Az alumínium a földkéreg leggyakoribb féme. A világon a második legnagyobb termeléssel és felhasználással rendelkező színesfém az acél után. Alacsony sűrűségű, az acél sűrűségének körülbelül 1/3-a. Mivel a tiszta alumínium puha és alacsony szilárdságú, ezért kis mennyiségű elem, például magnézium, réz, cink, szilícium és lítium hozzáadásával az alumíniumötvözet teljesítménye jobb. Az alumíniumötvözetek a legszélesebb körben használt színesfém szerkezeti anyagok az iparban kiváló mechanikai tulajdonságaik és korrózióállóságuk miatt. Széles körben használják őket az építőiparban, a repülőgépiparban, az autóiparban, a gépgyártásban, a hajógyártásban és a vegyiparban.
Az alumíniumötvözetek kiváló mechanikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek:
1 Mechanikai jellemzők, amelyek főként az alacsony sűrűségben, nagy szilárdságban, nagy modulusban stb. tükröződnek. Az alumínium alacsony sűrűségű és könnyebb, mint más fémek, csak az acél 1/4-e, így alkalmas olyan területeken való használatra, ahol magasak a könnyű súlyra vonatkozó követelmények;
② Kémiai tulajdonságok tekintetében az alumíniumötvözet sűrű oxidfilmet képezhet a felületén a levegőben, így megvédi magát a mélyoxidációtól. Ezért kiváló korrózióállósággal és nagyon stabil kémiai összetétellel rendelkezik.
③Az alumíniumötvözet jó képlékenységgel rendelkezik, és különféle profilokká alakítható. Kiváló elektromos és hővezető képességgel rendelkezik, ezért széles körben használják az iparban, és felhasználása csak az acél után a második helyen áll.
Jelenleg több mint 250 különböző összetételű alumíniumötvözet létezik az iparban. A megkülönböztetés megkönnyítése érdekében Kína a különböző ötvözetösszetételek alapján nemzetközileg elfogadott négyjegyű osztályozási módszert alkalmazza, amely megkönnyíti a gyártási helyszín jelölését, a memóriát és a számítások kezelését. A hadiiparban használt alumíniumötvözetek főként alumínium-lítium ötvözeteket, 2XXX (A1-Cu-Mg) sorozatú és 7XXX sorozatú alumíniumötvözeteket tartalmaznak.
Különböző alumíniumötvözetek piaci kereslete és fejlődési trendjei
2XXX sorozatú alumíniumötvözet
A 2XXX (A1-Cu-Mg) sorozatú alumíniumötvözetek nagy szakítószilárdsággal, szívóssággal és kifáradási szilárdsággal, jó hőállósággal, feldolgozási és hegesztési tulajdonságokkal rendelkeznek, és széles körben használják a repülőgépiparban, az autóiparban és a fegyveriparban. A főbb minőségek a 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12 stb. Az ötvözetek sorozatát fejlesztették ki a szilárdság, a szívóssághoz való illesztés és a sérüléstűrés javítása érdekében, mint például a 2024, 2124, 2524, 2324 ötvözetek stb.
Kína berendezésmodelljei a könnyű súly, a hosszú élettartam, a nagy megbízhatóság és az alacsony költség irányába fejlődnek, és magas követelményeket támasztanak a törzsburkolat anyagának törési szívósságával, repedésterjedési ellenállásával és korrózióállóságával szemben. A 2024-T351 alumíniumötvözet vastag lemezre alapozva külföldi országok fejlesztettek ki 2324, 2624 és más, nagy sérüléstűrésű alumíniumötvözeteket az alsó szárnyfelülethez, különböző szilárdsággal, szívóssággal, fáradási és korrózióállósággal, és elérték a telepítést és az alkalmazást. Kína nagy sérüléstűrésű 2XXX sorozatú alumíniumötvözeteket fejleszt. A jövőben a kompozit mikroötvözetek fontos fejlesztési irányt jelentenek az Al-Cu-Mg sorozatú nagy szilárdságú alumíniumötvözetek számára.
4XXX sorozatú alumíniumötvözet
Jelenleg Kínában főként eutektikus és hipoeutektikus Al-Si ötvözeteket használnak autóipari dugattyúkhoz. A motor teljesítménykövetelményeinek folyamatos javulásával azonban nehéz teljesíteni a teljesítménykövetelményeket. A hipereutektikus Al-Si ötvözet alacsony sűrűségű, kis lineáris tágulási együtthatójú, nagyobb kopásállóságú és térfogatstabilitással rendelkezik, és ideálisabb dugattyúanyag az eutektikus Al-Si ötvözetekhez képest. A hipereutektikus Al-Si ötvözet dugattyúkat külföldön tömeggyártották, és teherautókban és személygépkocsikban alkalmazzák, például az A390 ötvözetet az Egyesült Államokban, az AC9A és AC8A (ZL109) ötvözeteket Japánban, valamint az A390 ötvözetet Ausztráliában. Jelenleg azonban kevés gyártó gyárt hipereutektikus Al-Si ötvözet dugattyút Kínában, és ezek többsége importra támaszkodik. Ezenkívül nagy a különbség az autóipari turbófeltöltő alumíniumötvözet anyagai és a külföldi országok között. A nagy teljesítményű autóipari turbófeltöltő alumíniumötvözet anyagai főként Japánra és más országokra támaszkodnak. Ezért elengedhetetlen a nagy teljesítményű dugattyúkhoz és turbófeltöltő járókerekekhez szükséges kulcsfontosságú autóipari alumíniumötvözet anyagok fejlesztése.
5XXX sorozatú alumíniumötvözetek
Az Al-Mg ötvözetek, különösen a magas Mg-tartalmú Al-Mg ötvözetek, nagy fajlagos szilárdsággal, jó hegeszthetőséggel és korrózióállósággal rendelkeznek, és rendkívül versenyképes anyagokká válnak a jövő repülőgépiparában, nagysebességű vonataiban, óceánjaiban és más területein. Jelenleg az Al-Mg ötvözetből készült lemezek, profilok és hegesztőhuzalok repülőgépiparban, vonatokban, óceánjaiban és egyéb alkalmazásokban főként importra támaszkodnak. Az Egyesült Államokban az ALCOA monopolizálja a csúcskategóriás hegesztőhuzalok piacát. Az ER5183 és ER5356 ötvözetek főként importra támaszkodnak, és az importvolumen az értékesítésük mintegy 70%-át teszi ki. A hajókhoz használt Al-Mg ötvözetek főként Oroszországból származnak. A magas Mg-tartalmú ötvözetek hagyományos tuskói jól fejlett dendritekkel, súlyos eutektikus fázisszétválással és gyenge alakítási teljesítménnyel rendelkeznek. A jelenlegi feldolgozási módszereknek továbbra is számos problémájuk van, mint például az alacsony teljesítmény, a rossz látszólagos minőség, a hosszú folyamatok, az instabil minőség és az alacsony hozam. A szubgyors megszilárdulás és formázás gátolhatja az Mg kicsapódását, ugyanakkor szabályozható finom, egyenletes tengelyirányú kristályok és nanoprecipitált fázisok előállításához, ami jelentősen javítja az anyag teljesítményét és egyenletességét. Ezért a nagy teljesítményű Al-Mg ötvözetek szubgyors megszilárdulású folyamatos reológiai extrudálási és hengerlési technológiájának fejlesztése várhatóan kielégíti a kiváló minőségű Al-Mg ötvözetek iránti igényt.
6XXX sorozatú alumíniumötvözetek
A 6XXX sorozatú alumíniumötvözetek kulcsfontosságú anyagok a vasúti közlekedés, az autóipar, az elektronika stb. területén. Az 1980-as évek óta a fejlett országok és régiók, mint például Európa, az Egyesült Államok és Japán, alumíniumötvözeteket fejlesztettek ki autókhoz, olyan regisztrált minőségeket, mint a 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 és 6082, és viszonylag komplett gyártási és alkalmazási rendszert hoztak létre autó karosszériaelemek, extrudált termékek, kovácsolt termékek stb. számára. A 6XXX sorozatú alumíniumötvözet karosszériaelemek és kovácsolt termékek iparosítási kutatása és fejlesztése Kínában most kezdődött, és egyértelmű a szakadék. A Kínai Ipari és Információtechnológiai Minisztérium a következő autóipari alumíniumötvözet lemezeket javasolta fejleszteni: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022 stb. A tipikus 6XXX sorozatú alumíniumötvözet lemez A50 nyúlása legalább 25%, r értéke legalább 0,60, 60 napos parkolási folyáshatára Rp0,2 legalább 140 N/mm2, festékkeményedési folyáshatár-növekedése pedig legalább 80 N/mm2. A különböző igényekre reagálva a 6XXX sorozatú alumíniumötvözetek tervezési, előkészítési és feldolgozási technológiájának fejlesztése elkerülhetetlen fejlődési trenddé vált.
7XXX sorozatú alumíniumötvözetek
A 7XXX sorozatú alumíniumötvözetek jó feszültségkorrózióállósággal rendelkeznek, és az alumíniumötvözetek közül a legerősebb sorozatot képviselik. Nemzetközileg elismert repülőgépipari gerincanyag. Nemrégiben külföldi országok fejlesztették ki a 7055 ötvözetet (Al8Zn-2,05Mg-2,3Cu-0,16Zr), amelynek folyáshatára meghaladja a 620 MPa-t T77511 állapotban. Boeing 777 repülőgépekben használják, és 635 kg-mal csökkenti a súlyát. Jelenleg Kínában hiányzik a szisztematikus ötvözettervezés, -előkészítés és -feldolgozás technológiája a 7XXX sorozatú alumíniumötvözetek repüléshez való felhasználására, és egyes termékek teljesen importfüggőek. A 7XXX sorozatú alumíniumötvözetek nagyméretű, sok ötvözőelemet tartalmazó tuskói, széles dermedéstartománya, nagy öntési feszültsége és az ötvözőelemek könnyű oxidációja/szétválása miatt a tuskók kohászati minősége gyenge, és a szobahőmérsékleten történő alakíthatóság alacsony, ezért nagy jelentőséggel bír az új 7XXX sorozatú alumíniumötvözetek fejlesztése.
Alumínium-lítium (Al-Li) ötvözet
Az alumínium-lítium ötvözet az utóbbi években a leggyorsabban növekvő könnyű repülőgépipari anyag. Alacsony sűrűségű, nagy rugalmassági modulusú, nagy fajlagos merevségű, jó fáradási teljesítményű és korrózióálló. A hagyományos alumíniumötvözetek lecserélése után a tömeg 10%~20%-kal csökkenthető, a merevség pedig 15%~20%-kal növelhető. A 21. század elején az amerikai ALCOA vállalat elindította az „ALCOA Aviation 20/20 tervet” azzal a céllal, hogy a repülőgépipari alumíniumötvözetek költségét és súlyát 20 éven belül 20%-kal csökkentse. A Constellium kifejlesztette a 2050-es és 2198-as alumínium-lítium ötvözeteket (Al-Cu-Li-Mg-Ag), amelyek alacsony sűrűséggel, nagy szívóssággal és magas sérüléstűréssel rendelkeznek. Kínában nagyon kevés Al-Li ötvözetminőséget fejlesztettek ki függetlenül, és csak az 1420-as ötvözetet használták. A C919-es utasszállító repülőgépben használt alumínium-lítium ötvözetet az Alcoa biztosítja. Belföldön csak korlátozott ötvözetminőségek, például 1420, 2195, 2197 és 2A97 gyárthatók, és a tuskók csak sík tuskók ((310~400)×1280×4000) mm alatt, valamint kerek tuskók φ650 mm alatt. A 60 mm-nél vastagabb és 1500 mm-nél szélesebb sík tuskók (2B16), valamint az 1500 mm-nél nagyobb átmérőjű tuskók (2B16) a csúcskategóriás repüléstechnikai alkalmazások területén még nem kerültek ipari előállításra. Ezért nagy jelentőséggel bír az új alumínium-lítium ötvözet-kialakítás, az ultranagy tuskó-előkészítés és a mélyfeldolgozási technológia fejlesztése.
Hőálló alumíniumötvözet
A hőálló alumíniumötvözetek kulcsfontosságú alapanyagok a repülőgépiparban, az autóiparban, a vasúti közlekedésben stb. Az olyan elemek szabályozásával, mint a Si, Fe, Ni, Ag és a ritkaföldfémek, az alumíniumötvözetek ellenállóvá válnak az oxidációval és a kúszással szemben magas hőmérsékleten. A hagyományos hőálló alumíniumötvözetek közé tartoznak: 2519, 2618, 2219, 2D70 stb. A repülőgépipar és az autóipar gyors fejlődésével egyre nagyobb követelményeket támasztanak a hőálló alumíniumötvözetekkel szemben. Az új generációs vadászgépek nagy utazósebességgel rendelkeznek, és a törzs burkolatának üzemi hőmérséklete meghaladja a 150°C-ot. Jelenleg a hőálló alumíniumötvözetek, például a 2618 és a 2D70 hosszú távú felhasználási hőmérséklete 150°C alatt van. Rendkívül fontos új hőálló alumíniumötvözetek fejlesztése.
Al-Sc ötvözet ultra alacsony szkandium (Sc) tartalommal
Az Al-Sc ötvözet kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, mint például a nagy szilárdság, a jó képlékenység és a korrózióállóság, és az Al-Li ötvözet után a könnyű anyagok új generációjává vált a repülőgépiparban, hajókban stb. A szkandiumnyomokat tartalmazó Al-Mg ötvözet szakítószilárdsága 30%-kal magasabb, mint az 5083 ötvözeté, a folyáshatár pedig több mint kétszerese. Hegeszthetősége összehasonlítható a hagyományos 5XXX sorozatú ötvözetekével, a hőhatásövezet és a hegesztés mechanikai tulajdonságai megközelítőleg megegyeznek a mátrix tulajdonságaival, korrózióállósága pedig összehasonlítható az 5083 ötvözetével. Az 5XXX vagy 6XXX sorozatú ötvözetek helyettesítése a repülőgépipari alkatrészek gyártásában jelentős súlycsökkentési hatást érhet el, és kiváló anyag az autók és a vasúti járművek számára is. Oroszország a világ élvonalában jár a szkandiumtartalmú alumíniumötvözetek fejlesztésében, és 0,18%~0,5% szkandiumtartalmú Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc és Al-Cu-Mg-Sc ötvözeteket állított elő. Az alumínium-szkandiumötvözetek repülőgép- és autóiparban való alkalmazásának előmozdítása érdekében a kínai Ipari és Informatikai Minisztérium a szkandiumtartalmú alumíniumötvözeteket az új, kiemelt fejlesztésű anyagok közé sorolta. Kína gazdag szkandiumforrásokban, és nagy tisztaságú szkandium-oxid kitermelő gyártósort épített, lerakva az alumínium-szkandiumötvözetek fejlesztésének alapjait.
500 MPa minőségű meleg sajtolású alumíniumötvözet autókhoz
Kínában még mindig hiány van a nagy szilárdságú alumíniumötvözetek melegsajtolásával előállított anyagok gyártásából. Az új anyagok és az új alakítási eljárások kombinációja hatékony eszköz a nagy szilárdságú alumíniumötvözetből készült autóalkatrészek alakításának problémájának megoldására. A 7XXX sorozatú ötvözetekre való összpontosítás, a 2XXX ötvözetek aktív kutatása és az 500 MPa minőségű alumíniumötvözet anyagok fejlesztése melegsajtoláshoz fontos lehetőségeket kínál az összetett alakú autóalkatrészek gyártásában.
Alumínium alapú kompozit anyagok
Alumínium-acél többrétegű kompozit lemez: Az alumínium és acél fedélzetek közötti hatékony csatlakozás a nagy hajók felépítményeinek könnyűszerkezetes építésének egyik korlátozó tényezőjévé vált. Az alumínium és acél hajótestek közötti hegesztéshez használt alumínium-acél kompozit átmeneti kötés megoldást kínál a hagyományos szegecselési eljárás helyettesítésére. A Honda kifejlesztett egy acél és alumínium illesztési technológiát, amelyet világszerte használnak majd tömeggyártású autókeretekben. Jelenleg a Kínában használt alumínium-acél kompozit kötéseket főként külföldről importálják, amelyek ára akár 4×10 5 CNY/t is lehet. A jövő nagyméretű hajóinál magasabb hegesztési hőmérsékletre, nagyobb teherbírásra és erősebb kötési felületekre van szükség az átmeneti kötésekhez, és sürgősen szükség van nagy teljesítményű alumínium-acél kötésekre.
Közzététel ideje: 2025. márc. 8.
