Aluminij je najzastupljeniji metalni element u Zemljinoj kori. To je obojeni metal s drugom najvećom proizvodnjom i upotrebom u svijetu, odmah nakon čelika. Ima nisku gustoću, oko 1/3 čelika. Budući da je čisti aluminij mekan i ima nisku čvrstoću, dodavanjem male količine elemenata poput magnezija, bakra, cinka, silicija i litijuma aluminijumu, performanse aluminijske legure su bolje. Aluminijske legure su najčešće korišteni konstrukcijski materijali od obojenih metala u industriji zbog svojih odličnih mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju. Široko se koriste u građevinarstvu, zrakoplovstvu, automobilskoj industriji, proizvodnji mašina, brodogradnji i hemijskoj industriji.
Aluminijumske legure imaju odlična svojstva u mehanici i hemiji:
① Mehanički aspekti, koji se uglavnom ogledaju u niskoj gustoći, visokoj čvrstoći, visokom modulu itd. Aluminij ima nisku gustoću i lakši je od drugih metala, samo 1/4 čelika, tako da je pogodan za upotrebu u oblastima sa visokim zahtjevima za lakom težinom;
② Što se tiče hemijskih svojstava, budući da aluminijska legura može formirati gusti oksidni film na svojoj površini na zraku, može se zaštititi od duboke oksidacije. Stoga ima odličnu otpornost na koroziju i vrlo stabilan hemijski sastav.
③Legura aluminija ima dobru plastičnost i može se prerađivati u različite profile. Ima odličnu električnu i toplinsku provodljivost. Stoga se široko koristi u industriji, a po upotrebi je druga po važnosti, odmah iza čelika.
Trenutno u industriji postoji više od 250 aluminijskih legura različitih sastava. Kako bi se olakšalo razlikovanje, prema različitim sastavima legura, Kina usvaja međunarodno prihvaćenu metodu klasifikacije s četiri cifre kako bi se olakšalo označavanje proizvodnog mjesta, upravljanje memorijom i proračunima. Aluminijske legure koje se koriste u vojnoj industriji uglavnom uključuju aluminijsko-litijske legure, legure serije 2XXX (A1-Cu-Mg) i legure serije 7XXX.
Tržišna potražnja i trend razvoja različitih materijala od aluminijskih legura
Aluminijska legura serije 2XXX
Aluminijske legure serije 2XXX (A1-Cu-Mg) imaju visoku zateznu čvrstoću, žilavost i otpornost na zamor, dobru otpornost na toplinu, svojstva obrade i zavarivanja, te se široko koriste u zrakoplovnoj, automobilskoj i industriji oružja. Glavne klase su 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12, itd. Razvijen je niz legura za poboljšanje čvrstoće, usklađivanja žilavosti i tolerancije oštećenja, kao što su legure 2024, 2124, 2524, 2324, itd.
Kineski modeli opreme razvijaju se u smjeru lagane konstrukcije, dugog vijeka trajanja, visoke pouzdanosti i niske cijene, te imaju visoke zahtjeve za žilavost na lom, otpornost na širenje pukotina i otpornost na koroziju materijala oplate trupa. Na osnovu debele ploče od aluminijske legure 2024-T351, strane zemlje su razvile 2324, 2624 i druge aluminijske legure visoke tolerancije na oštećenja za donju površinu krila s različitom čvrstoćom, žilavošću, otpornošću na zamor i koroziju, te su postigle instalaciju i primjenu. Kina razvija aluminijske legure visoke tolerancije na oštećenja serije 2XXX. U budućnosti će kompozitno mikrolegiranje biti važan smjer razvoja za visokočvrste aluminijske legure serije Al-Cu-Mg.
Aluminijska legura serije 4XXX
Trenutno se eutektičke i hipoeutektičke Al-Si legure uglavnom koriste za klipove automobila u Kini. Međutim, s kontinuiranim poboljšanjem zahtjeva za performansama motora, teško je ispuniti zahtjeve za performanse. Hipereutektička Al-Si legura ima nisku gustoću, mali koeficijent linearnog širenja, veću otpornost na habanje i stabilnost volumena, te je idealniji materijal za klipove u poređenju s eutektičkim Al-Si legurama. Klipovi od hipereutektičke Al-Si legure masovno se proizvode u inostranstvu i primjenjuju se na kamione i automobile, kao što su legura A390 u Sjedinjenim Državama, legure AC9A i AC8A (ZL109) u Japanu i legura A390 u Australiji. Međutim, trenutno u Kini postoji malo proizvođača koji proizvode hipereutektičke klipove od Al-Si legure, a većina njih se oslanja na uvoz. Osim toga, postoji velika razlika između materijala od aluminijskih legura za automobilske turbopunjača i stranih zemalja. Visokoperformansni materijali od aluminijskih legura za automobilske turbopunjača uglavnom se oslanjaju na Japan i druge zemlje. Stoga je neophodno razviti ključne materijale od aluminijskih legura za automobilske klipove i impelere turbopunjača.
Aluminijske legure serije 5XXX
Al-Mg legure, posebno Al-Mg legure s visokim sadržajem Mg, imaju visoku specifičnu čvrstoću, dobru zavarljivost i otpornost na koroziju, te će postati vrlo konkurentni materijali u budućnosti, u zrakoplovstvu, brzim vozovima, okeanima i drugim oblastima. Trenutno se ploče, profili i žice za zavarivanje od Al-Mg legura za zrakoplovstvo, vozove, okeane i druge primjene uglavnom oslanjaju na uvoz. Tržište visokokvalitetnih žica za zavarivanje u Sjedinjenim Državama u osnovi monopolizira ALCOA. Legure ER5183 i ER5356 uglavnom se oslanjaju na uvoz, a obim uvoza čini oko 70% njihove prodaje. Al-Mg legure za brodove uglavnom se oslanjaju na Rusiju. Konvencionalni ingoti legura s visokim sadržajem Mg imaju dobro razvijene dendrite, ozbiljnu segregaciju eutektičke faze i loše performanse oblikovanja. Trenutne metode obrade i dalje imaju mnogo problema, kao što su niske performanse, loš prividni kvalitet, dug proces, nestabilan kvalitet i nizak prinos. Subbrzo skrućivanje i oblikovanje mogu inhibirati taloženje Mg, a istovremeno se mogu regulirati kako bi se dobili fini kristali s jednakom dužinom i nanoprecipitirane faze, što značajno poboljšava performanse i ujednačenost materijala. Stoga se očekuje da će razvoj tehnologije subbrzog skrućivanja kontinuirane reološke ekstruzije i valjanja za visokokvalitetne Al-Mg legure zadovoljiti potražnju za visokokvalitetnim Al-Mg legurama.
Aluminijske legure serije 6XXX
Materijali od legura aluminija serije 6XXX ključni su materijali u oblastima željezničkog transporta, automobila, elektronike itd. Od 1980-ih, razvijene zemlje i regije poput Evrope, Sjedinjenih Američkih Država i Japana razvile su legure aluminija za automobile, registrovale klase kao što su 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 i 6082, te formirale relativno kompletan sistem proizvodnje i primjene za panele karoserije automobila, ekstruzije, otkovke itd. Istraživanje i razvoj industrije panela karoserije i otkovaka od legura aluminija serije 6XXX u Kini tek su započeli i postoji jasan jaz. Ministarstvo industrije i informacionih tehnologija Kine predložilo je da se razvijaju sljedeći limovi od aluminijskih legura za automobilsku industriju: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022, itd. Tipični lim od aluminijske legure serije 6XXX ima izduženje A50 od najmanje 25%, r-vrijednost od najmanje 0,60, granicu tečenja pri parkiranju od 60 dana Rp0.2 od najmanje 140 N/mm2 i povećanje granice tečenja pri očvršćavanju boje od najmanje 80 N/mm2. Kao odgovor na različite potrebe, razvoj tehnologije dizajna, pripreme i obrade aluminijskih legura serije 6XXX postao je neizbježan trend razvoja.
Aluminijske legure serije 7XXX
Aluminijske legure serije 7XXX imaju dobru otpornost na koroziju pod naponom i najjače su među aluminijskim legurama. Međunarodno su priznate kao osnovni materijali za avijaciju. Nedavno su strane zemlje razvile leguru 7055 (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr), čija granica tečenja prelazi 620 MPa u stanju T77511. Koristi se u avionima Boeing 777 i smanjuje težinu za 635 kg. Trenutno Kini nedostaje sistematski dizajn legura, tehnologija pripreme i obrade za aluminijske legure serije 7XXX za avijaciju, a neki proizvodi su potpuno ovisni o uvozu. Zbog velikih ingota aluminijskih legura serije 7XXX s mnogo legirajućih elemenata, širokog raspona skrućivanja, velikog napona lijevanja i lake oksidacije/segregacije legirajućih elemenata, metalurški kvalitet ingota je loš, a performanse oblikovanja na sobnoj temperaturi niske, te je od velikog značaja razvoj novih aluminijskih legura serije 7XXX.
Aluminijum-litijumska (Al-Li) legura
Aluminijum-litijum legura je najbrže rastući lagani materijal u avio-materijalima posljednjih godina. Ima karakteristike niske gustine, visokog modula elastičnosti, visoke specifične krutosti, dobrih performansi na zamor i otpornosti na koroziju. Nakon zamjene konvencionalnih aluminijumskih legura, masa se može smanjiti za 10%~20%, a krutost se može povećati za 15%~20%. Početkom 21. vijeka, američka kompanija ALCOA pokrenula je "ALCOA Aviation 20/20 Plan", s ciljem smanjenja troškova i težine avio-avionskih legura za 20% u roku od 20 godina. Constellium je razvio aluminijum-litijum legure 2050 i 2198 (Al-Cu-Li-Mg-Ag) sa niskom gustinom, visokom žilavošću i visokom tolerancijom na oštećenja. U Kini je nezavisno razvijeno vrlo malo vrsta Al-Li legura, a koristi se samo legura 1420. Aluminijum-litijum leguru koja se koristi u putničkom avionu C919 isporučuje Alcoa. Na domaćem tržištu se mogu proizvoditi samo ograničene vrste legura kao što su 1420, 2195, 2197 i 2A97, a ingoti su samo ravni ingoti ispod ((310~400)×1280×4000) mm i okrugli ingoti ispod φ650 mm. Ravni ingoti (2B16) debljine veće od 60 mm i širine veće od 1500 mm, te ingoti (2B16) promjera većeg od 1500 mm u području vrhunskih zrakoplovnih primjena još uvijek nisu industrijski proizvedeni. Stoga je od velikog značaja razvoj novog dizajna aluminijsko-litijumskih legura, priprema ultra velikih ingota i tehnologija duboke obrade.
Aluminijska legura otporna na toplinu
Termootporne aluminijske legure su ključni osnovni materijali u oblastima vazduhoplovstva, automobila, željezničkog transporta itd. Regulisanjem elemenata kao što su Si, Fe, Ni, Ag i rijetke zemlje, aluminijske legure su otporne na oksidaciju i puzanje na visokim temperaturama. Tradicionalne termootporne aluminijske legure uključuju: 2519, 2618, 2219, 2D70, itd. S brzim razvojem vazduhoplovne i automobilske industrije, postavljaju se veći zahtjevi za termootporne aluminijske legure. Nova generacija borbenih aviona ima veliku brzinu krstarenja, a radna temperatura oplate trupa je iznad 150°C. Trenutno je dugoročna temperatura upotrebe termootpornih aluminijskih legura kao što su 2618 i 2D70 ispod 150°C. Imperativ je razvoj novih termootpornih aluminijskih legura.
Al-Sc legura sa ultra niskim sadržajem skandija (Sc)
Al-Sc legura ima odlična svojstva kao što su visoka čvrstoća, dobra plastičnost i otpornost na koroziju, te je postala nova generacija laganih materijala za vazduhoplovstvo, brodove itd. nakon Al-Li legure. Zatezna čvrstoća Al-Mg legure koja sadrži tragove skandija je 30% veća od one kod legure 5083, a granica tečenja je više nego udvostručena. Njena zavarljivost je uporediva sa zavarljivošću konvencionalnih legura serije 5XXX, mehanička svojstva zone uticaja toplote i zavara su približno jednaka svojstvima matrice, a njena otpornost na koroziju je uporediva sa zavarljivošću legure 5083. Zamjenom legura serije 5XXX ili 6XXX u proizvodnji vazduhoplovnih komponenti mogu se postići značajni efekti smanjenja težine, a također je superioran materijal za automobile i željeznička vozila. Rusija je u prvom planu svijeta u razvoju aluminijskih legura koje sadrže skandij i formirala je legure Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc i Al-Cu-Mg-Sc sa sadržajem skandija od 0,18% do 0,5%. Kako bi se promovirala primjena aluminijskih legura i skandija u zrakoplovstvu i automobilskoj industriji, kinesko Ministarstvo industrije i informacijske tehnologije uvrstilo je aluminijske legure koje sadrže skandij na listu novih materijala za prioritetni razvoj. Kina je bogata resursima skandija i izgradila je proizvodnu liniju za ekstrakciju visokočistog skandij oksida, postavljajući temelje za razvoj aluminijskih legura i skandija.
Aluminijska legura za vruće štancanje klase 500 MPa za automobile
U Kini još uvijek postoji praznina u području vrućeg štancanja materijala od visokočvrstih aluminijskih legura. Kombinacija novih materijala i razvoja novih procesa oblikovanja predstavlja efikasno sredstvo za rješavanje problema oblikovanja automobilskih dijelova od visokočvrstih aluminijskih legura. Fokusiranje na legure serije 7XXX, aktivno istraživanje legura 2XXX i razvoj materijala od aluminijskih legura klase 500 MPa za vruće štancanje imaju važne izglede za proizvodnju automobilskih dijelova složenih oblika.
Kompozitni materijali na bazi aluminija
Višeslojna kompozitna ploča od aluminija i čelika: Učinkovita veza između aluminijskih i čeličnih paluba postala je jedno od ograničenja za olakšavanje težine nadgradnji velikih brodova. Prelazni spoj od aluminija i čelika, kompozitni spoj koji se koristi za zavarivanje između aluminijskih i čeličnih trupova, pruža rješenje koje zamjenjuje tradicionalni proces zakivanja. Honda je razvila tehnologiju spajanja čelika i aluminija koja će se globalno koristiti u masovno proizvedenim okvirima automobila. Trenutno se kompozitni spojevi od aluminija i čelika koji se koriste u Kini uglavnom uvoze iz inostranstva, s cijenom i do 4×10⁶ CNY/t. S budućim velikim brodovima, za prelazne spojeve potrebne su više temperature zavarivanja, veće naprezanje ležaja i jače veze, a hitno su potrebni visokoučinkoviti spojevi od aluminija i čelika.
Vrijeme objave: 08.03.2025.
