Алюміній — найбольш распаўсюджаны металічны элемент у зямной кары. Гэта каляровы метал з другой па велічыні здабычай і выкарыстаннем у свеце пасля сталі. Ён мае нізкую шчыльнасць, каля 1/3 сталі. Паколькі чысты алюміній мяккі і мае нізкую трываласць, даданне невялікай колькасці такіх элементаў, як магній, медзь, цынк, крэмній і літый, паляпшае характарыстыкі алюмініевага сплаву. Алюмініевыя сплавы з'яўляюцца найбольш шырока выкарыстоўванымі канструкцыйнымі матэрыяламі з каляровых металаў у прамысловасці дзякуючы сваім выдатным механічным уласцівасцям і каразійнай устойлівасці. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў будаўніцтве, аэракасмічнай, аўтамабільнай, машынабудаўнічай, суднабудаўнічай і хімічнай прамысловасці.
Алюмініевыя сплавы валодаюць выдатнымі ўласцівасцямі ў механіцы і хіміі:
① Механічныя аспекты, галоўным чынам адлюстроўваюцца ў нізкай шчыльнасці, высокай трываласці, высокім модулі пругкасці і г.д. Алюміній мае нізкую шчыльнасць і лягчэйшы за іншыя металы, усяго на чвэрць лягчэйшы за сталь, таму ён падыходзіць для выкарыстання ў галінах з высокімі патрабаваннямі да лёгкасці;
② Што тычыцца хімічных уласцівасцей, алюмініевы сплаў можа ўтвараць на сваёй паверхні шчыльную аксідную плёнку на паветры, што дазваляе яму абараніць сябе ад глыбокага акіслення. Такім чынам, ён мае выдатную каразійную ўстойлівасць і вельмі стабільны хімічны склад.
③Алюмініевы сплаў мае добрую пластычнасць і можа быць апрацаваны ў розныя профілі. Ён мае выдатную электра- і цеплаправоднасць. Таму ён шырока выкарыстоўваецца ў прамысловасці і саступае па выкарыстанні толькі сталі.
У цяперашні час у прамысловасці існуе больш за 250 алюмініевых сплаваў з розным складам. Каб палегчыць адрозненні ў залежнасці ад складу сплаваў, Кітай прымае міжнародна прыняты чатырохзначны метад класіфікацыі марак, што спрашчае маркіроўку вытворчых участкаў, запамінанне і кіраванне разлікамі. Алюмініевыя сплавы, якія выкарыстоўваюцца ў ваеннай прамысловасці, у асноўным уключаюць алюмініева-літыевыя сплавы серыі 2XXX (A1-Cu-Mg) і алюмініевыя сплавы серыі 7XXX.
Рынкавы попыт і тэндэнцыі развіцця розных матэрыялаў з алюмініевых сплаваў
Алюмініевы сплаў серыі 2XXX
Алюмініевыя сплавы серыі 2XXX (A1-Cu-Mg) маюць высокую трываласць на расцяжэнне, глейкасць і трываласць на стомленасць, добрую цеплаўстойлівасць, апрацоўчыя і зварачныя ўласцівасці і шырока выкарыстоўваюцца ў аэракасмічнай, аўтамабільнай і зброевай прамысловасці. Асноўныя маркі - 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12 і г.д. Для паляпшэння трываласці, супастаўлення глейкасці і ўстойлівасці да пашкоджанняў быў распрацаваны шэраг сплаваў, такіх як сплавы 2024, 2124, 2524, 2324 і г.д.
Кітайскія мадэлі абсталявання развіваюцца ў напрамку лёгкасці, працяглага тэрміну службы, высокай надзейнасці і нізкай кошту, а таксама прад'яўляюцца высокія патрабаванні да глейкасці разрушэння, устойлівасці да распаўсюджвання расколін і каразійнай устойлівасці матэрыялу абшыўкі фюзеляжа. На аснове тоўстага ліста алюмініевага сплаву 2024-T351 замежныя краіны распрацавалі алюмініевыя сплавы 2324, 2624 і іншыя з высокай устойлівасцю да пашкоджанняў для ніжняй паверхні крыла з рознай трываласцю, глейкасцю, стомленасцю і каразійнай устойлівасцю, а таксама дасягнулі ўсталёўкі і прымянення. Кітай распрацоўвае алюмініевыя сплавы серыі 2XXX з высокай устойлівасцю да пашкоджанняў. У будучыні кампазітнае мікралегіраванне будзе важным напрамкам развіцця высокатрывалых алюмініевых сплаваў серыі Al-Cu-Mg.
Алюмініевы сплаў серыі 4XXX
У цяперашні час у Кітаі для аўтамабільных поршняў у асноўным выкарыстоўваюцца эўтэктычныя і гіпаэўтэктычныя сплавы Al-Si. Аднак з пастаянным паляпшэннем патрабаванняў да прадукцыйнасці рухавіка цяжка задаволіць гэтыя патрабаванні. Заэўтэктычны сплаў Al-Si мае нізкую шчыльнасць, малы каэфіцыент лінейнага пашырэння, больш высокую зносаўстойлівасць і аб'ёмную стабільнасць, і з'яўляецца больш ідэальным матэрыялам для поршняў у параўнанні з эўтэктычнымі сплавамі Al-Si. Поршні са заэўтэктычных сплаваў Al-Si масава вырабляюцца за мяжой і выкарыстоўваюцца ў грузавіках і легкавых аўтамабілях, напрыклад, сплаў A390 у ЗША, сплавы AC9A і AC8A (ZL109) у Японіі і сплаў A390 у Аўстраліі. Аднак у цяперашні час у Кітаі мала вытворцаў, якія вырабляюць поршні са заэўтэктычных сплаваў Al-Si, і большасць з іх залежаць ад імпарту. Акрамя таго, існуе вялікі разрыў паміж матэрыяламі з алюмініевых сплаваў для аўтамабільных турбакампрэсараў і замежнымі краінамі. Высокапрадукцыйныя матэрыялы з алюмініевых сплаваў для аўтамабільных турбакампрэсараў у асноўным залежаць ад Японіі і іншых краін. Таму вельмі важна распрацаваць ключавыя аўтамабільныя алюмініевыя сплавы для высокапрадукцыйных поршняў і крыльчатак турбакампрэсараў.
Алюмініевыя сплавы серыі 5XXX
Сплавы Al-Mg, асабліва сплавы Al-Mg з высокім утрыманнем Mg, валодаюць высокай удзельнай трываласцю, добрай зварвальнасцю і каразійнай устойлівасцю і стануць вельмі канкурэнтаздольнымі матэрыяламі ў будучыні ў аэракасмічнай прамысловасці, вытворчасці хуткасных цягнікоў, акіянічнай прамысловасці і іншых галінах. У цяперашні час пласціны, профілі і зварачныя дроты са сплаваў Al-Mg для аэракасмічнай прамысловасці, вытворчасці цягнікоў, акіянічнай прамысловасці і іншых галін у асноўным залежаць ад імпарту. Рынак высакаякасных зварачных дротаў у ЗША ў асноўным манапалізаваны кампаніяй ALCOA. Сплавы ER5183 і ER5356 у асноўным залежаць ад імпарту, і аб'ём імпарту складае каля 70% іх продажаў. Сплавы Al-Mg для караблёў у асноўным залежаць ад Расіі. Звычайныя зліткі сплаваў з высокім утрыманнем Mg маюць добра развітыя дендрыты, сур'ёзную сегрэгацыю эўтэктычных фаз і дрэнную якасць фармавання. Сучасныя метады апрацоўкі ўсё яшчэ маюць шмат праблем, такіх як нізкая прадукцыйнасць, нізкая бачная якасць, працяглы працэс, нестабільная якасць і нізкі выхад. Субхуткае зацвярдзенне і фармаванне могуць перашкаджаць выпадзенню магнію, і ў той жа час іх можна рэгуляваць для атрымання дробных роўнавосевых крышталяў і нанаасаджэнняў фаз, што значна паляпшае характарыстыкі і аднастайнасць матэрыялу. Такім чынам, чакаецца, што распрацоўка тэхналогіі бесперапыннай рэалагічнай экструзіі і пракаткі з субхуткім зацвярдзеннем для высокапрадукцыйных сплаваў Al-Mg задаволіць попыт на высакаякасныя сплавы Al-Mg.
Алюмініевыя сплавы серыі 6XXX
Алюмініевыя сплавы серыі 6XXX з'яўляюцца ключавымі матэрыяламі ў галіне чыгуначнага транспарту, аўтамабіляў, электронікі і г.д. З 1980-х гадоў развітыя краіны і рэгіёны, такія як Еўропа, ЗША і Японія, распрацавалі алюмініевыя сплавы для аўтамабіляў, зарэгістравалі такія маркі, як 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 і 6082, і сфармавалі адносна поўную сістэму вытворчасці і прымянення кузаўных панэляў аўтамабіляў, экструзійных вырабаў, поковак і г.д. Індустрыялізацыя даследаванняў і распрацовак кузаўных панэляў і поковак з алюмініевых сплаваў серыі 6XXX у Кітаі толькі пачалася, і існуе відавочны прабел. Міністэрства прамысловасці і інфармацыйных тэхналогій Кітая прапанавала распрацаваць наступныя лісты з алюмініевых сплаваў для аўтамабільнай прамысловасці: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022 і г.д. Тыповы ліст з алюмініевага сплаву серыі 6XXX мае падаўжэнне A50 не менш за 25%, значэнне r не менш за 0,60, мяжу цякучасці пры паркоўцы на працягу 60 дзён Rp0.2 не менш за 140 Н/мм2 і прырост мяжы цякучасці пры зацвярдзенні фарбы не менш за 80 Н/мм2. У адказ на розныя патрэбы распрацоўка тэхналогій праектавання, падрыхтоўкі і апрацоўкі алюмініевых сплаваў серыі 6XXX стала непазбежнай тэндэнцыяй.
Алюмініевыя сплавы серыі 7XXX
Алюмініевыя сплавы серыі 7XXX маюць добрую ўстойлівасць да каразійнага раскалоўвання пад напружаннем і з'яўляюцца найбольш трывалымі сярод алюмініевых сплаваў. Яны міжнародна прызнаны ў якасці асноўных матэрыялаў для авіяцыі. Нядаўна замежныя краіны распрацавалі сплаў 7055 (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr), мяжа цякучасці якога ў стане T77511 перавышае 620 МПа. Ён выкарыстоўваецца ў самалётах Boeing 777 і зніжае вагу на 635 кг. У цяперашні час у Кітаі адсутнічае сістэматычная тэхналогія распрацоўкі, падрыхтоўкі і апрацоўкі сплаваў для алюмініевых сплаваў серыі 7XXX для авіяцыі, і некаторыя вырабы цалкам залежаць ад імпарту. З-за буйных зліткаў алюмініевых сплаваў серыі 7XXX з вялікай колькасцю легіруючых элементаў, шырокага дыяпазону зацвярдзення, вялікіх напружанняў ліцця і лёгкага акіслення/падзелу легіруючых элементаў, металургічная якасць зліткаў нізкая, а прадукцыйнасць фармавання пры пакаёвай тэмпературы нізкая, таму вельмі важна распрацаваць новыя алюмініевыя сплавы серыі 7XXX.
Алюмініева-літыевы (Al-Li) сплаў
Алюмініева-літыевы сплаў — самы хуткарослы лёгкі матэрыял сярод авіяцыйных матэрыялаў у апошнія гады. Ён валодае характарыстыкамі нізкай шчыльнасці, высокага модуля пругкасці, высокай удзельнай калянасці, добрай стомленасці і каразійнай устойлівасці. Пасля замены традыцыйных алюмініевых сплаваў маса можа быць зменшана на 10%-20%, а калянасць — павялічана на 15%-20%. У пачатку 21 стагоддзя амерыканская кампанія ALCOA запусціла «План ALCOA Aviation 20/20» з мэтай зніжэння кошту і вагі авіяцыйных алюмініевых сплаваў на 20% кожны на працягу 20 гадоў. Constellium распрацавала алюмініева-літыевыя сплавы 2050 і 2198 (Al-Cu-Li-Mg-Ag) з нізкай шчыльнасцю, высокай трываласцю і высокай устойлівасцю да пашкоджанняў. У Кітаі існуе вельмі мала марак сплаваў Al-Li, распрацаваных незалежна, і выкарыстоўваецца толькі сплаў 1420. Алюмініева-літыевы сплаў, які выкарыстоўваецца ў пасажырскім самалёце C919, пастаўляецца кампаніяй Alcoa. Унутры краіны можна вырабляць толькі абмежаваную колькасць сплаваў, такіх як 1420, 2195, 2197 і 2A97, прычым зліткі — гэта толькі плоскія зліткі памерам менш за ((310~400)×1280×4000) мм і круглыя зліткі памерам менш за φ650 мм. Плоскія зліткі (2B16) таўшчынёй больш за 60 мм і шырынёй больш за 1500 мм, а таксама зліткі (2B16) дыяметрам больш за 1500 мм у галіне высокакласнай авіяцыі пакуль не вырабляюцца ў прамысловасці. Таму вельмі важна распрацаваць новыя канструкцыі алюмініева-літыевых сплаваў, падрыхтоўку звышвялікіх зліткаў і тэхналогію глыбокай апрацоўкі.
Цеплатрывалы алюмініевы сплаў
Цеплатрывалыя алюмініевыя сплавы з'яўляюцца ключавымі базавымі матэрыяламі ў аэракасмічнай, аўтамабільнай, чыгуначнай і г.д. шляхам рэгулявання такіх элементаў, як Si, Fe, Ni, Ag і рэдказямельныя элементы, што робіць алюмініевыя сплавы ўстойлівымі да акіслення і паўзучасці пры высокіх тэмпературах. Традыцыйныя цеплатрывалыя алюмініевыя сплавы ўключаюць: 2519, 2618, 2219, 2D70 і г.д. З хуткім развіццём аэракасмічнай і аўтамабільнай прамысловасці да цеплатрывалых алюмініевых сплаваў прад'яўляюцца больш высокія патрабаванні. Новае пакаленне знішчальнікаў мае высокую крэйсерскую хуткасць, а рабочая тэмпература абшыўкі фюзеляжа вышэй за 150°C. У цяперашні час тэмпература працяглага выкарыстання цеплатрывалых алюмініевых сплаваў, такіх як 2618 і 2D70, ніжэй за 150°C. Вельмі важна распрацаваць новыя цеплатрывалыя алюмініевыя сплавы.
Сплаў Al-Sc з ультранізкім утрыманнем скандыю (Sc)
Сплаў Al-Sc валодае выдатнымі ўласцівасцямі, такімі як высокая трываласць, добрая пластычнасць і каразійная ўстойлівасць, і стаў новым пакаленнем лёгкіх матэрыялаў для аэракасмічнай прамысловасці, караблёў і г.д. пасля сплаву Al-Li. Трываласць на расцяжэнне сплаву Al-Mg, які змяшчае слядовыя колькасці скандыя, на 30% вышэйшая, чым у сплаву 5083, а мяжа цякучасці больш чым удвая вышэйшая. Яго зварвальнасць параўнальная са зварачнасцю звычайных сплаваў серыі 5XXX, механічныя ўласцівасці зоны цеплавога ўздзеяння і зварнога шва прыблізна роўныя ўласцівасцям матрыцы, а каразійная ўстойлівасць параўнальная са сплавам 5083. Замена сплаваў серыі 5XXX або 6XXX у вытворчасці аэракасмічных кампанентаў можа дасягнуць значнага зніжэння вагі, і ён таксама з'яўляецца выдатным матэрыялам для аўтамабіляў і чыгуначнага транспарту. Расія займае лідзіруючыя пазіцыі ў свеце па распрацоўцы алюмініевых сплаваў, якія змяшчаюць скандый, і стварыла сплавы Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc і Al-Cu-Mg-Sc з утрыманнем скандыю 0,18%~0,5%. Каб спрыяць выкарыстанню алюмініева-скандыевых сплаваў у аэракасмічнай і аўтамабільнай прамысловасці, Міністэрства прамысловасці і інфармацыйных тэхналогій Кітая ўключыла алюмініевыя сплавы, якія змяшчаюць скандый, у спіс новых матэрыялаў для прыярытэтнага развіцця. Кітай багаты рэсурсамі скандыю і пабудаваў вытворчую лінію па здабычы высокачыстага аксіду скандыю, заклаўшы аснову для распрацоўкі алюмініева-скандыевых сплаваў.
Алюмініевы сплаў гарачага штампавання класа 500 МПа для аўтамабіляў
У Кітаі ўсё яшчэ існуе пустая пляцоўка для гарачага штампавання высокатрывалых алюмініевых сплаваў. Спалучэнне новых матэрыялаў і распрацоўкі новых працэсаў фармавання з'яўляецца эфектыўным сродкам вырашэння праблемы фармавання аўтамабільных дэталяў з высокатрывалых алюмініевых сплаваў. Засяроджванне ўвагі на сплавах серыі 7XXX, актыўнае вывучэнне сплаваў 2XXX і распрацоўка алюмініевых сплаваў класа трываласці 500 МПа для гарачага штампавання маюць важныя перспектывы для вытворчасці аўтамабільных дэталяў складанай формы.
Кампазітныя матэрыялы на аснове алюмінію
Шматслаёвая кампазітная пліта з алюмінію і сталі: эфектыўнае злучэнне паміж алюмініевымі і сталёвымі палубамі стала адным з абмежаванняў для палегчання надбудоў вялікіх судоў. Пераходнае злучэнне з алюмінію і сталі, якое выкарыстоўваецца для зваркі паміж алюмініевымі і сталёвымі карпусамі, забяспечвае рашэнне для замены традыцыйнага працэсу клёпкі. Honda распрацавала тэхналогію злучэння сталі і алюмінію, якая будзе выкарыстоўвацца ва ўсім свеце ў масавай вытворчасці аўтамабільных рамах. У цяперашні час кампазітныя злучэнні з алюмінію і сталі, якія выкарыстоўваюцца ў Кітаі, у асноўным імпартуюцца з-за мяжы, і іх цана дасягае 4×10⁶ юаняў/т. З будучыняй буйных судоў для пераходных злучэнняў патрабуюцца больш высокія тэмпературы зваркі, большыя нагрузкі на падшыпнікі і больш трывалыя злучальныя паверхні, і вельмі патрэбныя высокапрадукцыйныя злучэнні з алюмінію і сталі.
Час публікацыі: 08 сакавіка 2025 г.
