Aluminium is het meest voorkomende metaalelement in de aardkorst. Het is het non-ferrometaal met de op één na grootste productie en gebruik ter wereld, na staal. Het heeft een lage dichtheid, ongeveer een derde van staal. Omdat zuiver aluminium zacht is en een lage sterkte heeft, zijn de prestaties van aluminiumlegeringen beter door toevoeging van een kleine hoeveelheid elementen zoals magnesium, koper, zink, silicium en lithium aan aluminium. Aluminiumlegeringen zijn de meest gebruikte non-ferrometalen constructiematerialen in de industrie vanwege hun uitstekende mechanische eigenschappen en corrosiebestendigheid. Ze worden veel gebruikt in de bouw, de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie, de machinebouw, de scheepsbouw en de chemische industrie.
Aluminiumlegeringen hebben uitstekende eigenschappen op mechanisch en chemisch gebied:
① Mechanische aspecten, voornamelijk weerspiegeld in lage dichtheid, hoge sterkte, hoge modulus, enz. Aluminium heeft een lage dichtheid en is lichter dan andere metalen, slechts 1/4 van staal, dus het is geschikt voor gebruik in velden met hoge eisen aan lichtgewicht;
② Wat betreft chemische eigenschappen: aluminiumlegeringen kunnen een dichte oxidefilm op hun oppervlak vormen in de lucht, waardoor ze zichzelf beschermen tegen diepe oxidatie. Ze hebben daarom een uitstekende corrosiebestendigheid en een zeer stabiele chemische samenstelling.
③ Aluminiumlegering heeft een goede plasticiteit en kan worden verwerkt tot diverse profielen. Het heeft een uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid. Daarom wordt het veel gebruikt in de industrie en is het na staal het meest gebruikte materiaal.
Momenteel zijn er meer dan 250 aluminiumlegeringen met verschillende samenstellingen in de industrie. Om het onderscheid te vergemakkelijken, hanteert China de internationaal geaccepteerde viercijferige classificatiemethode op basis van de verschillende legeringssamenstellingen. Dit vergemakkelijkt de markering van de productielocatie, het geheugen en het berekeningsbeheer. De aluminiumlegeringen die in de militaire industrie worden gebruikt, omvatten voornamelijk aluminium-lithiumlegeringen, aluminiumlegeringen uit de 2XXX (A1-Cu-Mg)-serie en de 7XXX-serie.
Marktvraag en ontwikkelingstrend van verschillende aluminiumlegeringsmaterialen
2XXX-serie aluminiumlegering
Aluminiumlegeringen uit de 2XXX (A1-Cu-Mg)-serie hebben een hoge treksterkte, taaiheid en vermoeiingssterkte, goede hittebestendigheid, goede verwerkings- en laseigenschappen en worden veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, auto-industrie en wapenindustrie. De belangrijkste legeringen zijn 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12, enz. Er is een reeks legeringen ontwikkeld om de sterkte, taaiheid en schadebestendigheid te verbeteren, zoals de legeringen 2024, 2124, 2524 en 2324.
De Chinese modellen ontwikkelen zich in de richting van lichtgewicht, lange levensduur, hoge betrouwbaarheid en lage kosten, en stellen hoge eisen aan de breuktaaiheid, weerstand tegen scheurvoortplanting en corrosiebestendigheid van het materiaal van de romphuid. Op basis van de dikke plaat van aluminiumlegering 2024-T351 hebben buitenlandse landen aluminiumlegeringen met een hoge schadetolerantie ontwikkeld voor het onderste vleugeloppervlak, met verschillende sterktes, taaiheid, vermoeiings- en corrosiebestendigheid, en hebben deze reeds geïnstalleerd en toegepast. China ontwikkelt aluminiumlegeringen met een hoge schadetolerantie uit de 2XXX-serie. In de toekomst zal composietmicrolegering een belangrijke ontwikkelingsrichting zijn voor hoogwaardige aluminiumlegeringen uit de Al-Cu-Mg-serie.
4XXX-serie aluminiumlegering
Momenteel worden eutectische en hypoeutectische Al-Si-legeringen voornamelijk gebruikt voor autozuigers in China. Door de voortdurende verbetering van de prestatie-eisen voor motoren is het echter moeilijk om aan de prestatie-eisen te voldoen. Hypereutectische Al-Si-legeringen hebben een lage dichtheid, een kleine lineaire uitzettingscoëfficiënt, een hogere slijtvastheid en volumestabiliteit, en zijn een idealer zuigermateriaal in vergelijking met eutectische Al-Si-legeringen. Hypereutectische Al-Si-legeringzuigers worden in het buitenland massaal geproduceerd en toegepast op vrachtwagens en auto's, zoals A390-legering in de Verenigde Staten, AC9A- en AC8A-legeringen (ZL109) in Japan en A390-legering in Australië. Er zijn momenteel echter weinig fabrikanten in China die hypereutectische Al-Si-legeringzuigers produceren en de meeste zijn afhankelijk van import. Bovendien is er een grote kloof tussen aluminiumlegeringsmaterialen voor autoturbocompressoren en het buitenland. Hoogwaardige aluminiumlegeringsmaterialen voor autoturbocompressoren zijn voornamelijk afhankelijk van Japan en andere landen. Daarom is het van cruciaal belang om belangrijke aluminiumlegeringsmaterialen voor hoogwaardige zuigers en turbocompressorwaaiers in de automobielindustrie te ontwikkelen.
5XXX-serie aluminiumlegeringen
Al-Mg-legeringen, met name Al-Mg-legeringen met een hoog Mg-gehalte, hebben een hoge specifieke sterkte, goede lasbaarheid en corrosiebestendigheid en zullen in de toekomst zeer concurrerende materialen worden in de lucht- en ruimtevaart, hogesnelheidstreinen, oceanen en andere sectoren. Momenteel zijn platen, profielen en lasdraden van Al-Mg-legeringen voor de lucht- en ruimtevaart, treinen, oceanen en andere toepassingen voornamelijk afhankelijk van import. De markt voor hoogwaardige lasdraden wordt in de Verenigde Staten in feite gemonopoliseerd door ALCOA. ER5183- en ER5356-legeringen zijn voornamelijk afhankelijk van import en het importvolume vertegenwoordigt ongeveer 70% van hun omzet. Al-Mg-legeringen voor schepen zijn voornamelijk afhankelijk van Rusland. Conventionele ingots van legeringen met een hoog Mg-gehalte hebben goed ontwikkelde dendrieten, ernstige eutectische fasesegregatie en slechte vormprestaties. De huidige verwerkingsmethoden hebben nog steeds veel problemen, zoals lage prestaties, slechte schijnbare kwaliteit, lange processen, onstabiele kwaliteit en een lage opbrengst. Sub-rapid stolling en vorming kunnen de precipitatie van magnesium remmen en tegelijkertijd gereguleerd worden om fijne equiaxiale kristallen en nanoprecipitatiefasen te verkrijgen, wat de prestaties en uniformiteit van het materiaal aanzienlijk verbetert. Daarom wordt verwacht dat de ontwikkeling van sub-rapid stolling continue reologische extrusie- en walstechnologie voor hoogwaardige Al-Mg-legeringen zal voldoen aan de vraag naar hoogwaardige Al-Mg-legeringen.
6XXX-serie aluminiumlegeringen
Aluminiumlegeringsmaterialen uit de 6XXX-serie zijn belangrijke materialen in de sectoren spoorwegvervoer, auto's, elektronica, enz. Sinds de jaren 80 hebben ontwikkelde landen en regio's zoals Europa, de Verenigde Staten en Japan aluminiumlegeringen voor auto's ontwikkeld, geregistreerde kwaliteiten zoals 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 en 6082, en een relatief compleet productie- en toepassingssysteem gevormd voor carrosseriepanelen, extrusie, smeedstukken, enz. van auto's. Het onderzoek naar en de ontwikkeling van de industrialisatie van carrosseriepanelen en smeedstukken van aluminiumlegering uit de 6XXX-serie in China is nog maar net begonnen, maar er is een duidelijke kloof. Het Chinese Ministerie van Industrie en Informatietechnologie heeft voorgesteld dat de te ontwikkelen aluminiumlegeringsplaten voor auto's de volgende zijn: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022, enz. De typische aluminiumlegeringsplaat uit de 6XXX-serie heeft een rek A50 van minimaal 25%, een r-waarde van minimaal 0,60, een parkeersterkte Rp0,2 na 60 dagen van minimaal 140 N/mm² en een toename van de vloeisterkte bij het uitharden van de lak van minimaal 80 N/mm². Als reactie op verschillende behoeften is de ontwikkeling van ontwerp-, voorbereidings- en verwerkingstechnologie voor aluminiumlegeringen uit de 6XXX-serie een onvermijdelijke ontwikkelingstrend geworden.
7XXX-serie aluminiumlegeringen
Aluminiumlegeringen uit de 7XXX-serie hebben een goede spanningscorrosiebestendigheid en zijn de sterkste serie onder de aluminiumlegeringen. Ze worden internationaal erkend als ruggengraatmaterialen voor de luchtvaart. Onlangs hebben buitenlandse landen de 7055-legering (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr) ontwikkeld, waarvan de vloeigrens 620 MPa overschrijdt in de T77511-toestand. Het wordt gebruikt in Boeing 777-vliegtuigen en vermindert het gewicht met 635 kg. Momenteel ontbreekt het China aan systematisch legeringsontwerp en -voorbereidings- en verwerkingstechnologie voor aluminiumlegeringen uit de 7XXX-serie voor de luchtvaart, en sommige producten zijn volledig afhankelijk van import. Vanwege de grote hoeveelheden ingots van aluminiumlegeringen uit de 7XXX-serie met veel legeringselementen, een breed stollingsbereik, grote gietspanning en gemakkelijke oxidatie/segregatie van legeringselementen, is de metallurgische kwaliteit van de ingots slecht en zijn de vormprestaties bij kamertemperatuur laag, het is van groot belang om nieuwe aluminiumlegeringen uit de 7XXX-serie te ontwikkelen.
Aluminium-lithium (Al-Li) legering
Aluminium-lithiumlegering is de afgelopen jaren het snelst groeiende lichtgewicht materiaal in de luchtvaart. Het heeft de volgende kenmerken: een lage dichtheid, een hoge elasticiteitsmodulus, een hoge specifieke stijfheid, goede vermoeiingseigenschappen en corrosiebestendigheid. Na vervanging van conventionele aluminiumlegeringen kan de massa met 10% tot 20% worden verminderd en de stijfheid met 15% tot 20% worden verhoogd. Begin 21e eeuw lanceerde het Amerikaanse bedrijf ALCOA het "ALCOA Aviation 20/20 Plan", met als doel de kosten en het gewicht van aluminiumlegeringen voor de luchtvaart binnen 20 jaar met 20% te verlagen. Constellium heeft aluminium-lithiumlegeringen 2050 en 2198 (Al-Cu-Li-Mg-Ag) ontwikkeld met een lage dichtheid, hoge taaiheid en een hoge schadetolerantie. Er zijn zeer weinig aluminium-lithiumlegeringen onafhankelijk ontwikkeld in China en alleen legering 1420 is gebruikt. De aluminium-lithiumlegering die wordt gebruikt in het passagiersvliegtuig C919 wordt geleverd door Alcoa. Binnenlands kunnen slechts een beperkt aantal legeringskwaliteiten zoals 1420, 2195, 2197 en 2A97 worden geproduceerd. De ingots zijn alleen vlakke ingots kleiner dan (310~400) × 1280 × 4000) mm en ronde ingots kleiner dan φ650 mm. Vlakke ingots (2B16) met een dikte van meer dan 60 mm en een breedte van meer dan 1500 mm, en ingots (2B16) met een diameter van meer dan 1500 mm voor toepassingen in de high-end luchtvaart, worden nog niet industrieel geproduceerd. Daarom is het van groot belang om nieuwe aluminium-lithiumlegeringsontwerpen, ultra-grote ingotsvoorbereiding en diepe verwerkingstechnologie te ontwikkelen.
Hittebestendige aluminiumlegering
Hittebestendige aluminiumlegeringen zijn belangrijke basismaterialen in de lucht- en ruimtevaart, auto's, spoorvervoer, enz. door elementen zoals Si, Fe, Ni, Ag en zeldzame aarden te reguleren om aluminiumlegeringen bestand te maken tegen oxidatie en kruip bij hoge temperaturen. Traditionele hittebestendige aluminiumlegeringen zijn onder andere: 2519, 2618, 2219, 2D70, enz. Met de snelle ontwikkeling van de lucht- en ruimtevaart en auto-industrie worden hogere eisen gesteld aan hittebestendige aluminiumlegeringen. De nieuwe generatie straaljagers heeft een hoge kruissnelheid en de bedrijfstemperatuur van de romp ligt boven de 150 °C. Momenteel ligt de temperatuur bij langdurig gebruik van hittebestendige aluminiumlegeringen zoals 2618 en 2D70 onder de 150 °C. Het is absoluut noodzakelijk om nieuwe hittebestendige aluminiumlegeringen te ontwikkelen.
Al-Sc-legering met een ultralaag scandium (Sc)-gehalte
Al-Sc-legeringen hebben uitstekende eigenschappen, zoals hoge sterkte, goede plasticiteit en corrosiebestendigheid, en zijn na de Al-Li-legering uitgegroeid tot een nieuwe generatie lichtgewicht materialen voor de lucht- en ruimtevaart, schepen, enz. De treksterkte van Al-Mg-legeringen met sporen scandium is 30% hoger dan die van de 5083-legering en de vloeigrens is meer dan verdubbeld. De lasbaarheid is vergelijkbaar met die van conventionele legeringen uit de 5XXX-serie, de mechanische eigenschappen van de warmtebeïnvloede zone en de las zijn ongeveer gelijk aan die van de matrix en de corrosiebestendigheid is vergelijkbaar met die van de 5083-legering. Vervanging van legeringen uit de 5XXX- of 6XXX-serie bij de productie van componenten voor de lucht- en ruimtevaart kan een aanzienlijke gewichtsbesparing opleveren en is tevens een superieur materiaal voor auto's en spoorvoertuigen. Rusland loopt wereldwijd voorop in de ontwikkeling van scandiumhoudende aluminiumlegeringen en heeft legeringen ontwikkeld met Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc en Al-Cu-Mg-Sc, met een scandiumgehalte van 0,18% tot 0,5%. Om de toepassing van aluminium-scandiumlegeringen in de lucht- en ruimtevaart en auto-industrie te bevorderen, heeft het Chinese ministerie van Industrie en Informatietechnologie scandiumhoudende aluminiumlegeringen aangewezen als een van de nieuwe materialen voor prioritaire ontwikkeling. China is rijk aan scandiumbronnen en heeft een productielijn gebouwd voor de extractie van scandiumoxide met een hoge zuiverheidsgraad, waarmee de basis is gelegd voor de ontwikkeling van aluminium-scandiumlegeringen.
500 MPa-kwaliteit aluminiumlegering voor het warm stempelen van auto's
Er is nog steeds een tekortkoming in het warmstampen van hoogwaardige aluminiumlegeringen in China. De combinatie van nieuwe materialen en de ontwikkeling van nieuwe vormprocessen is een effectieve manier om het probleem van de vorming van hoogwaardige aluminiumlegeringen voor auto-onderdelen op te lossen. De focus op legeringen uit de 7XXX-serie, de actieve verkenning van 2XXX-legeringen en de ontwikkeling van aluminiumlegeringen van 500 MPa voor warmstampen bieden belangrijke perspectieven voor de productie van complex gevormde auto-onderdelen.
Op aluminium gebaseerde composietmaterialen
Meerlaagse aluminium-staal composietplaat: De effectieve verbinding tussen aluminium en stalen dekken is een van de beperkingen geworden voor het lichter maken van de bovenbouw van grote schepen. De aluminium-staal composiet overgangsverbinding, die wordt gebruikt voor het lassen van aluminium en stalen rompen, biedt een oplossing ter vervanging van het traditionele klinkproces. Honda heeft een verbindingstechnologie voor staal en aluminium ontwikkeld die wereldwijd zal worden gebruikt in massa geproduceerde autoframes. Momenteel worden de aluminium-staal composietverbindingen die in China worden gebruikt voornamelijk geïmporteerd uit het buitenland, met een prijs die oploopt tot 4 × 10 5 CNY/t. Met de komst van toekomstige grootschalige schepen zijn hogere lastemperaturen, hogere lagerspanningen en sterkere verbindingsvlakken vereist voor overgangsverbindingen, en hoogwaardige aluminium-staal verbindingen zijn dringend nodig.
Plaatsingstijd: 08-03-2025
