Alumīnijs ir visizplatītākais metāla elements Zemes garozā. Tas ir krāsainais metāls ar otro lielāko ieguvi un izmantošanu pasaulē pēc tērauda. Tam ir zems blīvums, aptuveni 1/3 no tērauda blīvuma. Tā kā tīrs alumīnijs ir mīksts un tam ir zema izturība, pievienojot alumīnijam nelielu daudzumu elementu, piemēram, magniju, varu, cinku, silīciju un litiju, alumīnija sakausējuma veiktspēja ir labāka. Alumīnija sakausējumi ir visplašāk izmantotie krāsaino metālu konstrukciju materiāli rūpniecībā, pateicoties to lieliskajām mehāniskajām īpašībām un izturībai pret koroziju. Tie ir plaši izmantoti būvniecībā, kosmosa, automobiļu, mašīnbūves, kuģu būves un ķīmiskajā rūpniecībā.
Alumīnija sakausējumiem ir lieliskas īpašības mehānikā un ķīmijā:
1. Mehāniskie aspekti, galvenokārt atspoguļojas zemā blīvumā, augstā stiprībā, augstā modulī utt. Alumīnijam ir zems blīvums un tas ir vieglāks nekā citi metāli, tikai 1/4 no tērauda, tāpēc tas ir piemērots izmantošanai jomās ar augstām viegla svara prasībām;
② Runājot par ķīmiskajām īpašībām, alumīnija sakausējums gaisā var veidot blīvu oksīda plēvi uz virsmas, tāpēc tas var pasargāt sevi no dziļas oksidēšanās. Tāpēc tam ir lieliska izturība pret koroziju un ļoti stabils ķīmiskais sastāvs.
③Alumīnija sakausējumam ir laba plastiskums un to var apstrādāt dažādos profilos. Tam ir lieliska elektriskā un siltumvadītspēja. Tāpēc to plaši izmanto rūpniecībā, un tā pielietojums ir otrajā vietā aiz tērauda.
Pašlaik nozarē ir vairāk nekā 250 alumīnija sakausējumu ar dažādu sastāvu. Lai atvieglotu atšķiršanu atbilstoši dažādajiem sakausējumu sastāviem, Ķīna pieņem starptautiski atzītu četrciparu klasifikācijas metodi, lai atvieglotu ražošanas vietas marķēšanu, atmiņas un aprēķinu pārvaldību. Militārajā rūpniecībā izmantotie alumīnija sakausējumi galvenokārt ietver alumīnija-litija sakausējumus, 2XXX (A1-Cu-Mg) sērijas un 7XXX sērijas alumīnija sakausējumus.
Dažādu alumīnija sakausējumu materiālu tirgus pieprasījums un attīstības tendences
2XXX sērijas alumīnija sakausējums
2XXX (A1-Cu-Mg) sērijas alumīnija sakausējumiem ir augsta stiepes izturība, sīkstums un noguruma izturība, laba karstumizturība, apstrādes un metināšanas īpašības, un tos plaši izmanto kosmosa, autobūves un ieroču rūpniecībā. Galvenās markas ir 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12 utt. Ir izstrādāta virkne sakausējumu, lai uzlabotu izturību, sīkstuma atbilstību un bojājumu toleranci, piemēram, 2024, 2124, 2524, 2324 sakausējumi utt.
Ķīnas iekārtu modeļi attīstās viegla svara, ilga kalpošanas laika, augstas uzticamības un zemas izmaksas virzienā, un tiem ir augstas prasības attiecībā uz fizelāžas apvalka materiāla izturību pret lūzumiem, plaisu izplatīšanos un korozijas izturību. Balstoties uz 2024-T351 alumīnija sakausējuma biezo plāksni, ārvalstis ir izstrādājušas 2324, 2624 un citus augstas bojājumu tolerances alumīnija sakausējumus spārna apakšējai virsmai ar atšķirīgu izturību, izturību, noguruma un korozijas izturību, un ir sasniegušas uzstādīšanu un pielietošanu. Ķīna izstrādā augstas bojājumu tolerances 2XXX sērijas alumīnija sakausējumus. Nākotnē kompozītmateriālu mikrosakausēšana būs svarīgs Al-Cu-Mg sērijas augstas stiprības alumīnija sakausējumu attīstības virziens.
4XXX sērijas alumīnija sakausējums
Pašlaik Ķīnā automobiļu virzuļiem galvenokārt izmanto eitektiskos un hipoeitektiskos Al-Si sakausējumus. Tomēr, nepārtraukti uzlabojoties dzinēju veiktspējas prasībām, ir grūti izpildīt veiktspējas prasības. Hipereitektiskajam Al-Si sakausējumam ir zems blīvums, mazs lineārās izplešanās koeficients, augstāka nodilumizturība un tilpuma stabilitāte, un tas ir ideālāks virzuļu materiāls salīdzinājumā ar eitektiskajiem Al-Si sakausējumiem. Hipereitektiskie Al-Si sakausējuma virzuļi ir masveidā ražoti ārzemēs un izmantoti kravas automašīnās un vieglajās automašīnās, piemēram, A390 sakausējums Amerikas Savienotajās Valstīs, AC9A un AC8A (ZL109) sakausējumi Japānā un A390 sakausējums Austrālijā. Tomēr pašlaik Ķīnā ir maz ražotāju, kas ražo hipereitektiskos Al-Si sakausējuma virzuļus, un lielākā daļa no tiem ir atkarīgi no importa. Turklāt pastāv liela atšķirība starp automobiļu turbokompresoru alumīnija sakausējuma materiāliem un ārvalstīm. Augstas veiktspējas automobiļu turbokompresoru alumīnija sakausējuma materiāli galvenokārt ir atkarīgi no Japānas un citām valstīm. Tāpēc ir obligāti jāizstrādā galvenie automobiļu alumīnija sakausējuma materiāli augstas veiktspējas virzuļiem un turbokompresoru lāpstiņriteņiem.
5XXX sērijas alumīnija sakausējumi
Al-Mg sakausējumiem, īpaši Al-Mg sakausējumiem ar augstu Mg saturu, ir augsta īpatnējā izturība, laba metināmība un izturība pret koroziju, un tie kļūs par ļoti konkurētspējīgiem materiāliem nākotnes aviācijas un kosmosa, ātrgaitas vilcienu, okeānu un citās jomās. Pašlaik Al-Mg sakausējumu plāksnes, profili un metināšanas stieples aviācijas un kosmosa, vilcienu, okeānu un citu lietojumu vajadzībām galvenokārt ir atkarīgas no importa. Augstas klases metināšanas stiepļu tirgu Amerikas Savienotajās Valstīs būtībā monopolizē ALCOA. ER5183 un ER5356 sakausējumi galvenokārt ir atkarīgi no importa, un importa apjoms veido aptuveni 70% no to pārdošanas apjoma. Al-Mg sakausējumi kuģiem galvenokārt ir atkarīgi no Krievijas. Parastajiem sakausējumu lietņiem ar augstu Mg saturu ir labi attīstīti dendrīti, izteikta eitektiskās fāzes segregācija un slikta formēšanas veiktspēja. Pašreizējām apstrādes metodēm joprojām ir daudz problēmu, piemēram, zema veiktspēja, slikta redzamā kvalitāte, ilgs process, nestabila kvalitāte un zema raža. Zemātruma sacietēšana un formēšana var kavēt Mg nogulsnēšanos, un vienlaikus to var regulēt, lai iegūtu smalkus, vienāda lieluma kristālus un nano-nogulsnētas fāzes, ievērojami uzlabojot materiāla veiktspēju un vienmērīgumu. Tāpēc paredzams, ka augstas veiktspējas Al-Mg sakausējumu nepārtrauktas reoloģiskās ekstrūzijas un velmēšanas tehnoloģijas izstrāde zemātruma sacietēšanai apmierinās pieprasījumu pēc augstas kvalitātes Al-Mg sakausējumiem.
6XXX sērijas alumīnija sakausējumi
6XXX sērijas alumīnija sakausējuma materiāli ir galvenie materiāli dzelzceļa transporta, automobiļu, elektronikas u.c. jomā. Kopš 20. gadsimta 80. gadiem attīstītās valstis un reģioni, piemēram, Eiropa, Amerikas Savienotās Valstis un Japāna, ir izstrādājuši alumīnija sakausējumus automašīnām, reģistrētas markas, piemēram, 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 un 6082, un izveidojuši relatīvi pilnīgu ražošanas un pielietošanas sistēmu automobiļu virsbūves paneļiem, ekstrūzijām, kalumiem utt. Ķīnā 6XXX sērijas alumīnija sakausējuma virsbūves paneļu un kalumu industrializācijas pētījumi un izstrāde ir tikko sākusies, un pastāv skaidra plaisa. Ķīnas Rūpniecības un informācijas tehnoloģiju ministrija ir ierosinājusi izstrādāt šādus automobiļu alumīnija sakausējumu loksnes: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022 utt. Tipiskām 6XXX sērijas alumīnija sakausējuma loksnēm ir pagarinājums A50 ne mazāks par 25%, r vērtība ne mazāka par 0,60, 60 dienu stāvēšanas tecēšanas robeža Rp0,2 ne mazāka par 140 N/mm2 un krāsas sacietēšanas tecēšanas robežas pieaugums ne mazāks par 80 N/mm2. Reaģējot uz dažādām vajadzībām, 6XXX sērijas alumīnija sakausējumu projektēšanas, sagatavošanas un apstrādes tehnoloģiju attīstība ir kļuvusi par neizbēgamu attīstības tendenci.
7XXX sērijas alumīnija sakausējumi
7XXX sērijas alumīnija sakausējumiem ir laba izturība pret sprieguma koroziju, un tie ir visizturīgākie alumīnija sakausējumi. Tie ir starptautiski atzīti par aviācijas pamatmateriāliem. Nesen ārvalstis ir izstrādājušas 7055 sakausējumu (Al8Zn-2,05Mg-2,3Cu-0,16Zr), kura tecēšanas robeža T77511 stāvoklī pārsniedz 620 MPa. To izmanto Boeing 777 lidmašīnās un tas samazina svaru par 635 kg. Pašlaik Ķīnā trūkst sistemātiskas sakausējumu projektēšanas, sagatavošanas un apstrādes tehnoloģijas 7XXX sērijas alumīnija sakausējumiem aviācijai, un daži produkti ir pilnībā atkarīgi no importa. Sakarā ar liela mēroga 7XXX sērijas alumīnija sakausējumu lietņiem ar daudziem sakausējuma elementiem, plašu sacietēšanas diapazonu, lielu liešanas spriegumu un vieglu sakausējuma elementu oksidēšanos/atdalīšanos, lietņu metalurģiskā kvalitāte ir slikta un formēšanas veiktspēja istabas temperatūrā ir zema, tāpēc ir ļoti svarīgi izstrādāt jaunus 7XXX sērijas alumīnija sakausējumus.
Alumīnija-litija (Al-Li) sakausējums
Alumīnija-litija sakausējums pēdējos gados ir visstraujāk augošais vieglais materiāls aviācijas materiālos. Tam piemīt zema blīvuma, augsta elastības moduļa, augstas īpatnējās stingrības, labas noguruma īpašības un izturība pret koroziju. Pēc tradicionālo alumīnija sakausējumu aizstāšanas masu var samazināt par 10–20 %, bet stingrību var palielināt par 15–20 %. 21. gadsimta sākumā amerikāņu uzņēmums ALCOA uzsāka “ALCOA Aviation 20/20 plānu” ar mērķi 20 gadu laikā samazināt aviācijas alumīnija sakausējumu izmaksas un svaru par 20 %. Constellium ir izstrādājis 2050. un 2198. pakāpes alumīnija-litija sakausējumus (Al-Cu-Li-Mg-Ag) ar zemu blīvumu, augstu izturību un augstu bojājumu toleranci. Ķīnā ir ļoti maz neatkarīgi izstrādātu Al-Li sakausējumu marku, un ir izmantots tikai 1420. pakāpes sakausējums. C919 pasažieru lidmašīnā izmantoto alumīnija-litija sakausējumu piegādā Alcoa. Vietējā tirgū var ražot tikai ierobežotas sakausējumu markas, piemēram, 1420, 2195, 2197 un 2A97, un lietņi ir tikai plakani lietņi, kuru izmērs ir mazāks par ((310~400)×1280×4000) mm, un apaļi lietņi, kuru izmērs ir mazāks par φ650 mm. Plakanie lietņi (2B16) ar biezumu virs 60 mm un platumu virs 1500 mm, kā arī lietņi (2B16) ar diametru virs 1500 mm augstas klases aviācijas lietojumprogrammu jomā vēl nav rūpnieciski ražoti. Tāpēc ir ļoti svarīgi izstrādāt jaunu alumīnija-litija sakausējumu dizainu, īpaši lielu lietņu sagatavošanas un dziļās apstrādes tehnoloģijas.
Karstumizturīgs alumīnija sakausējums
Karstumizturīgi alumīnija sakausējumi ir galvenie pamatmateriāli kosmosa, automobiļu, dzelzceļa transporta u.c. jomās, regulējot tādus elementus kā Si, Fe, Ni, Ag un retzemju metālus, lai padarītu alumīnija sakausējumus izturīgus pret oksidēšanos un šļūdi augstās temperatūrās. Tradicionālie karstumizturīgie alumīnija sakausējumi ir: 2519, 2618, 2219, 2D70 utt. Līdz ar straujo kosmosa un automobiļu rūpniecības attīstību karstumizturīgiem alumīnija sakausējumiem tiek izvirzītas augstākas prasības. Jaunās paaudzes iznīcinātājiem ir liels kruīza ātrums, un fizelāžas apvalka darba temperatūra ir virs 150°C. Pašlaik karstumizturīgu alumīnija sakausējumu, piemēram, 2618 un 2D70, ilgtermiņa lietošanas temperatūra ir zem 150°C. Ir obligāti jāizstrādā jauni karstumizturīgi alumīnija sakausējumi.
Al-Sc sakausējums ar īpaši zemu skandija (Sc) saturu
Al-Sc sakausējumam piemīt izcilas īpašības, piemēram, augsta izturība, laba plastiskums un izturība pret koroziju, un tas ir kļuvis par jaunas paaudzes vieglmetāla materiālu aviācijai, kuģiem utt. pēc Al-Li sakausējuma. Al-Mg sakausējuma, kas satur nelielu daudzumu skandija, stiepes izturība ir par 30% augstāka nekā 5083 sakausējumam, un tecēšanas robeža ir vairāk nekā divas reizes lielāka. Tā metināmība ir salīdzināma ar parastajiem 5XXX sērijas sakausējumiem, termiski ietekmētās zonas un metinājuma mehāniskās īpašības ir aptuveni vienādas ar matricas īpašībām, un tā korozijas izturība ir salīdzināma ar 5083 sakausējuma izturību. 5XXX vai 6XXX sērijas sakausējumu aizstāšana aviācijas un kosmosa detaļu ražošanā var panākt ievērojamu svara samazināšanas efektu, un tas ir arī pārāks materiāls automašīnām un dzelzceļa transportlīdzekļiem. Krievija ir pasaules avangardā skandiju saturošu alumīnija sakausējumu izstrādē un ir izveidojusi Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc un Al-Cu-Mg-Sc sakausējumus ar skandija saturu 0,18% ~ 0,5%. Lai veicinātu alumīnija-skandija sakausējumu izmantošanu kosmosa un automobiļu rūpniecībā, Ķīnas Rūpniecības un informācijas tehnoloģiju ministrija ir iekļāvusi skandiju saturošus alumīnija sakausējumus prioritāri attīstāmo jauno materiālu sarakstā. Ķīna ir bagāta ar skandija resursiem un ir uzbūvējusi augstas tīrības pakāpes skandija oksīda ieguves ražošanas līniju, liekot pamatus alumīnija-skandija sakausējumu attīstībai.
500 MPa klases karstās štancēšanas alumīnija sakausējums automašīnām
Ķīnā joprojām pastāv tukšums augstas stiprības alumīnija sakausējumu materiālu karstās štancēšanas jomā. Jaunu materiālu un jaunu formēšanas procesu kombinācija ir efektīvs līdzeklis, lai atrisinātu augstas stiprības alumīnija sakausējumu automobiļu detaļu formēšanas problēmu. Koncentrēšanās uz 7XXX sērijas sakausējumiem, aktīva 2XXX sakausējumu izpēte un 500 MPa klases alumīnija sakausējumu materiālu izstrāde karstajai štancēšanai paver nozīmīgas perspektīvas sarežģītas formas automobiļu detaļu ražošanā.
Alumīnija bāzes kompozītmateriāli
Alumīnija-tērauda daudzslāņu kompozītmateriāla plāksne: Efektīvs savienojums starp alumīnija un tērauda klājiem ir kļuvis par vienu no ierobežojumiem lielo kuģu virsbūvju vieglajā konstrukcijā. Alumīnija-tērauda kompozītmateriāla pārejas savienojums, ko izmanto metināšanai starp alumīnija un tērauda korpusiem, nodrošina risinājumu tradicionālā kniedēšanas procesa aizstāšanai. Honda ir izstrādājusi tērauda un alumīnija savienošanas tehnoloģiju, kas tiks izmantota visā pasaulē masveidā ražotu automašīnu rāmjos. Pašlaik Ķīnā izmantotie alumīnija-tērauda kompozītmateriāla savienojumi galvenokārt tiek importēti no ārzemēm, un to cena sasniedz pat 4×10 5 CNY/t. Nākotnes lielizmēra kuģiem pārejas savienojumiem ir nepieciešama augstāka metināšanas temperatūra, lielāks gultņu spriegums un spēcīgākas savienojuma saskarnes, un steidzami nepieciešami augstas veiktspējas alumīnija-tērauda savienojumi.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 8. marts
