輕質合金
關注創建者：mastercc 創建時間：2021-10-09
輕質合金的實例教程
迄今為止，廣泛用于燃氣渦輪發動機和航空發動機的傳統鎳基高溫合金的最高使用溫度已達到其熔點的80%。因此，這些高溫合金已無法滿足工作溫度進一步升高而產生的更嚴苛的使用要求。共晶高熵合金(EHEAs)結合了高熵合金(HEAs)和共晶合金的優點，并表現出可控的、接近平衡的微觀結構，可以抵抗溫度變化直至共晶點，是高溫下應用的絕佳候選者。EHEA具有良好的可鑄性，可以通過直接鑄造制成工業規模的鑄件。因此這種EHEA因其卓越的強度和延展性而受到關注。
已有報道的EHEAs中觀察到的共晶相，發現它們主要由面心立方(FCC)和B2相或FCC和Laves相組成。在這些相中，FCC相具有延展性，但強度較低。B2相具有較高的室溫強度，但在高溫下的抗蠕變性較差。Laves相有多種晶體結構，但最穩定的結構仍不清楚。Laves相隨著溫度和外加應力的變化而發生轉變并具有室溫脆性，使EHEAs中難以控制其微觀結構和性能。因此，仍沒有開發出適合高溫下應用的EHEAs。
大連理工大學的研究人員開發了一種質輕且成本低的大塊共晶高熵合金，鑄態表現出更高的室溫、高溫硬度和比屈服強度，性能高于大多數已有報道的EHEAs、難熔HEAs和傳統合金。相關論文以題為“A novel bulk eutectic high-entropy alloy with outstanding as-cast specific yield strengths at elevated temperatures”發表在Scripta Materialia。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114132
研究發現AlCr1.3TiNi2合金由BCC和L21相組成。
展開 因此目前多使用質量小的復材或輕質合金作為螺旋槳制造原料。隨之而來的問題是，這種新型材料的剛度較低，高速轉動時產生的變形會影響螺旋槳的推進效果，因此有必要考慮輕質螺旋槳的流固耦合效應。基于以上，本文以Ansys Workbench為平臺，集成Fluent、Transient Structural和System Coupling對某直徑為8m的三葉螺旋槳進行了雙向流固耦合分析，對關鍵步驟給出了詳細說明。
FSI.pdf
鋁合金和鎂合金為代表的輕質合金是航空器和航天器的主要結構材料之一。然而這些輕質合金的可焊性都很差，在飛機中應用攪拌摩擦焊技術是飛機制造技術發展的趨勢之一，同時，攪拌摩擦焊也將在自動化、數字化和柔性化方面得到突破。今年12月，中國兵器工業集團武漢重工集團也于近日與航天科技集團首都航天機械公司簽訂了重型運載火箭大型薄壁貯箱的攪拌摩擦焊設備訂單。這標志著在經歷了15年的漫長積累之后，我國的攪拌摩擦焊技術從實驗室走向了實踐。
01
攪拌摩擦焊的應用發展現狀
傳統飛機結構中主要是采用鉚接和螺栓連接，只有少數結構才使用焊接技術，因為傳統飛機上使用的材料多以輕金屬鋁合金為首，而鋁合金使用釬焊或氬弧焊等傳統焊接技術得到的接頭強度較低或容易出現裂紋等缺陷，因此焊接結果不理想。
為了能提高飛機的質量和性能，需要開發出新的連接技術用來代替傳統的焊接技術應用在航空上。1991 年英國焊接研究所(TWI)發明了攪拌摩擦焊技術，該技術在焊接科學技術的發展史上具有重要的意義。攪拌摩擦焊技術的出現，消除了鋁合金等其它不能被電弧焊所焊接的缺點，其技術特點和潛在的經濟效益已經在航空航天等很多領域發揮了作用。在攪拌摩擦焊的基礎研究方面，全球范圍內都在迅速開展。
攪拌摩擦焊作為實現金屬結構整體化制造方法之一得到了深入研究和開發，已經在飛機制造中得到應用，如波音公司用攪拌摩擦焊實現了C17 和 C130 大型軍用運輸機貨艙地板的制造，空客公司在 A320 中央翼盒、A340 機翼承力墻、A350 飛機機身蒙皮等結構中應用了攪拌摩擦焊技術。美國月蝕公司甚至制造出了全攪拌摩擦焊商務飛機。
展開 輕量化閥芯與流道優化
通過有限元分析與拓撲優化，采用高強度輕質合金制造閥芯，降低運動部件質量，從而減少慣性延遲，同時優化內部流道結構，減小湍流與壓力損失，提高流量響應速度。
4. 增強反饋機制
加裝高精度位置傳感器（如LVDT或磁致伸縮傳感器），構建全閉環控制系統，實時監測閥芯位移并動態調整驅動信號，大幅提升重復定位精度與抗干擾能力。
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展開 殼體的組成材料一般為高強度輕質合金鑄件。
風機馬達：主要為風機葉輪和高壓油泵的運轉提供動力，也有一些燃燒器采用單獨電機提供油泵動力。某些小功率燃燒器采用單相電機，功率相對較小，大部分燃燒器采用三相電機，電機只有按照確定的方向旋轉才能使燃燒器正常工作。
風機葉輪：通過高速旋轉產生足夠的風壓以克服爐膛阻力和煙囪阻力，并向燃燒室吹入足夠的空氣以滿足燃燒的需要。它由裝有一定傾斜角度的葉片的圓柱狀輪子組成，其組成材料一般為高強度輕質合金鋼，也有注塑成形的產品，所有合格的風機葉輪均具有良好的動平衡性能。
風qiang火管：起到引導氣流和穩定風壓的作用，也是進風通道的組成部分，一般有一個外套式法蘭與爐口聯接。 其組成材料一般為高強度和耐高溫的合金鋼。
風門控制器：是一種驅動裝置，通過機械連桿控制風門檔板的轉動。
一般有液壓驅動控制器和伺服馬達驅動控制器兩種，前者工作穩定，不易產生故障，后者控制精確，風量變化平滑。
風門檔板：主要作用是調節進風通道的大小以控制進風量的大小。 其組成材料有注塑和合金兩種， 注塑檔板一般為單片形式， 合金檔板有單片、雙片、三片等多種組合形式。
擴散盤：其特殊的結構能夠產生旋轉氣流， 有助于空氣與燃料的充分混合，同時還有調節二次風量的作用。
2、點火系統
點火系統的功能在于點燃空氣與燃料的混合物，其主要部件有：點火變壓器、點火電極、電火高壓電纜。
點火變壓器：是一種產生高壓輸出的轉換元件，其輸出電壓一般為：2× 5KV、 2× 6KV、 2× 7KV，輸出電流一般為 15~30mA。
點火電極：將高壓電能通過電弧放電的形式轉換成光能和熱能， 以引燃燃料。一般有單體式和分體式兩種。
電火高壓電纜：其作用是傳送電能。
3、監測系統
監測系統的功能在于保證燃燒器安全的運行， 其主要部件有火焰監測器、壓力監測器、監測溫度器等。
展開 
輕質合金的最新內容
文章名稱《A three dimensional (3D) thermo-elasto-viscoplastic constitutive model for FCC polycrystals》
DOI：10.1016/j.ijplas.2015.04.001
在鋁合金、鎂合金等輕質材料成形過程中，溫度往往不是一個可以忽略的因素。
輕量化閥芯與流道優化
通過有限元分析與拓撲優化，采用高強度輕質合金制造閥芯，降低運動部件質量，從而減少慣性延遲，同時優化內部流道結構，減小湍流與壓力損失，提高流量響應速度。
4. 增強反饋機制
加裝高精度位置傳感器（如LVDT或磁致伸縮傳感器），構建全閉環控制系統，實時監測閥芯位移并動態調整驅動信號，大幅提升重復定位精度與抗干擾能力。
仿真驅動的優化往往通過結構優化設計，不同于簡單的材料替換方案，如輕質合金替代鋼制結構這種減重但增加成本的方案。往往是既減重又降本的結構優化方案。
鎂合金作為一種輕質合金，其密度約為1.8g/cm3，遠低于鋼的7.85g/cm3。雖然鎂合金的力學性能低于鋼，但在比強度和比模量方面具有明顯優勢，且具有良好的鑄造性和較低的比熱容，適合用作輕量化座椅骨架材料。
傳統座椅設計方法依賴經驗試錯，耗時長且成本高，難以全面考慮各種工況。
仿真驅動的優化往往通過結構優化設計，不同于簡單的材料替換方案，如輕質合金替代鋼制結構這種減重但增加成本的方案。往往是既減重又降本的結構優化方案。
有研究表明，汽車車輪輪轂應用輕質材料鋁合金、鎂合金及碳纖維，在減輕車身重量的同時，還有助于提高車輪輪轂的強度和安全性、行駛穩定性，確保行車的安全。
開始至今對小型金屬零件加工產業引起非常大的波瀾，包含（金屬加工約略分為五個世代，第二代的鍛造法和第四代的機加工法不列入本次討論）：
第一代工藝：精密鑄造(Investment Casting)──又稱為失蠟或脫蠟鑄造(Lost Wax Casting)，可加工材料包含鋁、鐵系與不銹鋼、鎳、鈷、銅等金屬或合金；壓力鑄造(Die Casting)及液態金屬技術(Liquid Metal Technology, LQMT) ──以輕質合金包含鎂
? 阻抗管：
1) 阻抗管的管壁以輕質鋁合金材料制成，壁厚10mm，避免高頻聲振耦合而發生共振。
2) 管壁的內表面平滑且無縫隙，定制設計的傳聲器安裝夾具可以確保傳聲器在管壁表面齊平安裝，同時實現有效的密封防止漏聲。
3) 阻抗管的聲源位置有特殊設計，可以有效抑制高階聲模態的產生，使得管道內部更好的滿足平面波條件，同時確保各頻率有足夠的聲能量。
輕質鋁合金在車輛用材中使用量逐漸提高，這種趨勢的出現和演變是否會影響高強鋼熱沖壓成形產業的發展？帶著這些問題，熱成形聯盟媒體部采訪了舒勒中國高級銷售經理楊鶴俊先生。
楊鶴俊先生您好！首先感謝您接收熱成形聯盟媒體部的采訪，首先請介紹一下，近幾年來舒勒集團在汽車輕量化領域的工作進展。
據悉，偉時電子方面使用鎂鋁合金等輕質材料、采用一體化成型工藝的結構件，在保證大屏、多屏配置模式下承重強度及穩定性的同時，顯著降低了結構件整體重量，這已逐步成為車載顯示領域輕量化的主流解決方案。
在Mini LED的上車過程中，車廠目前顧慮的兩個因素是車規級要求與成本。
