알루미늄-리튬 합금

Aluminium–lithium alloys

알루미늄-리튬 합금(Al-Li 합금)은 종종 구리와 지르코늄을 포함하는 알루미늄과 리튬의 합금 세트입니다.리튬은 가장 밀도가 낮은 원소 금속이기 때문에 이러한 합금은 알루미늄보다 밀도가 상당히 낮습니다.상용 Al-Li 합금은 최대 2.45%[1]의 리튬을 함유하고 있습니다.

결정 구조

리튬과의 합금화는 다음과 같은 세 가지 효과로 구조 질량을 감소시킵니다.

변위
리튬 원자는 알루미늄 원자보다 가볍습니다. 그러면 각 리튬 원자는 격자 구조를 유지하면서 결정 격자에서 알루미늄 원자 하나를 대체합니다.알루미늄에 리튬을 1질량% 첨가할 때마다 합금 밀도는 3% 감소하고 강성은 5%[1] 증가합니다.이 효과는 알루미늄의 리튬 용해도 한계(4.2%)까지 작용합니다.
스트레인 경화
결정에 다른 유형의 원자를 도입하면 격자가 변형되어 전위를 차단하는 데 도움이 됩니다.따라서 결과적으로 생성된 물질은 더 강하므로 [citation needed]사용되는 물질의 양을 줄일 수 있습니다.
석출경화
적절하게 숙성되면 리튬은 일관된 결정 [2]구조를 가진 준안정 AlLi 상(δ3')을 형성합니다.이러한 침전물은 변형 중 전위 운동을 방해하여 금속을 강화합니다.그러나, 침전물은 안정적이지 않으며, 안정적인 AlLi(β) [3]상의 형성으로 과노화를 방지하기 위해 주의를 기울여야 합니다.이는 또한 일반적으로 입자 경계에서 침전 자유 구역(PFZ)을 생성하고 [4]합금의 부식 저항성을 감소시킬 수 있습니다.

FCC3 결정 시스템에 기반을 둔 AlLi와 Al-Li의 결정 구조는 매우 다릅니다.AlLi는3 단위 셀의 모서리에 리튬 원자가 존재한다는 점을 제외하면 순수 알루미늄과 거의 동일한 크기의 격자 구조를 보여줍니다.AlLi3 구조는 AuCu3, L12 또는 Pm3m로[5] 알려져 있으며 격자 파라미터는 4.01 [3]Å입니다.Al-Li 구조는 NaTl, B32 또는 Fd3m[6] 구조로 알려져 있으며 다이아몬드 구조를 가정하여 리튬과 알루미늄으로 구성되며 격자 파라미터는 6.37Å입니다.Al-Li(3.19 Å)의 원자간 간격은 순수 리튬 또는 [7]알루미늄보다 작습니다.

사용.

Al-Li 합금은 무게 면에서 항공 우주 산업계의 주요 관심사입니다.좁은 차체의 여객기에서 Arconic(이전의 Alcoa)은 복합 재료에 비해 최대 10%의 무게 감소를 주장하여 티타늄이나 [8]복합 재료보다 저렴한 비용으로 최대 20%의 연비 향상을 실현했습니다.알루미늄-리튬 합금은 북아메리카 A-5 비질란테 군용기의 날개와 수평 안정기에 처음으로 사용되었습니다.다른 Al-Li 합금은 에어버스 A380의 하부 날개, 에어버스 A350의 내부 날개 구조, 봄바디어 C시리즈[9]의 동체, 보잉 777X의 화물 바닥, [11]의 프랫 & 휘트니 퓨어 파워 기어드 터보 팬 엔진의 팬 블레이드에 사용되었다.[12]그것들은 또한 SpaceX Falcon 9 발사체, F1 브레이크 캘리퍼, 그리고 Augusta Westland EH101 [13]헬리콥터의 연료와 산화제 탱크에 사용됩니다.

미국 우주왕복선의 외부 탱크의 세 번째이자 마지막 버전은 주로 Al-Li 2195 [14]합금으로 만들어졌습니다.또한, Al-Li 합금은 Atlas V [15]로켓의 센타우르 포워드 어댑터, 오리온 우주선에 사용되며, 계획된 아레스 I 및 아레스 V 로켓(콘스텔레이션 프로그램 취소된 콘스텔레이션 프로그램의 일부입니다.

Al-Li 합금은 일반적으로 마찰 교반 용접으로 접합됩니다.Weldalite 049와 같은 일부 Al-Li 합금은 일반적으로 용접이 가능합니다. 그러나 이러한 특성은 밀도 값을 지불해야 합니다. Weldalite 049의 밀도는 2024 알루미늄과 거의 같고 탄성 계수는 [citation needed]5% 더 높습니다.Al-Li는 또한 220인치(18피트, 5.6미터) 폭의 롤로 생산되므로 접합 [16]수를 줄일 수 있습니다.

일반적으로 알루미늄-리튬 합금은 궁극적인 강도 대 중량 비율에서 알루미늄-구리 또는 알루미늄-아연 합금보다 우수하지만 압축 시 피로 강도가 떨어지는 것은 여전히 문제로 남아 있으며,[17][13] 이는 2016년 현재 부분적으로만 볼 수 있습니다.또한, 압연 알루미늄-리튬 제품의 높은 비용(기존 알루미늄 합금의 약 3배 또는 그 이상), 낮은 내식성 및 기계적 특성의 강한 이방성으로 인해 응용 분야가 거의 없습니다.

알루미늄-리튬 합금 목록

알루미늄-리튬 합금은 원소 성분에서 파생된 공식적인 네 자리 숫자 표기 외에도 특정 세대와 관련이 있습니다. 주로 처음 생산된 시기를 기준으로 하지만 두 번째로 리튬 함량을 기준으로 합니다.첫 번째 세대는 20세기 초의 초기 배경 연구부터 20세기 중반의 첫 번째 항공기 응용까지 지속되었습니다.인기 있는 2024 및 7075 합금을 직접 대체하기 위한 합금으로 구성된 2세대 Al-Li는 최소 2%의 높은 리튬 함량을 가지고 있었습니다. 이러한 특성은 밀도를 크게 감소시켰지만 특히 파괴 인성에서 일부 부정적인 영향을 초래했습니다.3세대는 이용 가능한 현재 세대의 Al-Li 제품으로, 이전의 2세대와는 달리 항공기 제조사들로부터 폭넓은 인정을 받았습니다.이 세대는 밀도 [18]감소를 일부 유지하면서 부정적인 특성을 완화하기 위해 리튬 함량을 0.75–1.8%로 낮췄습니다. 3세대 Al-Li 밀도는 입방 센티미터 당 2.63 - 2.72그램(입방 [19]인치 당 0.095 - 0.098 파운드)입니다.

1세대 합금 (1920년대-1960년대)

1세대 Al-Li[20][18] 합금
합금명/번호 적용들
1230(VAD23) Tu-144
1420 MiG-29 동체, 연료탱크, 콕핏; Su-27; Tu-156, Tu-204, Tu-334; Yak-36, Yak-38 동체
1421
2020 A-5 자경단 날개와 수평 안정기

2세대 합금 (1970년대-1980년대)

2세대 Al-Li[20][18] 합금
합금명/번호 적용들
1430
1440
1441 Be-103 및 Be-200
1450 An-124 및 An-225
1460 맥도넬 더글러스 재사용 가능한 발사체 (DC-X); Tu-156
2090(7075 교체 필요) 에어버스 A330 및 에어버스 A340 최첨단, C-17 글로브마스터, Atlas Centaur 페이로드[21] 어댑터
2091 (CP 274)[22] (2024를 대체하기 위한 것) 동체[23] 하부 페어링의 Fokker 28 및 Fokker 100 액세스 도어
8090(CP 271)(2024를 대체하기 위한 것) EH-101 기체;[9] 에어버스 A330 및 에어버스 A340 최첨단; Titan IV 페이로드 어댑터

3세대 합금(1990년대~2010년대)

3세대 Al-Li 합금
합금명/번호 적용들
2050(에어웨어 [9][24]I-게이지 Ares I 승무원 발사체 – 상단; A350 날개 [24]갈비뼈; A380 하단 날개[25] 보강재
2055[26]
2060(C14U)
2065[9][19]
2076 [19]
2096
2098[27][19]
2099 (C460) A380 스트링거, 돌출 크로스 빔, 종방향 빔 및 시트 레일;[28] 보잉 787[9]
2195 Ares I 승무원 발사체 – 상단;[9] 우주왕복선 초경량 외부[29] 탱크 팰컨 9 추진제[30] 탱크의 마지막 개정판
2196 A380 돌출 크로스 빔, 종방향 빔 및 시트[28] 레일
2198(에어웨어 I-폼) A350과 C시리즈의 [24]동체 스킨; 팰컨 9 2단[9] 로켓
2199 (C47A)
2296 [19]
2297 F-16 벌크헤드[19]
2397 F-16 벌크헤드, 우주왕복선 초경량 외부 탱크 간 추력[19] 패널
Al-Li TP-1
C99N

기타 합금

생산 현장

알루미늄-리튬 합금 제품의 세계 주요 생산업체는 Arconic, Constellium 및 Kamensk-Ualsky Metallurgical Works입니다.

  • Arconic Technical Center(미국 [9]펜실베이니아주 Upper Burrell)
  • Arconic Lafayette(미국 인디애나주), 알루미늄-리튬[9] 20,000 미터톤(22,000 쇼트톤, 20,000,000 kg, 44,000,000 lb)의 연간 용량, 압연, 압출 및 단조 용도로 원형 및 직사각형 잉곳 주조 가능
  • 아르코닉 키츠 그린(영국)
  • Rio Tinto Alcan Dubuc Plant(캐나다); 용량 30,000t(33,000 쇼트톤; 30,000,000kg; 66,000,000lb)
  • Constellium Issoire(Puy-de-Domme), 프랑스; 연간 용량 14,000t(15,000 쇼트톤; 14,000,000kg; 31,000,[9]000lb)
  • 카멘스크-우랄스키 야금 공사(KUMZ)
  • 알레리스(독일 코블렌츠)
  • FMC 코퍼레이션
  • 남서 알루미늄(PRC)

참고 항목

레퍼런스

  1. ^ a b Joshi, Amit. "The new generation Aluminium Lithium Alloys" (PDF). Indian Institute of Technology, Bombay. Metal Web News. Archived from the original (PDF) on 28 September 2007. Retrieved 3 March 2008.
  2. ^ Starke, E. A.; Sanders, T. H.; Palmer, I. G. (20 December 2013). "New Approaches to Alloy Development in the Al–Li System". JOM: The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society (published August 1981). 33 (8): 24–33. doi:10.1007/BF03339468. ISSN 1047-4838. OCLC 663900840.
  3. ^ a b Mahalingam, K.; Gu, B. P.; Liedl, G. L.; Sanders, T. H. (February 1987). "Coarsening of [delta]'(Al3Li) Precipitates in Binary Al–Li Alloys". Acta Metallurgica. 35 (2): 483–498. doi:10.1016/0001-6160(87)90254-9. ISSN 0001-6160. OCLC 1460926.
  4. ^ Jha, S. C.; Sanders, T. H.; Dayananda, M. A. (February 1987). "Grain Boundary Precipitate Free Zones in Al–Li Alloys". Acta Metallurgica. 35 (2): 473–482. doi:10.1016/0001-6160(87)90253-7. ISSN 0001-6160. OCLC 1460926.
  5. ^ "Crystal Lattice Structures: The Cu3Au (L12) Structure". Naval Research Laboratory (NRL) Center for Computational Materials Science. 21 October 2004. Archived from the original on 6 April 2010.
  6. ^ "Crystal Lattice Structures: The NaTl (B32) Structure". Naval Research Laboratory (NRL) Center for Computational Materials Science. 17 February 2007. Archived from the original on 12 June 2011.
  7. ^ Kishio, K.; Brittain, J. O. (1979). "Defect structure of [beta]-LiAl". Journal of Physics and Chemistry of Solids. 40 (12): 933–940. Bibcode:1979JPCS...40..933K. doi:10.1016/0022-3697(79)90121-5. ISSN 0038-1098. OCLC 4926011580.
  8. ^ Lynch, Kerry (8 August 2017). "FAA Issues Special Conditions for Global 7000 Alloy". Aviation International News. Archived from the original on 11 August 2017. Retrieved 7 March 2019.
  9. ^ a b c d e f g h i j k l Djukanovic, Goran (5 September 2017). "Aluminium-Lithium Alloys Fight Back". Archived from the original on 23 November 2017. Retrieved 7 March 2019.
  10. ^ Bhaskara, Vinay (2 November 2015). "Battle of the Regionals – ERJ vs CSeries vs MRJ vs SSJ: Introduction and Market Overview". Airways Magazine. Archived from the original on 7 March 2019.
  11. ^ "Alcoa Wins Fourth Boeing Contract in String of Recent Deals" (Press release). 28 January 2016. Archived from the original on 7 March 2019. Retrieved 7 March 2019.
  12. ^ "Alcoa Announces Jet Engine First in $1.1 Billion Supply Agreement with Pratt & Whitney: Unveils World's First Advanced Aluminum Alloy Fan Blade Forging for Pratt & Whitney's Hybrid-Metallic Fan Blade for the PurePower® Engines" (Press release). New York, NY, USA and Farnborough, England, UK. 14 July 2014. Archived from the original on 7 March 2019. Retrieved 7 March 2019.
  13. ^ a b "MEE433B: Aluminium-Lithium Alloys". Queen's University Faculty of Applied Science. Archived from the original on 6 August 2004.
  14. ^ "NASA Facts: Super Lightweight External Tank" (PDF) (Press release). Huntsville, Alabama: National Aeronautics and Space Administration (NASA) Marshall Space Flight Center. April 2005. Archived (PDF) from the original on 4 January 2006.
  15. ^ "Atlas V". Archived from the original on 30 October 2008. Retrieved 7 March 2019.
  16. ^ "Lighter, Stronger and Bigger Than Ever: Arconic helps builds the future of aviation with advanced aluminum-lithium". Archived from the original on 15 April 2017. Retrieved 7 March 2019.
  17. ^ Zhu, Xiao-hui; Zheng, Zi-qiao; Zhong, Shen; Li, Hong-ying (5–9 September 2010). "Effect of Mg and Zn Elements on the Mechanical Properties and Precipitates in 2099 Alloy" (PDF). In Kumai, Shinji (ed.). ICAA12 Yokohama: proceedings. Proceedings of the International Conference on Aluminium Alloys. Vol. 12. Yokohama, Japan: The Japan Institute of Light Metals. pp. 2375–2380. ISBN 978-4-905829-11-9. OCLC 780496456. Archived (PDF) from the original on 6 April 2017.
  18. ^ a b c Rioja, Roberto J.; Liu, John (September 2012). "The Evolution of Al-Li Base Products for Aerospace and Space Applications" (PDF). Metallurgical and Materials Transactions A. Springer US (published 31 March 2012). 43 (9): 3325–3337. Bibcode:2012MMTA...43.3325R. doi:10.1007/s11661-012-1155-z. ISSN 1073-5623. S2CID 136580310. Archived from the original on 20 February 2019. Retrieved 9 March 2019.
  19. ^ a b c d e f g Eswara Prasad, Gokhale & Wanhill 2014; 15장: 알루미늄-리튬 합금의 항공 우주 응용
  20. ^ a b Grushko, Ovsyanyikov & Ovchinnokov 2016; 제1장: 알루미늄-리튬 합금 생성의 간략한 역사
  21. ^ "Fact Sheet 6 – Part II: A Joint Plan for Launcher Technology Development". X-33 History Project. 22 December 1999. Archived from the original on 13 February 2016. Retrieved 11 March 2019.
  22. ^ Eswara Prasad, N.; Gokhale, A. A.; Rama Rao, P. (February–April 2003). "Mechanical behaviour of aluminium-lithium alloys". Sādhanā. 28 (1–2): 209–246. doi:10.1007/BF02717134. ISSN 0256-2499. OCLC 5652684711. S2CID 55008726. Archived from the original on 4 April 2017. Retrieved 18 March 2019.
  23. ^ Vaessen, G. J. H.; van Tilborgh, C.; van Rooijen, H. W. (3–5 October 1988). "Fabrication of test-articles from Al-Li 2091 for Fokker 100" (PDF). AGARD Conference Preoveedings No. 444: New Light Alloys. 67th Meeting of the Structures and Material Panel in Mierlo, Netherlands 3–5 October 1988. Mierlo, Netherlands (published 1 August 1989). pp. 13–1 to 13–12. ISBN 92-835-0519-0. OCLC 228022064. Archived (PDF) from the original on 25 June 2021. Retrieved 18 March 2019. Alt URL NTRL 카탈로그 레코드
  24. ^ a b c Constellium (2 October 2012). Constellium AIRWARE® Technology (Trailer). Archived from the original on 18 December 2021.
  25. ^ Lequeu, Ph.; Lassince, Ph.; Warner, T. (July 2007). "Aluminum alloy development for the Airbus A380 – part 2". Advanced Materials & Processes. Vol. 165, no. 7. pp. 41–44. ISSN 0882-7958. OCLC 210224702. Archived from the original on 17 March 2019. Retrieved 16 March 2019.
  26. ^ Aluminum alloy 2055-T84 extrusions: High strength, fatigue resistant, low density extrusions (PDF) (Technical report). Lafayette, Indiana: Arconic Forgings and Extrusions. December 2016. Archived (PDF) from the original on 26 October 2017.
  27. ^ a b c d e f g Grushko, Ovsyanyikov & Ovchinnokov 2016, 페이지 9 (표 1.2: 알루미늄의 구성 -미국, 프랑스, 영국에 등록된 리튬 합금)
  28. ^ a b Pacchione, M.; Telgkamp, J. (5 September 2006). "Challenges of the metallic fuselage" (PDF). 25th International Congress of the Aeronautical Sciences (ICAS 2006). Vol. 4.5.1. Hamburg, Germany. pp. 2110–2121. ISBN 978-0-9533991-7-8. OCLC 163579415. Archived (PDF) from the original on 27 January 2018. Retrieved 7 March 2019. 회의 디렉토리
  29. ^ Niedzinski, Michael (11 February 2019). "Article: The evolution of Constellium Al-Li alloys for space launch and crew module applications". Light Metal Age: The International Magazine of the Light Metal Industry (published February 2019). p. 36. ISSN 0024-3345. OCLC 930270638. Retrieved 17 March 2019.
  30. ^ "Falcon 9". SpaceX. 2013. Archived from the original on 10 February 2007. Retrieved 6 December 2013.
  31. ^ a b c d e f g Grushko, Ovsyanyikov & Ovchinnokov 2016, 페이지 7–8 (표 1.1: 러시아 알루미늄-리튬 합금)
  32. ^ Sauermann, Roger; Friedrich, Bernd; Grimmig, T.; Buenck, M.; Bührig-Polaczek, Andreas (2006). "Development of Aluminum-Lithium alloys processed by the Rheo container process" (PDF). In Kang, C .G.; Kim, S. K.; Lee, S. Y. (eds.). Semi-Solid Processing of Alloys and Composites. Solid State Phenomena. Vol. 116–117 (published 15 October 2006). pp. 513–517. doi:10.4028/www.scientific.net/SSP.116-117.513. ISBN 9783908451266. OCLC 5159219975. Archived (PDF) from the original on 2 February 2017. Retrieved 7 March 2019.

서지학

외부 링크