היישומים המעשיים של טפסים סופרפלסטיים במזג אווירי והגנתיים

יצירת Superplastic (SPF) התפתחה כטכניקת ייצור טרנספורמטיבי המאפשרת ייצור של מרכיבים מורכבים, קלים, וצמיחה גבוהה מתכת מפותחת בתחילה באמצע המאה העשרים, טכנולוגיה זו מצאה את היישומים המשפיעים ביותר שלה בפרספקטיבה אווירית והגנה, שבו מורכבות חלקית, יחס כוח-משקל, ויעילות הייצור הם כפולים.

מה זה Superplastic Forming?

יצירת Superplastic היא תהליך עיבוד מתכתי המסתמך על היכולת של סגסוגת מבוזרת מסוימת להציג את אורך גבוהה מאוד של Tenile - לעתים קרובות מעל 200%, ובמקרים מסוימים להגיע 1000% - כאשר מפורז בטמפרטורות הומולוגיות מעל מחצית נקודת ההיתוך שלהם תחת פיקוח, שיעורים נמוכים. בתנאים אלה, החומרים מתנהגים כמו נוזל מולקווס, זורם לתוך טמפרטורות גסות למות עם דרישות מינימליות של מיקרופורוזיס, בדרך כלל מאפשר מיקרופורמיות.

התהליך בדרך כלל כרוך חימום גיליון מתכת או preform לטווח הטמפרטורה העלפלסטיק (לדוגמה, 900-950 מעלות צלזיוס עבור ⁇ טיטניום, 450-500 מעלות צלזיוס עבור ⁇ אלומיניום) ולאחר מכן החל לחץ גז, בדרך כלל לארגון, צד אחד של גיליון. לחץ הגז כוח את גיליון כדי להתאים משטח מת או כלי חם.

המונחים: key Process Parameters

(ב) ראטארורה:0) יש לשלוט בדיוק בטווח העל-פלסטיק של ⁇ .נמוך מדי, והחומר לא יהיה סופרפלסט; גבוה מדי, וגידול דגנים או חמצון עלול להתרחש.
(FLT:0) שיעור אימון: 1FLT בדרך כלל על סדר של 10-3 עד 10-5 s-1.שיעורים גבוהים יותר גורמים ל cavitation או כישלון; שיעורים נמוכים יותר מובילים לזמני מחזור מופרזים.
גודל גרנין: 0 (Grain Size:FLT:1 Fine, דגנים שווים הם חיוניים. Grain צמיחה במהלך חימום הוא אתגר גדול, פרוטוקולים חימום מהיר שלילי כימאים סגסוגת ייצוב.
(FLT:0) לחץ: FLT:1 , Applied in a מבוקרת רמפה כדי להימנע מפרסום.מערכות מתקדמות להשתמש בפרופילי לחץ רב-שלביים כדי לייעל את ההפצה של עובי.

חומרים המשמשים ב Superplastic Forming

הצלחת SPF תלויה במידה רבה בזמינות של ⁇ המציגות התנהגות על-פלסטיק.החומרים הנפוצים ביותר בתחום התעופה וההגנה כוללים:

אלומיניום Alloys

(ב) ⁇ אלומיניום פותחו במיוחד עבור SPF.הידוע ביותר הוא FLT:0AA50830383033SIRFLT:1 (אל-מאג-מן), המשמש נרחב עבור לוחות פנים של רכב ואווירה.

טיטניום Alloys

(ב) סגסוגת טיטניום (במיוחד FLT:0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Superalloys מבוסס ניקל

(הופנה מהדף [[המאה ה-[[1924]]]]]] ו[[1924]]]]]] [[1924]]]]]] ו[[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[[[1924]]

מגנזיום ומכות אחרות

⁇ מגנזיום (למשל, AZ31, ZK60) הם צוברים עניין עבור יישומים קלים.בנוסף, intermetallics, אלומיניום-matrix מורכב, ואפילו פלדות מסוימות הוכחו ב SPF בשלבים מחקר.

תהליך SPF שלב-by-Step

בעוד רצפים ספציפיים משתנים על ידי גיאומטריה חלקית וסגסוגת, מחזור בצורת סופרפלסט טיפוסי כולל השלבים הבאים:

(FLT:0) הכנת Sheet:FLT:1; Blanks נחתכים ממגרש גיליון.משטח ניקוי ויישום של ברון או גריט lubricant עשוי להיות מיושם כדי להפחית את החיכוך.
(FLT:0) Heating:BuildFLT:1; The Die set (בצורה רטיבית עשוי נירוסטה או Superalloys מבוסס ניקל) ואת הריק מחוממים לטמפרטורה העל-פלסטיק באווירה מבוקרת (argon או ואקום) כדי להימנע חמצון.
(ב) ⁇ :0) ⁇ ו- Pressurization: The הריק מדגמן בין בלוטות המוות, ויצר חותם גז חד-פעמי.
(ב) [ה]הלחץ הגז מאלץ את הסדין לתוך חלל המוות.התהליך איטי - פי 20 דקות עד כמה שעות הם נפוצים - ומאפשר את החומר למתוח באופן אחיד.
(ב) ⁇ :0) ⁇ : לאחר יצירתו, החלק מוחזק תחת לחץ בעוד המוות מתקרר מתחת לטמפרטורת ההסתה של החומר.
(FLT:0) ⁇ ו- Inspection:FreaLT:1) החלק שנוצר הוסר מן המתים ו- trated של חומר צמחי עודף.לא-הרסני (ultrasonic, X-ray) מבוצע לעתים קרובות כדי לזהות קוויטציה או קיר דקינג.

יישומים בחלל

תעשיית החלל הייתה הנהג העיקרי של טכנולוגיית SPF מאז שנות ה-70.היכולת לאחד עשרות חלקים מוטבעים ומפוצצים לתוך רכיב יחיד שנוצר להפחית באופן דרסטי את זמן ההרכבה, משקל, ועלויות.

מבנה כנף וכנפיים

בואינג חלוציה את השימוש ב-SPF עבור FLT:0 לוחות מיפוי 1:1 על 747 ולאחר מכן 777, שבו לוחות עור גדולים, נוקשות פנימית נוצרים בחתיכה אחת. Airbus מעסיקה SPF עבור הקצוות המובילים ו ירידים.התהליך מבטל את הצורך במצרים ונוקשות, ומפחית חלק עד 50% עד שנת 15-20% לעומת דגם ה-F2 של בנייה.

מנועים Components

יצרני מנוע Turbine משתמשים ב- SPF כדי ליצור את FLT:0fan להבים, טבעות המכילות, ו- PW1100G מנוע 1. .Inconel 718 ו- titaniumסגסוגת SPF נמצאים ב- GE90, Trent 1000, ו- PW1100G מנועים.היכולת לייצר תקליטורים מדבקים (blis) עם מורכבות מעמודי נייר דינמי ומשפר את היעילות של .

מגן חום והגנה על

כלי רכב היפרסקופיים דורשים מגיני חום קלים שיכולים לעמוד ב ⁇ תרמיים קיצוניים.SPF משמש ליצירת לוחות טיטניום כפולים ממושמעים עם חללים ריקים, אשר ניתן למלא ב בידוד או קירור פעיל. נאס"א (FLT:0X-43A ScamjetFLT:1 השתמש ב-SPF-edtanformalium המוביל לאחרונה.

יישומים בהגנה

יישומים ביטחוניים דורשים אמינות גבוהה, עמידות וביצועים תפעוליים בתנאים קיצוניים.SPF מועסקת ברחבי האוויר, היבשה והים:

מטוסים צבאיים

(ב) לוחמים כגון:0.35 Lightning IIIRLT:1) משלבים רכיבי SPF titanium במסגרת האוויר, כולל ראשי ראשים, לוחות דלת ועורי מנועים.F-22 Raptor גם משתמש SPF עבור כמה חלקי מבנה חם-על מפלסטיק, אשר מייצרים את הגיאומטריה בצורת מורכבת, בצורת גניבה, הנדרשת עבור obvability נמוכה תוך שמירה על שלמות מבנית: SPF-F2, ללא הגבלה.

הגנה על נשק וכדורים

(המשכת הקלות של כלי רכב ואנשי צוות יכולה להיות מיוצרת על ידי SPF של אלומיניום מבוסס או ⁇ שריון מבוסס טיטניום.התהליך מאפשר יצירת לוחות מעוקלים, רב-קו-מטוריים המשלבים עם כלי רכב ללא מזרזים גדולים.

טילים וטילים

(ה) טילים בעלי ביצועים גבוהים דורשים צ'ינגס הן דקות והן חזקות למזער משקל בזמן שעומסי טיסה מקיפים (SPF) משמשים עבור FLT:0nose cones, fin עור וקטנועים (FLT:1) עשויים טיטניום או Inconel. The FLT:2AGM-158 JASFLT 3:3 ו-Joint Air-Surface) המורכבים מ-F3 ו-F3.

תותחים

אוניות צוללות וספינות פני השטח משתמשים יותר ויותר ברכיבי SPF כדי לשפר את ה הידרודינמיקה ולהקטין את המשקל.טיניום נומר דום מכסה, הלהבות של הלהב, וקטעי מעבר של hull הופקו באמצעות SPF.הצי האמריקאי (FLT:0Virginia-class FLT:1), דיווחו כי משתמשים SPF-formed titan עבור חלקי המבנה שלה.

היתרונות של Superplastic Forming

SPF מציע שילוב של הטבות שהופכות אותו לזמין עבור רכיבים רבים בעלי ערך גבוה:

ייצור בצורת FLT:0 (Near-net:FLT:1 Parts) הוקמו לקונטור הסופי, הדורש מינימום מטמון, אשר מפחית פסולת חומרית ופעולות משניות.
(FLT:0)Complex Geometries:FLT:1 Undercuts, ריבות עמוקות, תכונות קשיחות פנימיות, ופרופילי משתנה ניתן להשיג בפעולה גיבוש יחיד.
(ב) הפחתה:0Weight:0Weight: FLT:1 על ידי איחוד חלקים מרובים לאחד, מזרז ומפרקים חוסמים, חוסכים עד 30% מסה בהשוואה לאסיפה המסורתית.
(ב) לא היה מעיין: 1 (לא) שלא כמו יצירת חדר-הזמן, חלקים סופרפלסטים שומרים על צורת המוות באופן מושלם, ביטול פיצויי קטיפה.
(ב) ,0) ,המעבר ל[[המאה ה-1]], הוא אינו דורש כפליים.
(ב) [ה]ה': [ה], [ה], [ה]], [ה], [ה], [ה], [ה],], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],], [ההההההההההההההההההתחילה],], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],], [ה], [ה], [ה],], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],],], [ה],], [הה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],],], [ה], [ה], [ה],],],], [ה], [ה], [ה], [ה],],], [ה], [ה]]], [ה], [
(FLT:0) עיצוב חופש: הנדסת חשמל:1 יכול לייעל את האירודינמיקה או יעילות שריון ללא הגבלת אילוצים מסורתיים להרכיב.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות שלה, SPF לא ללא חסרונות.הגורמים הבאים מגבילים את השימוש הנרחב שלה:

(FLT:0) זמן עיצוב טיפוסי: FLT:1 כי התהליך דורש שיעורי מתח איטיים, זמני מחזור הם ארוכים.פעולת גיבוש טיפוסית יכולה לקחת 30-120 דקות, מה שהופך את SPF ללא התאמה לייצור גבוה (למשל, לוחות גוף רכב).
עלות:0 (יותר מדילינג: 1FLT) למות חייב לעמוד בטמפרטורות גבוהות (עד 1000 מעלות צלזיוס) ועל אופניים תרמיים חוזרים, הדורשים כלי ניקל יקר או כלי קרמיקה.
(ב) ⁇ :0) וריאציות של יקומציה: 1FLT (למרות בקרת לחץ זהירה, קיר דקינג יכול להתרחש במשיכה עמוקה, הדורשת ריקות עבות יותר וחלקים סופיים כבדים יותר מאשר אופטימלי מבחינה תיאורטית.
(FLT:0) מגבלות אוויריות: 1FLT רק תת-קבוצה של ⁇ מציגה על-פלפלסטיק, ופיתוח ציונים על-פלסטיק חדשים הוא יקר ואורך זמן.בנוסף, ⁇ על-פלסטיק רבים הם יקרים יותר מאשר עמיתיהם הקונבנציונאליים.
(FLT:0) אוקסידציה וזיהום פני השטח: אנדרל 1 בטמפרטורות גבוהות, ⁇ כמו אלומיניום ו טיטניום טופס תחמוצות שיכולה להפיג את איכות פני השטח אם לא נשלט על ידי מגנה גז אינרטי או ואקום.
(ב) צריכת האנרגיה:0 (הראשונה ל-1) מת גדול ושמירה על טמפרטורות גבוהות לתקופות מורחבות דורשות הזנת אנרגיה משמעותית, העלאת עלויות התפעול.

השוואה עם טכנולוגיות אחרות

כדי להעריך את מקומו של SPF בנוף הייצור, מומלץ להשוות אותו לתהליכים חלופיים:

טיהור חם (למשל, בולים חמים, חם מת להרכיב)

עיצוב חם פועל בטמפרטורות גבוהות אבל בדרך כלל מעל טמפרטורת ההרסה, עם שיעורי זנים גבוהים יותר.חלקים המיוצרים על ידי יצירת חם יש פחות דוקטרקטיות ולא יכול להשיג את אותה המורכבות כמו SPF. עם זאת, זמני מחזור הם קצרים יותר, וכלי יכול להיות פחות יקר עבור כרכים בינוניים.

המונחים:

Isothermal forging לוחץ על שטר בין מת מחומם במהירויות איטיות.זה דורש גם ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ יכול לייצר חלקים מורכבים. SPF מתאים טוב יותר עבור חלקי גיליון דק, בעוד הוא אחר לשימוש עבור רכיבים עבה יותר, מסיבי יותר כמו trunnions הילוכים הילוכים.

ייצור תוספת

ייצור אדקטיבית (AM) יכול לייצר אפילו יותר מורכב גיאוגרפית מאשר SPF, ללא עלות כלי. עם זאת, חלקים AM לעתים קרובות דורשים לאחר עיבוד כדי לחסל את הירוסוס ולהשיג תכונות עייפות דומות. עבור חלקים גדולים-area (למשל, לוחות פתיל), SPF נשאר יותר כלכלי וצפוי.

ארכיון תגיות: Stamping

הדגימה היא מהירה וזולה עבור צורות פשוטות, אבל זה לא יכול ליצור את הצורות העמוקות והמורכבות ש- SPF יכול. Stamping גם סובל מ-אביבback ודורש מספר מתים.עבור ⁇ ברמה אווירית, בולים לעתים קרובות מוביל סדק.

עתיד Outlook וחדשנות

העתיד של יצירת סופרפלסט קשור להתקדמות במדעי החומרים, אוטומציה תהליכים וטכניקות ייצור משולבות. כמה מגמות מעצבות הדור הבא SPF:

פיתוח חדש Alloy

מחקר הוא בדרך להרחיב על-פלסטיקה לסגסוגת גבוהה יותר (למשל, Ti-10V-2Fe-3Al, חדש Al-Mg-Sc ⁇ s) ולצמצם את הטמפרטורה הנדרשת.FLT:0Low-temperature SPFFLT:1 באמצעות ננו-חומרים או עיוות פלסטי חמור (למשל, שווה-ערוצי) יכול להרחיב את עלויות האנרגיה הנמוכות יותר.

SPF / Diffusion Bonding (SPF /DB)

שילוב SPF עם דיפוזיה אג'ינג מאפשר ייצור של רב-שכבות, מבנים חלולים בפעולה יחידה.טכניקה זו, שכבר בשימוש עבור ראשי מטוסים טיטניום, מייצרת צלעות קשיחות ופאנלים כריכים עם יחס חיובי כוח-למשקל מעולה. יישומים עתידיים כוללים כנפיים קלות דלק עבור כלי רכב היפרוזיים.

אוטומציה ובקרה של תהליכים

שילוב חיישני עובי בזמן אמת, בקרת לחץ הסתגלות ואלגוריתמי למידת מכונה יכולים לייעל את מחזור הרכיבה ולהקטין פגמים.אוטומטי טיפול חלקי ושינוי מוות יכול להוריד עלויות עבודה ולהפוך את SPF אפשרי לייצור בינוני.

שילוב עם ייצור תוספתי

תהליכים היברידיים המשתמשים בייצור תוספת כדי לייצר preforms מותאמים (עם עובי משתנה או חיזוקים מקומיים) ואחריו SPF מתעוררים. שילוב זה מקטין את הצורך עבור מאצ'ינג ומאפשר תכונות חומרים ממותנת.ההפגנות מוקדמות באמצעות ייצור תוסף חוט-arc עבור חלקי אווירוspace להראות תוצאות מבטיחות.

חוסר יכולת

אספקת ⁇ superplastic והפחתה של גרוטאות דרך צורה ליד-נט להרכיב להפוך SPF באופן טבעי יותר בר קיימא מאשר שיטות תת-פרקטיביות. על עבודה מתמשכת על ⁇ אלומיניום ממוחזרים כי שמירה על ביצועים superplastic יכול עוד השפעה סביבתית נמוכה יותר. ההתאוששות אנרגיה ממערכות פרנce ושימוש מימן ירוק לחימום נחקרים גם כן.

מסקנה

יצירת Superplastic הוכיחה את עצמה כטכנולוגיה קריטית לייצור ביצועים גבוהים, רכיבים קלים במרחב האווירי וההגנה.מפאנלים בואינג חברת תעופה כדי לגנוב את רכיבי המבניים ואת חיפויי טילים, SPF מאפשר עיצובים בלתי אפשריים עם עבודת מתכת קונבנציונלית.בעוד אתגרים כגון זמני מחזור ארוכים ועלויות כלי גבוהות נשארים, חידושים שוטפים בחומרים, בקרה, ייצור היברידית הם ביקוש עבור מערכות הגנה יעילה עבור ייצור חומרים, כוח אדם, לחץ חיוני, אשר ימשיך להיות יעיל של מערכות הגנה על בסיס חיוני, כוח משחק חיוני, כמו גם לחץ על בסיס חיוני, מערכת הגנה על בסיס חיוני, אשר ימשיך להיות יעיל של כלי רכב, אשר ימשיך להיות יעיל, כמו גם על בסיס חיוני, כמו גם על בסיס חיוני של מערכות הגנה על בסיס חיוני, שמירה על בסיס חיוני, שמירה על בסיס חיוני, שמירה על פני השטח של מערכות הגנה על בסיס חיוני, שמירה על פני השטח של כוח אדם, פיתוח כלי רכב גבוה, הוא ממשיך, פיתוח כלי רכב גבוה, פיתוח כלי רכב גבוה, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח כלי רכב גבוה, פיתוח כלי גבוה, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח כלי גבוה, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח כלי גבוה, פיתוח כלי רכב יעיל של מערכות הגנה על פני השטח של