Aluminium jest najliczniej występującym pierwiastkiem metalicznym w skorupie ziemskiej. Jest to metal nieżelazny o drugim co do wielkości wydobyciu i wykorzystaniu na świecie po stali. Ma niską gęstość, około 1/3 gęstości stali. Ponieważ czyste aluminium jest miękkie i ma niską wytrzymałość, dlatego też dodanie niewielkiej ilości pierwiastków, takich jak magnez, miedź, cynk, krzem i lit do aluminium, poprawia wydajność stopu aluminium. Stopy aluminium są najszerzej stosowanymi materiałami konstrukcyjnymi z metali nieżelaznych w przemyśle ze względu na ich doskonałe właściwości mechaniczne i odporność na korozję. Są szeroko stosowane w budownictwie, lotnictwie, motoryzacji, produkcji maszyn, stoczniach i przemyśle chemicznym.
Stopy aluminium mają doskonałe właściwości w mechanice i chemii:
① Aspekty mechaniczne, odzwierciedlające się głównie w niskiej gęstości, wysokiej wytrzymałości, wysokim module itp. Aluminium ma niską gęstość i jest lżejsze od innych metali, waży tylko 1/4 tego, co stal, dlatego nadaje się do stosowania w dziedzinach o wysokich wymaganiach dotyczących lekkości;
② Pod względem właściwości chemicznych, ponieważ stop aluminium może tworzyć gęstą warstwę tlenku na swojej powierzchni w powietrzu, może chronić się przed głębokim utlenianiem. Dlatego ma doskonałą odporność na korozję i bardzo stabilny skład chemiczny.
③Stop aluminium ma dobrą plastyczność i może być przetwarzany w różne profile. Ma doskonałą przewodność elektryczną i cieplną. Dlatego jest szeroko stosowany w przemyśle, a jego zastosowanie ustępuje jedynie stali.
Obecnie w przemyśle istnieje ponad 250 stopów aluminium o różnym składzie. Aby ułatwić rozróżnienie według różnych składów stopów, Chiny przyjęły międzynarodowo akceptowaną czterocyfrową metodę klasyfikacji klas, aby ułatwić oznaczanie miejsc produkcji, zapamiętywanie i zarządzanie obliczeniami. Stopy aluminium stosowane w przemyśle zbrojeniowym obejmują głównie stopy aluminiowo-litowe, stopy aluminium serii 2XXX (A1-Cu-Mg) i stopy aluminium serii 7XXX.
Popyt rynkowy i tendencje rozwojowe różnych materiałów ze stopów aluminium
Stop aluminium serii 2XXX
Stopy aluminium serii 2XXX (A1-Cu-Mg) mają wysoką wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość i wytrzymałość zmęczeniową, dobrą odporność cieplną, właściwości przetwórcze i spawalnicze i są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i zbrojeniowym. Główne gatunki to 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12 itd. Opracowano serię stopów w celu poprawy wytrzymałości, dopasowania wytrzymałości i tolerancji na uszkodzenia, takich jak stopy 2024, 2124, 2524, 2324 itd.
Modele sprzętu w Chinach rozwijają się w kierunku lekkości, długiej żywotności, wysokiej niezawodności i niskich kosztów, a także mają wysokie wymagania dotyczące wytrzymałości na pękanie, odporności na rozprzestrzenianie się pęknięć i odporności na korozję materiału poszycia kadłuba. Na podstawie grubej płyty ze stopu aluminium 2024-T351, kraje zagraniczne opracowały 2324, 2624 i inne stopy aluminium o wysokiej tolerancji na uszkodzenia dla dolnej powierzchni skrzydła o różnej wytrzymałości, wytrzymałości, zmęczeniu i odporności na korozję, i osiągnęły instalację i zastosowanie. Chiny opracowują stopy aluminium o wysokiej tolerancji na uszkodzenia serii 2XXX. W przyszłości kompozytowe mikrostopy będą ważnym kierunkiem rozwoju dla stopów aluminium o wysokiej wytrzymałości serii Al-Cu-Mg.
Stop aluminium serii 4XXX
Obecnie eutektyczne i hipoeutektyczne stopy Al-Si są stosowane głównie do tłoków samochodowych w Chinach. Jednak ze względu na ciągłą poprawę wymagań dotyczących wydajności silnika, trudno jest spełnić wymagania dotyczące wydajności. Hipereutektyczny stop Al-Si ma niską gęstość, mały współczynnik rozszerzalności liniowej, wyższą odporność na zużycie i stabilność objętościową i jest bardziej idealnym materiałem tłokowym w porównaniu z eutektycznymi stopami Al-Si. Tłoki hipereutektycznych stopów Al-Si są masowo produkowane za granicą i stosowane w ciężarówkach i samochodach, takich jak stop A390 w Stanach Zjednoczonych, stopy AC9A i AC8A (ZL109) w Japonii i stop A390 w Australii. Jednak obecnie w Chinach jest niewielu producentów, którzy produkują hipereutektyczne tłoki stopów Al-Si, a większość z nich opiera się na imporcie. Ponadto istnieje duża luka między materiałami stopów aluminium do turbosprężarek samochodowych a materiałami z zagranicy. Wysokowydajne materiały stopów aluminium do turbosprężarek samochodowych opierają się głównie na Japonii i innych krajach. Dlatego też niezwykle ważne jest opracowanie podstawowych stopów aluminium stosowanych w motoryzacji do produkcji tłoków o wysokiej wydajności oraz wirników turbosprężarek.
Stopy aluminium serii 5XXX
Stopy Al-Mg, zwłaszcza stopy Al-Mg o wysokiej zawartości Mg, mają wysoką wytrzymałość właściwą, dobrą spawalność i odporność na korozję, i staną się wysoce konkurencyjnymi materiałami w przyszłości w lotnictwie, pociągach dużych prędkości, oceanach i innych dziedzinach. Obecnie płyty, profile i druty spawalnicze ze stopów Al-Mg do zastosowań w lotnictwie, pociągach, oceanach i innych dziedzinach opierają się głównie na imporcie. Rynek drutów spawalniczych wysokiej klasy jest zasadniczo zmonopolizowany przez ALCOA w Stanach Zjednoczonych. Stopy ER5183 i ER5356 opierają się głównie na imporcie, a wolumen importu stanowi około 70% ich sprzedaży. Stopy Al-Mg do statków opierają się głównie na Rosji. Konwencjonalne wlewki stopów o wysokiej zawartości Mg mają dobrze rozwinięte dendryty, silną segregację faz eutektycznych i słabą wydajność formowania. Obecne metody przetwarzania nadal mają wiele problemów, takich jak niska wydajność, słaba jakość widoczna, długi proces, niestabilna jakość i niska wydajność. Sub-rapid solidening and forming może hamować wytrącanie Mg, a jednocześnie może być regulowany w celu uzyskania drobnych kryształów równoosiowych i faz nano-precypitowanych, znacznie poprawiając wydajność i jednorodność materiału. Dlatego oczekuje się, że rozwój sub-rapid solidening ciągłej technologii wytłaczania reologicznego i walcowania dla wysokowydajnych stopów Al-Mg zaspokoi popyt na wysokiej jakości stopy Al-Mg.
Stopy aluminium serii 6XXX
Materiały ze stopu aluminium serii 6XXX są kluczowymi materiałami w dziedzinie transportu kolejowego, samochodów, elektroniki itp. Od lat 80. rozwinięte kraje i regiony, takie jak Europa, Stany Zjednoczone i Japonia, opracowały stopy aluminium do samochodów, zarejestrowane gatunki, takie jak 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 i 6082, i utworzyły stosunkowo kompletny system produkcji i aplikacji dla paneli nadwozia samochodowego, wytłaczanych elementów, odkuwek itp. Badania przemysłowe i rozwój paneli nadwozia i odkuwek ze stopu aluminium serii 6XXX w Chinach dopiero się rozpoczęły i istnieje wyraźna luka. Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych Chin zaproponowało, aby blachy ze stopu aluminium samochodowego, które mają zostać opracowane, to: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022 itp. Typowa blacha ze stopu aluminium serii 6XXX ma wydłużenie A50 nie mniejsze niż 25%, wartość r nie mniejszą niż 0,60, granicę plastyczności parkingu po 60 dniach Rp0,2 nie mniejszą niż 140 N/mm2 i przyrost granicy plastyczności utwardzania farby nie mniejszy niż 80 N/mm2. W odpowiedzi na różne potrzeby, rozwój technologii projektowania, przygotowania i przetwarzania stopów aluminium serii 6XXX stał się nieuniknionym trendem rozwoju.
Stopy aluminium serii 7XXX
Stopy aluminium serii 7XXX mają dobrą odporność na korozję naprężeniową i są najmocniejszą serią wśród stopów aluminium. Są uznawane na całym świecie za materiały szkieletowe dla lotnictwa. Ostatnio kraje zagraniczne opracowały stop 7055 (Al8Zn-2,05Mg-2,3Cu-0,16Zr), którego granica plastyczności przekracza 620 MPa w stanie T77511. Jest on stosowany w samolotach Boeing 777 i zmniejsza wagę o 635 kg. Obecnie w Chinach brakuje systematycznej konstrukcji stopu oraz technologii przygotowania i przetwarzania stopów aluminium serii 7XXX dla lotnictwa, a niektóre produkty są całkowicie zależne od importu. Ze względu na duże sztabki stopów aluminium serii 7XXX z wieloma elementami stopowymi, szeroki zakres krzepnięcia, duże naprężenia odlewnicze i łatwe utlenianie/segregację elementów stopowych, jakość metalurgiczna sztabek jest słaba, a wydajność formowania w temperaturze pokojowej jest niska, bardzo ważne jest opracowanie nowych stopów aluminium serii 7XXX.
Stop aluminium i litu (Al-Li)
Stop aluminium i litu jest najszybciej rozwijającym się lekkim materiałem w materiałach lotniczych w ostatnich latach. Charakteryzuje się niską gęstością, wysokim modułem sprężystości, wysoką sztywnością właściwą, dobrą odpornością na zmęczenie i korozję. Po zastąpieniu konwencjonalnych stopów aluminium masę można zmniejszyć o 10%~20%, a sztywność można zwiększyć o 15%~20%. Na początku XXI wieku amerykańska firma ALCOA wprowadziła „ALCOA Aviation 20/20 Plan”, którego celem jest zmniejszenie kosztów i masy stopów aluminium lotniczego o 20% w ciągu 20 lat. Constellium opracowało stopy aluminium i litu 2050 i 2198 (Al-Cu-Li-Mg-Ag) o niskiej gęstości, wysokiej wytrzymałości i wysokiej tolerancji na uszkodzenia. W Chinach niezależnie opracowano bardzo niewiele gatunków stopów Al-Li, a wykorzystano tylko stop 1420. Stop aluminium i litu używany w samolocie pasażerskim C919 jest dostarczany przez Alcoa. W kraju można produkować tylko ograniczone gatunki stopów, takie jak 1420, 2195, 2197 i 2A97, a sztabki to tylko płaskie sztabki poniżej ((310~400)×1280×4000) mm i okrągłe sztabki poniżej φ650 mm. Płaskie sztabki (2B16) o grubości ponad 60 mm i szerokości ponad 1500 mm oraz sztabki (2B16) o średnicy ponad 1500 mm w dziedzinie zaawansowanych zastosowań lotniczych nie były jeszcze produkowane przemysłowo. Dlatego też niezwykle istotne jest opracowanie nowej konstrukcji stopu aluminium i litu, przygotowanie ultradużych sztabek i technologia głębokiego przetwarzania.
Stop aluminium odporny na ciepło
Stopy aluminium odporne na ciepło są kluczowymi materiałami podstawowymi w dziedzinie lotnictwa, motoryzacji, transportu kolejowego itp. poprzez regulację pierwiastków takich jak Si, Fe, Ni, Ag i pierwiastków ziem rzadkich, aby uczynić stopy aluminium odpornymi na utlenianie i pełzanie w wysokich temperaturach. Tradycyjne stopy aluminium odporne na ciepło obejmują: 2519, 2618, 2219, 2D70 itp. Wraz z szybkim rozwojem przemysłu lotniczego i motoryzacyjnego, na stopy aluminium odporne na ciepło nakładane są wyższe wymagania. Nowa generacja myśliwców ma wysoką prędkość przelotową, a temperatura robocza poszycia kadłuba wynosi powyżej 150°C. Obecnie długoterminowa temperatura użytkowania stopów aluminium odpornych na ciepło, takich jak 2618 i 2D70, wynosi poniżej 150°C. Konieczne jest opracowanie nowych stopów aluminium odpornych na ciepło.
Stop Al-Sc o bardzo niskiej zawartości skandu (Sc)
Stop Al-Sc ma doskonałe właściwości, takie jak wysoka wytrzymałość, dobra plastyczność i odporność na korozję, i stał się nową generacją lekkich materiałów dla przemysłu lotniczego, statków itp. po stopie Al-Li. Wytrzymałość na rozciąganie stopu Al-Mg zawierającego śladowe ilości skandu jest o 30% wyższa niż stopu 5083, a granica plastyczności jest ponad dwukrotnie większa. Jego spawalność jest porównywalna do spawalności konwencjonalnych stopów serii 5XXX, właściwości mechaniczne strefy wpływu ciepła i spoiny są w przybliżeniu równe właściwościom matrycy, a jego odporność na korozję jest porównywalna do odporności stopu 5083. Zastąpienie stopów serii 5XXX lub 6XXX w produkcji elementów lotniczych może przynieść znaczące efekty w postaci redukcji masy, a także jest to doskonały materiał do samochodów i pojazdów szynowych. Rosja jest światowym liderem w rozwoju stopów aluminium zawierających skand i stworzyła stopy Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc i Al-Cu-Mg-Sc o zawartości skandu 0,18%~0,5%. Aby promować stosowanie stopów aluminium i skand w lotnictwie i motoryzacji, chińskie Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych wymieniło stopy aluminium zawierające skand jako jeden z nowych materiałów do priorytetowego rozwoju. Chiny są bogate w zasoby skandu i zbudowały linię produkcyjną do ekstrakcji tlenku skandu o wysokiej czystości, kładąc podwaliny pod rozwój stopów aluminium i skand.
Stop aluminium tłoczony na gorąco o wytrzymałości 500 MPa do samochodów
W Chinach wciąż brakuje materiałów do tłoczenia na gorąco o wysokiej wytrzymałości ze stopów aluminium. Połączenie nowych materiałów i opracowanie nowego procesu formowania to skuteczny sposób na rozwiązanie problemu formowania części samochodowych ze stopów aluminium o wysokiej wytrzymałości. Skupienie się na stopach serii 7XXX, aktywne badanie stopów 2XXX i opracowywanie materiałów ze stopów aluminium klasy 500 MPa do tłoczenia na gorąco stwarza ważne perspektywy dla produkcji części samochodowych o złożonych kształtach.
Materiały kompozytowe na bazie aluminium
Płyta kompozytowa wielowarstwowa aluminiowo-stalowa: Skuteczne połączenie pokładów aluminiowych i stalowych stało się jednym z ograniczeń w redukcji masy nadbudówek dużych statków. Złącze przejściowe kompozytowe aluminiowo-stalowe stosowane do spawania kadłubów aluminiowych i stalowych stanowi rozwiązanie zastępujące tradycyjny proces nitowania. Honda opracowała technologię łączenia stali i aluminium, która będzie stosowana na całym świecie w ramach samochodów produkowanych masowo. Obecnie złącza kompozytowe aluminiowo-stalowe stosowane w Chinach są głównie importowane z zagranicy, a ich cena sięga nawet 4×10 5 CNY/t. W przypadku przyszłych statków wielkogabarytowych wymagane są wyższe temperatury spawania, większe naprężenia łożysk i mocniejsze interfejsy łączące w przypadku złączy przejściowych, a wysokowydajne złącza aluminiowo-stalowe są pilnie potrzebne.
Czas publikacji: 08-03-2025
