Aluminiul este cel mai abundent element metalic din scoarța terestră. Este metalul neferos, cu a doua cea mai mare producție și utilizare în lume după oțel. Are o densitate scăzută, aproximativ 1/3 din cea a oțelului. Deoarece aluminiul pur este moale și are o rezistență redusă, prin urmare, prin adăugarea unei cantități mici de elemente precum magneziu, cupru, zinc, siliciu și litiu la aluminiu, performanța aliajului de aluminiu este mai bună. Aliajele de aluminiu sunt cele mai utilizate materiale structurale metalice neferoase în industrie datorită proprietăților lor mecanice excelente și rezistenței la coroziune. Acestea au fost utilizate pe scară largă în construcții, industria aerospațială, industria automobilelor, fabricarea de mașini, construcții navale și industria chimică.
Aliajele de aluminiu au proprietăți excelente în mecanică și chimie:
① Aspecte mecanice, reflectate în principal în densitatea redusă, rezistența ridicată, modulul ridicat etc. Aluminiul are o densitate redusă și este mai ușor decât alte metale, având doar 1/4 din oțel, deci este potrivit pentru utilizare în domenii cu cerințe ridicate de greutate redusă;
② În ceea ce privește proprietățile chimice, deoarece aliajul de aluminiu poate forma o peliculă densă de oxid la suprafața sa în aer, acesta se poate proteja de oxidarea profundă. Prin urmare, are o rezistență excelentă la coroziune și o compoziție chimică foarte stabilă.
③Aliajul de aluminiu are o plasticitate bună și poate fi prelucrat în diverse profile. Are o conductivitate electrică și termică excelentă. Prin urmare, este utilizat pe scară largă în industrie, iar utilizarea sa este a doua după oțel.
În prezent, în industrie există peste 250 de aliaje de aluminiu cu compoziții diferite. Pentru a facilita distincția, în funcție de diferitele compoziții ale aliajelor, China adoptă metoda de clasificare a gradelor în patru cifre, acceptată la nivel internațional, pentru a facilita marcarea la fața locului de producție, memoria și gestionarea calculelor. Aliajele de aluminiu utilizate în industria militară includ în principal aliajele de aluminiu-litiu, seria 2XXX (A1-Cu-Mg) și seria 7XXX.
Cererea de piață și tendința de dezvoltare a diferitelor materiale din aliaje de aluminiu
Aliaj de aluminiu seria 2XXX
Aliajele de aluminiu din seria 2XXX (A1-Cu-Mg) au o rezistență ridicată la tracțiune, tenacitate și rezistență la oboseală, o bună rezistență la căldură, proprietăți bune de prelucrare și sudare și sunt utilizate pe scară largă în industria aerospațială, auto și de armament. Principalele clase sunt 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12 etc. Au fost dezvoltate o serie de aliaje pentru a îmbunătăți rezistența, adaptarea tenacității și toleranța la deteriorare, cum ar fi aliajele 2024, 2124, 2524, 2324 etc.
Modelele de echipamente din China se dezvoltă în direcția ușurinței, duratei de viață îndelungate, fiabilității ridicate și costului redus, având cerințe ridicate privind rezistența la fractură, rezistența la propagarea fisurilor și rezistența la coroziune a materialului de înveliș al fuselajului. Pe baza plăcii groase din aliajul de aluminiu 2024-T351, țările străine au dezvoltat aliaje de aluminiu 2324, 2624 și alte aliaje de aluminiu cu toleranță ridicată la deteriorare pentru suprafața inferioară a aripii, cu diferite rezistențe, tenacitate, rezistență la oboseală și coroziune, și au realizat instalarea și aplicarea. China dezvoltă aliaje de aluminiu din seria 2XXX cu toleranță ridicată la deteriorare. În viitor, microalierea compozită va fi o direcție importantă de dezvoltare pentru aliajele de aluminiu de înaltă rezistență din seria Al-Cu-Mg.
Aliaj de aluminiu seria 4XXX
În prezent, aliajele eutectice și hipoeutectice Al-Si sunt utilizate în principal pentru pistoanele auto din China. Cu toate acestea, odată cu îmbunătățirea continuă a cerințelor de performanță ale motorului, este dificil să se îndeplinească cerințele de performanță. Aliajul hipereutectic Al-Si are o densitate scăzută, un coeficient de dilatare liniară mic, o rezistență la uzură mai mare și o stabilitate volumică mai mare și este un material pentru piston mai ideal în comparație cu aliajele eutectice Al-Si. Pistoanele din aliajul hipereutectic Al-Si au fost produse în masă în străinătate și aplicate la camioane și mașini, cum ar fi aliajul A390 în Statele Unite, aliajele AC9A și AC8A (ZL109) în Japonia și aliajul A390 în Australia. Cu toate acestea, în prezent există puțini producători în China care produc pistoane din aliaj hipereutectic Al-Si, iar majoritatea se bazează pe importuri. În plus, există un decalaj mare între materialele din aliaj de aluminiu pentru turbocompresor auto și țările străine. Materialele din aliaj de aluminiu pentru turbocompresor auto de înaltă performanță se bazează în principal pe Japonia și alte țări. Prin urmare, este imperativ să se dezvolte materiale cheie din aliaj de aluminiu auto pentru pistoane și rotoare de turbocompresor de înaltă performanță.
Aliaje de aluminiu din seria 5XXX
Aliajele Al-Mg, în special aliajele Al-Mg cu conținut ridicat de Mg, au o rezistență specifică ridicată, o sudabilitate bună și rezistență la coroziune și vor deveni materiale extrem de competitive în industria aerospațială, trenurile de mare viteză, oceane și alte domenii din viitor. În prezent, plăcile, profilele și sârmele de sudură din aliaje Al-Mg pentru industria aerospațială, trenuri, oceane și alte aplicații se bazează în principal pe importuri. Piața sârmelor de sudură de înaltă calitate este practic monopolizată de ALCOA în Statele Unite. Aliajele ER5183 și ER5356 se bazează în principal pe importuri, iar volumul importurilor reprezintă aproximativ 70% din vânzările lor. Aliajele Al-Mg pentru nave se bazează în principal pe Rusia. Lingourile convenționale din aliaje cu conținut ridicat de Mg au dendrite bine dezvoltate, segregare severă a fazelor eutectice și performanțe slabe de formare. Metodele actuale de procesare au încă multe probleme, cum ar fi performanța scăzută, calitatea aparentă slabă, procesul lung, calitatea instabilă și randamentul scăzut. Solidificarea și formarea subrapidă pot inhiba precipitarea Mg și, în același timp, pot fi reglate pentru a obține cristale echiaxiale fine și faze nanoprecipitate, îmbunătățind considerabil performanța și uniformitatea materialului. Prin urmare, se așteaptă ca dezvoltarea tehnologiei de extrudare și laminare reologică continuă cu solidificare subrapidă pentru aliaje Al-Mg de înaltă performanță să satisfacă cererea de aliaje Al-Mg de înaltă calitate.
Aliaje de aluminiu din seria 6XXX
Materialele din aliaj de aluminiu din seria 6XXX sunt materiale cheie în domeniile transportului feroviar, automobilelor, electronicii etc. Încă din anii 1980, țări și regiuni dezvoltate precum Europa, Statele Unite și Japonia au dezvoltat aliaje de aluminiu pentru automobile, clase înregistrate precum 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 și 6082 și au format un sistem de producție și aplicare relativ complet pentru panouri de caroserie auto, extrudări, piese forjate etc. Cercetarea și dezvoltarea industrializării panourilor de caroserie și pieselor forjate din aliaj de aluminiu din seria 6XXX în China abia a început și există un decalaj evident. Ministerul Industriei și Tehnologiei Informației din China a propus ca foile din aliaj de aluminiu auto care urmează să fie dezvoltate să fie: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022 etc. Foaia tipică din aliaj de aluminiu din seria 6XXX are o alungire A50 de cel puțin 25%, o valoare r de cel puțin 0,60, o rezistență la curgere la parcare 60 d Rp0.2 de cel puțin 140 N/mm2 și un increment al rezistenței la curgere la întărire a vopselei de cel puțin 80 N/mm2. Ca răspuns la diferitele nevoi, dezvoltarea tehnologiei de proiectare, preparare și prelucrare a aliajelor de aluminiu din seria 6XXX a devenit o tendință inevitabilă de dezvoltare.
Aliaje de aluminiu din seria 7XXX
Aliajele de aluminiu din seria 7XXX au o bună rezistență la coroziune sub tensiune și sunt cele mai puternice serii dintre aliajele de aluminiu. Sunt recunoscute pe plan internațional ca materiale de bază pentru aviație. Recent, țările străine au dezvoltat aliajul 7055 (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr), a cărui tensiune de curgere depășește 620 MPa în starea T77511. Este utilizat în aeronavele Boeing 777 și reduce greutatea cu 635 kg. În prezent, China nu dispune de o tehnologie sistematică de proiectare, preparare și procesare a aliajelor din seria 7XXX pentru aviație, iar unele produse depind complet de importuri. Datorită lingourilor de aliaje de aluminiu din seria 7XXX cu numeroase elemente de aliaj, gamei largi de solidificare, tensiunii mari de turnare și oxidării/separării ușoare a elementelor de aliaj, calitatea metalurgică a lingourilor este slabă, iar performanța de formare la temperatura camerei este scăzută, fiind de mare importanță dezvoltarea de noi aliaje de aluminiu din seria 7XXX.
Aliaj de aluminiu-litiu (Al-Li)
Aliajul de aluminiu-litiu este materialul ușor cu cea mai rapidă creștere în ultimii ani în domeniul materialelor pentru aviație. Are caracteristici precum densitate redusă, modul de elasticitate ridicat, rigiditate specifică ridicată, performanțe bune la oboseală și rezistență la coroziune. După înlocuirea aliajelor de aluminiu convenționale, masa poate fi redusă cu 10%~20%, iar rigiditatea poate fi crescută cu 15%~20%. La începutul secolului XXI, compania americană ALCOA a lansat „Planul ALCOA Aviation 20/20”, cu scopul de a reduce costul și greutatea aliajelor de aluminiu pentru aviație cu câte 20% fiecare în termen de 20 de ani. Constellium a dezvoltat aliajele de aluminiu-litiu 2050 și 2198 (Al-Cu-Li-Mg-Ag) cu densitate redusă, tenacitate ridicată și toleranță ridicată la deteriorare. Există foarte puține clase de aliaje Al-Li dezvoltate independent în China, fiind utilizat doar aliajul 1420. Aliajul de aluminiu-litiu utilizat în aeronava de pasageri C919 este furnizat de Alcoa. Pe plan intern, se pot produce doar clase limitate de aliaje, cum ar fi 1420, 2195, 2197 și 2A97, iar lingourile sunt doar lingouri plate sub ((310~400)×1280×4000) mm și lingouri rotunde sub φ650 mm. Lingourile plate (2B16) cu o grosime mai mare de 60 mm și o lățime mai mare de 1500 mm și lingourile (2B16) cu un diametru mai mare de 1500 mm în domeniul aplicațiilor aeronautice de înaltă performanță nu au fost încă produse industrial. Prin urmare, este de mare importanță dezvoltarea unui nou design al aliajelor de aluminiu-litiu, a unei tehnologii de preparare a lingourilor ultra-mare și a unei tehnologii de procesare profundă.
Aliaj de aluminiu rezistent la căldură
Aliajele de aluminiu rezistente la căldură sunt materiale de bază cheie în domeniile aerospațial, automobilelor, transportului feroviar etc., prin reglarea elementelor precum Si, Fe, Ni, Ag și pământuri rare pentru a face aliajele de aluminiu rezistente la oxidare și fluaj la temperaturi ridicate. Aliajele tradiționale de aluminiu rezistente la căldură includ: 2519, 2618, 2219, 2D70 etc. Odată cu dezvoltarea rapidă a industriilor aerospațială și automobilistică, se impun cerințe mai mari pentru aliajele de aluminiu rezistente la căldură. Noua generație de avioane de vânătoare are o viteză de croazieră mare, iar temperatura de funcționare a învelișului fuselajului este peste 150°C. În prezent, temperatura de utilizare pe termen lung a aliajelor de aluminiu rezistente la căldură, cum ar fi 2618 și 2D70, este sub 150°C. Este imperativ să se dezvolte noi aliaje de aluminiu rezistente la căldură.
Aliaj Al-Sc cu conținut ultra-scăzut de scandiu (Sc)
Aliajul Al-Sc are proprietăți excelente, cum ar fi rezistență ridicată, plasticitate bună și rezistență la coroziune, devenind o nouă generație de materiale ușoare pentru industria aerospațială, nave etc. după aliajul Al-Li. Rezistența la tracțiune a aliajului Al-Mg care conține urme de scandiu este cu 30% mai mare decât cea a aliajului 5083, iar rezistența la curgere este mai mult decât dublată. Sudabilitatea sa este comparabilă cu cea a aliajelor convenționale din seria 5XXX, proprietățile mecanice ale zonei afectate termic și ale sudurii sunt aproximativ egale cu cele ale matricei, iar rezistența sa la coroziune este comparabilă cu cea a aliajului 5083. Înlocuirea aliajelor din seria 5XXX sau 6XXX în fabricarea componentelor aerospațiale poate obține efecte semnificative de reducere a greutății și este, de asemenea, un material superior pentru automobile și vehicule feroviare. Rusia se află în avangarda mondială în dezvoltarea aliajelor de aluminiu care conțin scandiu și a format aliaje Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc și Al-Cu-Mg-Sc cu un conținut de scandiu de 0,18%~0,5%. Pentru a promova aplicarea aliajelor de aluminiu-scandiu în industria aerospațială și automobilistică, Ministerul Industriei și Tehnologiei Informației din China a inclus aliajele de aluminiu care conțin scandiu printre noile materiale pentru dezvoltare prioritară. China este bogată în resurse de scandiu și a construit o linie de producție de extracție a oxidului de scandiu de înaltă puritate, punând bazele dezvoltării aliajelor de aluminiu-scandiu.
Aliaj de aluminiu de ștanțare la cald de calitate 500 MPa pentru automobile
În China există încă un deficit de materiale din aliaje de aluminiu de înaltă rezistență pentru ștanțare la cald. Combinarea de materiale noi și dezvoltarea de noi procese de formare este o modalitate eficientă de a rezolva problema formării pieselor auto din aliaje de aluminiu de înaltă rezistență. Concentrarea pe aliajele din seria 7XXX, explorarea activă a aliajelor 2XXX și dezvoltarea de materiale din aliaje de aluminiu de calitate 500 MPa pentru ștanțare la cald oferă perspective importante pentru fabricarea de piese auto cu forme complexe.
Materiale compozite pe bază de aluminiu
Placă compozită multistrat aluminiu-oțel: Conexiunea eficientă dintre punțile din aluminiu și cele din oțel a devenit una dintre constrângerile pentru reducerea greutății suprastructurilor navelor mari. Îmbinarea de tranziție compozită aluminiu-oțel utilizată pentru sudarea dintre carenele din aluminiu și oțel oferă o soluție pentru a înlocui procesul tradițional de nituire. Honda a dezvoltat o tehnologie de îmbinare din oțel și aluminiu care va fi utilizată la nivel global în cadrul șasiurilor auto produse în serie. În prezent, îmbinările compozite aluminiu-oțel utilizate în China sunt importate în principal din străinătate, cu un preț de până la 4×10⁵ CNY/t. Odată cu viitoarele nave de mari dimensiuni, sunt necesare temperaturi de sudare mai ridicate, solicitări de lagăr mai mari și interfețe de lipire mai puternice pentru îmbinările de tranziție, fiind nevoie urgentă de îmbinări aluminiu-oțel de înaltă performanță.
Data publicării: 08 martie 2025
