 14 October 2012. OCLC 907578912. Архивирано од изворникот на 9 March 2019.
• „Will Aluminum-Lithium Beat Composites for Narrow Body Airliners?“. GLG News. 18 October 2010. Архивирано од изворникот на 7 March 2019. Посетено на 7 March 2019.