Aluminium er det mest udbredte metalelement i jordskorpen. Det er det ikke-jernholdige metal med den næststørste produktion og anvendelse i verden efter stål. Det har en lav densitet, omkring 1/3 af stål. Da rent aluminium er blødt og har lav styrke, kan man forbedre ydeevnen af aluminiumlegeringer ved at tilsætte en lille mængde elementer som magnesium, kobber, zink, silicium og lithium til aluminium. Aluminiumlegeringer er de mest anvendte ikke-jernholdige metalstrukturmaterialer i industrien på grund af deres fremragende mekaniske egenskaber og korrosionsbestandighed. De har været meget anvendt inden for byggeri, luftfart, bilindustrien, maskinfremstilling, skibsbygning og kemisk industri.
Aluminiumlegeringer har fremragende egenskaber inden for mekanik og kemi:
① Mekaniske aspekter, primært afspejlet i lav densitet, høj styrke, højt modul osv. Aluminium har en lav densitet og er lettere end andre metaller, kun 1/4 af stål, så det er velegnet til brug i områder med høje krav til letvægt;
② Med hensyn til kemiske egenskaber, da aluminiumlegering kan danne en tæt oxidfilm på sin overflade i luften, kan den beskytte sig selv mod dyb oxidation. Derfor har den fremragende korrosionsbestandighed og en meget stabil kemisk sammensætning.
③Aluminiumlegering har god plasticitet og kan forarbejdes til forskellige profiler. Den har fremragende elektrisk og termisk ledningsevne. Derfor er den meget udbredt i industrien, og dens anvendelse er kun overgået af stål.
I øjeblikket findes der mere end 250 aluminiumlegeringer med forskellige sammensætninger i branchen. For at lette sondringen i henhold til de forskellige legeringssammensætninger, anvender Kina den internationalt accepterede firecifrede kvalitetsklassificeringsmetode for at lette mærkning af produktionssteder, hukommelse og beregningsstyring. De aluminiumlegeringer, der anvendes i militærindustrien, omfatter primært aluminium-lithiumlegeringer, 2XXX (A1-Cu-Mg)-serien og 7XXX-serien af aluminiumlegeringer.
Markedsefterspørgsel og udviklingstendens for forskellige aluminiumslegeringsmaterialer
2XXX-serien aluminiumslegering
2XXX (A1-Cu-Mg) serie aluminiumlegeringer har høj trækstyrke, sejhed og udmattelsesstyrke, god varmebestandighed, forarbejdnings- og svejseegenskaber og anvendes i vid udstrækning inden for luftfart, bilindustrien og våbenindustrien. De vigtigste kvaliteter er 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12 osv. En række legeringer er blevet udviklet for at forbedre styrke, sejhedstilpasning og skadestolerance, såsom 2024, 2124, 2524, 2324 legeringer osv.
Kinas udstyrsmodeller udvikler sig i retning af letvægt, lang levetid, høj pålidelighed og lave omkostninger, og de stiller høje krav til brudstyrke, revneudbredelsesmodstand og korrosionsbestandighed i flykroppens materiale. Baseret på den tykke plade af aluminiumlegering 2024-T351 har udenlandske lande udviklet 2324, 2624 og andre aluminiumlegeringer med høj skadestolerance til den nedre vingeoverflade med forskellig styrke, sejhed, trætheds- og korrosionsbestandighed, og har opnået installation og anvendelse. Kina udvikler 2XXX-seriens aluminiumlegeringer med høj skadestolerance. I fremtiden vil kompositmikrolegering være en vigtig udviklingsretning for Al-Cu-Mg-seriens højstyrkealuminiumlegeringer.
4XXX-serien aluminiumslegering
I øjeblikket anvendes eutektiske og hypoeutektiske Al-Si-legeringer hovedsageligt til bilstempler i Kina. Men med den løbende forbedring af motorens ydeevnekrav er det vanskeligt at opfylde ydeevnekravene. Hypereutektisk Al-Si-legering har lav densitet, lille lineær udvidelseskoefficient, højere slidstyrke og volumenstabilitet og er et mere ideelt stempelmateriale sammenlignet med eutektiske Al-Si-legeringer. Hypereutektiske Al-Si-legeringsstempler er blevet masseproduceret i udlandet og anvendt på lastbiler og biler, såsom A390-legering i USA, AC9A- og AC8A (ZL109)-legeringer i Japan og A390-legering i Australien. Der er dog i øjeblikket få producenter i Kina, der producerer hypereutektiske Al-Si-legeringsstempler, og de fleste af dem er afhængige af import. Derudover er der en stor forskel mellem aluminiumlegeringsmaterialer til bilturbolader og udlandet. Højtydende aluminiumlegeringsmaterialer til bilturbolader er hovedsageligt afhængige af Japan og andre lande. Derfor er det bydende nødvendigt at udvikle vigtige materialer til aluminiumlegeringer til biler til højtydende stempler og turboladere.
5XXX-serien af aluminiumlegeringer
Al-Mg-legeringer, især Al-Mg-legeringer med højt Mg-indhold, har høj specifik styrke, god svejsbarhed og korrosionsbestandighed og vil blive yderst konkurrencedygtige materialer i fremtidens luftfarts-, højhastighedstog-, ocean- og andre områder. I øjeblikket er Al-Mg-legeringsplader, profiler og svejsetråde til luftfart, tog, oceaner og andre anvendelser primært afhængige af import. Markedet for high-end svejsetråd er stort set monopoliseret af ALCOA i USA. ER5183- og ER5356-legeringerne er primært afhængige af import, og importmængden tegner sig for omkring 70% af deres salg. Al-Mg-legeringer til skibe er primært afhængige af Rusland. Konventionelle ingots af legeringer med højt Mg-indhold har veludviklede dendritter, alvorlig eutektisk faseadskillelse og dårlig formningsevne. De nuværende forarbejdningsmetoder har stadig mange problemer, såsom lav ydeevne, dårlig synskvalitet, lang proces, ustabil kvalitet og lavt udbytte. Subhurtig størkning og dannelse kan hæmme udfældningen af Mg, og samtidig kan den reguleres for at opnå fine ligeaksede krystaller og nanoudfældede faser, hvilket forbedrer materialets ydeevne og ensartethed betydeligt. Derfor forventes udviklingen af subhurtig størkning, kontinuerlig reologisk ekstrudering og valsningsteknologi til højtydende Al-Mg-legeringer at imødekomme efterspørgslen efter Al-Mg-legeringer af høj kvalitet.
6XXX-serien af aluminiumlegeringer
6XXX-serien af aluminiumlegeringsmaterialer er nøglematerialer inden for jernbanetransport, biler, elektronik osv. Siden 1980'erne har udviklede lande og regioner som Europa, USA og Japan udviklet aluminiumlegeringer til biler, registrerede kvaliteter som 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 og 6082, og dannet et relativt komplet produktions- og anvendelsessystem til bilpaneler, ekstrudering, smedegods osv. Industrialiseringsforskningen og -udviklingen af 6XXX-serien af aluminiumlegeringspaneler og smedegods i Kina er lige begyndt, og der er et tydeligt hul. Kinas ministerium for industri og informationsteknologi har foreslået, at de aluminiumlegeringsplader til biler, der skal udvikles, er: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022 osv. Den typiske aluminiumlegeringsplade i 6XXX-serien har en forlængelse A50 på ikke mindre end 25%, en r-værdi på ikke mindre end 0,60, en 60 d parkeringsflydespænding Rp0,2 på ikke mindre end 140 N/mm2 og en stigning i lakhærdningsflydespænding på ikke mindre end 80 N/mm2. Som svar på forskellige behov er udviklingen af design-, fremstillings- og forarbejdningsteknologi for 6XXX-serien af aluminiumlegeringer blevet en uundgåelig udviklingstendens.
7XXX-serien af aluminiumlegeringer
7XXX-serien af aluminiumlegeringer har god spændingskorrosionsbestandighed og er den stærkeste serie blandt aluminiumlegeringer. De er internationalt anerkendt som rygradsmaterialer til luftfart. For nylig har udenlandske lande udviklet 7055-legeringen (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr), hvis flydespænding overstiger 620 MPa i T77511-tilstanden. Den bruges i Boeing 777-fly og reducerer vægten med 635 kg. I øjeblikket mangler Kina systematisk legeringsdesign, forberedelse og forarbejdningsteknologi til 7XXX-serien af aluminiumlegeringer til luftfart, og nogle produkter er fuldstændig afhængige af import. På grund af de store ingots af 7XXX-serien af aluminiumlegeringer med mange legeringselementer, bredt størkningsområde, stor støbespænding og nem oxidation/segregering af legeringselementer, er den metallurgiske kvalitet af ingots dårlig, og formningsevnen ved stuetemperatur er lav, så det er af stor betydning at udvikle nye 7XXX-serien af aluminiumlegeringer.
Aluminium-lithium (Al-Li) legering
Aluminium-lithium-legering er det hurtigst voksende letvægtsmateriale inden for luftfartsmaterialer i de senere år. Det har karakteristika som lav densitet, højt elasticitetsmodul, høj specifik stivhed, god udmattelsesevne og korrosionsbestandighed. Efter at have erstattet konventionelle aluminiumlegeringer kan massen reduceres med 10%~20%, og stivheden kan øges med 15%~20%. I begyndelsen af det 21. århundrede lancerede det amerikanske firma ALCOA "ALCOA Aviation 20/20 Plan" med det mål at reducere omkostningerne og vægten af aluminiumlegeringer til luftfart med 20% inden for 20 år. Constellium har udviklet aluminium-lithium-legeringer i 2050 og 2198 (Al-Cu-Li-Mg-Ag) med lav densitet, høj sejhed og høj skadestolerance. Der er meget få Al-Li-legeringskvaliteter, der er uafhængigt udviklet i Kina, og kun 1420-legeringen er blevet brugt. Aluminium-lithium-legeringen, der bruges i passagerflyet C919, leveres af Alcoa. Indenlandsk kan kun begrænsede legeringskvaliteter som 1420, 2195, 2197 og 2A97 produceres, og ingots er kun flade ingots under ((310~400)×1280×4000) mm og runde ingots under φ650 mm. Flade ingots (2B16) med en tykkelse på mere end 60 mm og en bredde på mere end 1500 mm, og ingots (2B16) med en diameter på mere end 1500 mm inden for avancerede luftfartsapplikationer er endnu ikke blevet industrielt produceret. Derfor er det af stor betydning at udvikle nye aluminium-lithium-legeringsdesign, fremstilling af ultrastore ingots og dybdegående bearbejdningsteknologi.
Varmebestandig aluminiumslegering
Varmebestandige aluminiumlegeringer er vigtige basismaterialer inden for luftfart, biler, jernbanetransport osv. ved at regulere elementer som Si, Fe, Ni, Ag og sjældne jordarter for at gøre aluminiumlegeringer modstandsdygtige over for oxidation og krybning ved høje temperaturer. Traditionelle varmebestandige aluminiumlegeringer omfatter: 2519, 2618, 2219, 2D70 osv. Med den hurtige udvikling af luftfarts- og bilindustrien stilles der højere krav til varmebestandige aluminiumlegeringer. Den nye generation af jagerfly har en høj marchhastighed, og driftstemperaturen for flykroppens overflade er over 150°C. I øjeblikket er den langvarige brugstemperatur for varmebestandige aluminiumlegeringer som 2618 og 2D70 under 150°C. Det er bydende nødvendigt at udvikle nye varmebestandige aluminiumlegeringer.
Al-Sc-legering med ultralavt scandium (Sc) indhold
Al-Sc-legering har fremragende egenskaber såsom høj styrke, god plasticitet og korrosionsbestandighed og er blevet en ny generation af letvægtsmaterialer til luftfart, skibe osv. efter Al-Li-legering. Trækstyrken for Al-Mg-legering, der indeholder spormængder af scandium, er 30 % højere end for 5083-legering, og flydespændingen er mere end fordoblet. Dens svejsbarhed er sammenlignelig med konventionelle 5XXX-serielegeringer, de mekaniske egenskaber i den varmepåvirkede zone og svejsningen er omtrent lig med matrixens, og dens korrosionsbestandighed er sammenlignelig med 5083-legering. Udskiftning af 5XXX- eller 6XXX-serielegeringer i fremstillingen af luftfartskomponenter kan opnå betydelige vægtreduktionseffekter, og det er også et overlegent materiale til biler og jernbanekøretøjer. Rusland er i verdens førende position inden for udvikling af scandiumholdige aluminiumlegeringer og har dannet Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc og Al-Cu-Mg-Sc legeringer med et scandiumindhold på 0,18%~0,5%. For at fremme anvendelsen af aluminium-scandium legeringer i luftfart og biler har Kinas ministerium for industri og informationsteknologi opført scandiumholdige aluminiumlegeringer som et af de nye materialer til prioriteret udvikling. Kina er rigt på scandiumressourcer og har bygget en produktionslinje til ekstraktion af scandiumoxid med høj renhed, hvilket har lagt grundlaget for udviklingen af aluminium-scandium legeringer.
500 MPa varmpræget aluminiumlegering til biler
Der er stadig et tomrum inden for varmpresning af højstyrkealuminiumlegeringsmaterialer i Kina. Kombinationen af nye materialer og udvikling af nye formgivningsprocesser er et effektivt middel til at løse problemet med formning af bildele til biler med højstyrkealuminiumlegering. Fokus på 7XXX-serielegeringer, aktiv udforskning af 2XXX-legeringer og udvikling af 500 MPa-aluminiumlegeringsmaterialer til varmpresning har vigtige perspektiver for fremstilling af kompleksformede bildele.
Aluminiumbaserede kompositmaterialer
Flerlags kompositplade af aluminium-stål: Den effektive forbindelse mellem aluminium- og ståldæk er blevet en af begrænsningerne for letvægtsfremstilling af overbygninger på store skibe. Overgangsfugen af aluminium-stål-komposit, der anvendes til svejsning mellem aluminium- og stålskrog, giver en løsning, der erstatter den traditionelle nitteproces. Honda har udviklet en stål- og aluminiumsforbindelsesteknologi, der vil blive brugt globalt i masseproducerede bilrammer. I øjeblikket importeres de aluminium-stål-kompositfuger, der anvendes i Kina, hovedsageligt fra udlandet med en pris på helt op til 4×105 CNY/t. Med fremtidens store skibe kræves der højere svejsetemperaturer, større lejespænding og stærkere bindingsflader til overgangsfuger, og der er et presserende behov for højtydende aluminium-stål-fuger.
Opslagstidspunkt: 8. marts 2025
