Al-Li сплавы

Алюминиево-литиевые сплавы разрабатывались главным образом для снижения веса воздушного судна и аэрокосмических конструкций. Изначально предполагалось, что новая группа алюминиево-литиевых сплавов заменит обычные алюминиевые сплавы и таким образом непосредственно будет  достигнута экономия веса. Предполагалось, что плотность их будет  на 8–12% ниже по сравнению с обычными алюминиевыми сплавами 2ххх и 7ххх и что они будут обладать аналогичными механическими свойствами и технологичностью. Полагали, что модуль упругости этих сплавов будет выше на 10-12%. Благодаря таким преимуществам  они представляются как экономически эффективные. Однако, за последние 20 лет в результате тщательного изучения сплавов производителями авиационных конструкций и научными исследователями был обнаружен ряд различий с точки зрения свойств и технологии обработки.

Наиболее часто для аэрокосмических комплектующих изделий выбирают алюминиево-литиевые сплавы по причине их низкой плотности, высокой прочности и высокого удельного коэффициента. Как в случае одноразового использования, так и в системах многоразового использования, более низкий вес и более высокий коэффициент, и во многих случаях более высокая прочность алюминиево-литиевых сплавов совершенно отодвигают на задний план любые стоимостные различия между обычными алюминиевыми сплавами и алюминиево-литиевыми сплавами. Но очевидно, что эффективность производства и использования этого более дорогого материала  должна быть выше  эффективности производства и использования обычных алюминиевых сплавов, если это вообще возможно, в попытке окупить изначальную надбавку на стоимость материала.  Более высокую цену материала необходимо уравновесить высоким  показателем “отношение покупка/полет” готовых изделий. Благодаря технологии штампования уровень брака очень сильно снижается. Это приводит к более оптимальному использованию материала по сравнению с деталями, подвергнутыми механической обработке.

Наличие новых алюминиево-литиевых сплавов и оптимизированная технология их штампования с холодной деформацией, предшествующей старению, были бы полезны для реализации комплектующих изделий из алюминиево-литиевых сплавов с высоким показателем “отношение покупка/полет”.

Плотность алюминиево-литиевых сплавов на 8-12% ниже по сравнению с существующими в настоящее время аэрокосмическими Al сплавами. Это преимущество может быть использовано в производстве тяжелых комплектующих изделий, таких как:

            а.   колеса воздушных судов

            б.  боковые рамы

            в.  штампованные конструкции крыла

            г.  двери

            д.  и другие толстостенные конструкции и детали

Помимо снижения веса алюминиево-литиевых сплавы предлагают дополнительную выгоду для указанных применений, такую как увеличение на 12% жесткости и значительное улучшение коррозионной стойкости.

Благодаря указанным характеристикам  Al-Li сплавы являются отличным материалом для применений в конструкциях воздушных судов. Однако до настоящего времени предполагаемые преимущества  Al-Li сплавов не были реализованы на большом коммерческом воздушном судне из-за нерешенных технологических проблем в вопросах трещиностойкости, сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением, термической стабильности и недостаточной пластичности, определяемой на поперечном образце.

Значительные издержки по стоимости также являлись еще одним важным недостатком. С другой стороны, предпринятые в последние годы значительные усилия по устранению этих  недостатков привели к тому, что эти сплавы стали жизнеспособными кандидатами для рассматриваемых в настоящее время применений.

Штампование Al-Li сплавов

СМВ Инжиниринг имеет опыт в применении модифицированного сплава 1420 и нескольких других сплавов для штампования автомобильных колес. Отштампованное из сплава 1420 колесо было  подвергнуто испытанию в сравнении с таким же колесом из сплава АА6061-Т6. По результатам испытания предельный момент вращения для Al-Li колеса был на 13% выше. Максимальная нагрузка на Al-Li колесо была на 8% выше, чем на алюминиевое.

Теоретический анализ показал, что благодаря улучшенным прочностным свойствам сплава 1420 возможно снижение веса на 20-25%.