Алуминијум је најзаступљенији метални елемент у Земљиној кори. То је обојени метал са другом највећом производњом и употребом у свету после челика. Има ниску густину, око 1/3 челика. Пошто је чисти алуминијум мекан и има ниску чврстоћу, додавањем мале количине елемената као што су магнезијум, бакар, цинк, силицијум и литијум алуминијуму, перформансе легуре алуминијума су боље. Легуре алуминијума су најчешће коришћени конструкциони материјали од обојених метала у индустрији због својих одличних механичких својстава и отпорности на корозију. Широко се користе у грађевинарству, ваздухопловству, аутомобилској индустрији, производњи машина, бродоградњи и хемијској индустрији.
Алуминијумске легуре имају одлична својства у механици и хемији:
① Механички аспекти, углавном се огледају у ниској густини, високој чврстоћи, високом модулу итд. Алуминијум има ниску густину и лакши је од других метала, само 1/4 челика, тако да је погодан за употребу у областима са високим захтевима за лакоћом;
② Што се тиче хемијских својстава, пошто легура алуминијума може да формира густи оксидни филм на својој површини на ваздуху, може се заштитити од дубоке оксидације. Стога има одличну отпорност на корозију и веома стабилан хемијски састав.
③Легура алуминијума има добру пластичност и може се обрађивати у различите профиле. Има одличну електричну и топлотну проводљивост. Због тога се широко користи у индустрији, а по употреби је друга, одмах после челика.
Тренутно, у индустрији постоји више од 250 легура алуминијума са различитим саставима. Да би се олакшало разликовање, према различитим саставима легура, Кина усваја међународно прихваћену методу класификације са четири цифре како би се олакшало обележавање производног места, меморија и управљање прорачунима. Легуре алуминијума које се користе у војној индустрији углавном укључују легуре алуминијум-литијума, серије 2XXX (A1-Cu-Mg) и легуре алуминијума серије 7XXX.
Тржишна потражња и тренд развоја различитих материјала од легура алуминијума
Алуминијумска легура серије 2XXX
Алуминијумске легуре серије 2XXX (A1-Cu-Mg) имају високу затезну чврстоћу, жилавост и чврстоћу на замор, добру отпорност на топлоту, својства обраде и заваривања, и широко се користе у ваздухопловној, аутомобилској и индустрији оружја. Главне класе су 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12, итд. Развијен је низ легура за побољшање чврстоће, усклађивања жилавости и толеранције на оштећења, као што су легуре 2024, 2124, 2524, 2324, итд.
Кинески модели опреме развијају се у правцу мале тежине, дугог века трајања, високе поузданости и ниске цене, и имају високе захтеве за жилавост на лом, отпорност на ширење пукотина и отпорност на корозију материјала облоге трупа. На основу дебеле плоче алуминијумске легуре 2024-T351, стране земље су развиле 2324, 2624 и друге алуминијумске легуре високе толеранције на оштећења за доњу површину крила са различитим чврстоћама, жилавошћу, отпорношћу на замор и корозију, и постигле су инсталацију и примену. Кина развија алуминијумске легуре високе толеранције на оштећења серије 2XXX. У будућности, композитно микролегирање ће бити важан правац развоја за алуминијумске легуре високе чврстоће серије Al-Cu-Mg.
Алуминијумска легура серије 4XXX
Тренутно се еутектичке и хипоеутектичке Al-Si легуре углавном користе за аутомобилске клипове у Кини. Међутим, са сталним побољшањем захтева за перформансама мотора, тешко је испунити захтеве за перформансе. Хипереутектичка Al-Si легура има ниску густину, мали коефицијент линеарног ширења, већу отпорност на хабање и стабилност запремине, и идеалнији је материјал за клипове у поређењу са еутектичким Al-Si легурама. Хипереутектички Al-Si клипови се масовно производе у иностранству и примењују на камионе и аутомобиле, као што су легура A390 у Сједињеним Државама, легуре AC9A и AC8A (ZL109) у Јапану и легура A390 у Аустралији. Међутим, тренутно постоји мало произвођача у Кини који производе хипереутектичке Al-Si клипове од легура, а већина њих се ослања на увоз. Поред тога, постоји велика разлика између материјала од легура алуминијума за аутомобилске турбопуњаче и страних земаља. Високоперформансни материјали од легура алуминијума за аутомобилске турбопуњаче углавном се ослањају на Јапан и друге земље. Стога је императив развити кључне материјале од легура алуминијума за аутомобилске турбопуњаче високог учинка за клипове и импелере турбопуњача високог учинка.
Алуминијумске легуре серије 5XXX
Al-Mg легуре, посебно Al-Mg легуре са високим садржајем Mg, имају високу специфичну чврстоћу, добру заварљивост и отпорност на корозију, и постаће веома конкурентни материјали у будућем ваздухопловству, брзим возовима, океанима и другим областима. Тренутно, плоче, профили и жице за заваривање од Al-Mg легура за ваздухопловство, возове, океане и друге примене углавном се ослањају на увоз. Тржиште висококвалитетних жица за заваривање је у основи монополизовано од стране ALCOA у Сједињеним Државама. Легуре ER5183 и ER5356 се углавном ослањају на увоз, а обим увоза чини око 70% њихове продаје. Al-Mg легуре за бродове углавном се ослањају на Русију. Конвенционални инготи легура са високим садржајем Mg имају добро развијене дендрите, јаку сегрегацију еутектичке фазе и лоше перформансе обликовања. Тренутне методе обраде и даље имају много проблема, као што су ниске перформансе, лош привидни квалитет, дуг процес, нестабилан квалитет и низак принос. Суббрзо очвршћавање и обликовање могу инхибирати таложење Mg, а истовремено се могу регулисати да би се добили фини кристали са једнаким осама и нано-таложене фазе, значајно побољшавајући перформансе и уједначеност материјала. Стога се очекује да ће развој технологије континуираног реолошког екструзионог и ваљачког ваљања са суббрзим очвршћавањем за висококвалитетне Al-Mg легуре задовољити потражњу за висококвалитетним Al-Mg легурама.
Алуминијумске легуре серије 6XXX
Алуминијумске легуре серије 6XXX су кључни материјали у областима железничког транзита, аутомобила, електронике итд. Од 1980-их, развијене земље и региони попут Европе, Сједињених Држава и Јапана развили су алуминијумске легуре за аутомобиле, регистровали су класе као што су 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 и 6082, и формирали релативно комплетан систем производње и примене за панеле каросерије аутомобила, екструзије, отковке итд. Истраживање и развој индустријализације панела каросерије и отковака од алуминијумских легура серије 6XXX у Кини су тек почели и постоји јасан јаз. Министарство индустрије и информационих технологија Кине предложило је да се развије лим од аутомобилских легура алуминијума: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022, итд. Типичан лим од алуминијумске легуре серије 6XXX има издужење A50 од најмање 25%, r вредност од најмање 0,60, границу течења при паркирању од 60 дана Rp0.2 од најмање 140 N/mm2 и повећање границе течења при очвршћавању боје од најмање 80 N/mm2. Као одговор на различите потребе, развој технологије дизајна, припреме и обраде алуминијумских легура серије 6XXX постао је неизбежан тренд развоја.
Алуминијумске легуре серије 7XXX
Алуминијумске легуре серије 7XXX имају добру отпорност на корозију под напоном и најјача су серија међу легурама алуминијума. Међународно су признате као материјали за основну конструкцију ваздухопловства. Недавно су стране земље развиле легуру 7055 (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr), чија граница течења прелази 620 MPa у стању T77511. Користи се у авионима Боинг 777 и смањује тежину за 635 кг. Тренутно, Кини недостаје систематски дизајн легура и технологија припреме и обраде алуминијумских легура серије 7XXX за ваздухопловство, а неки производи су потпуно зависни од увоза. Због великих ингота алуминијумских легура серије 7XXX са много легирајућих елемената, широког опсега очвршћавања, великог напона ливења и лаке оксидације/сегрегације легирајућих елемената, металуршки квалитет ингота је лош, а перформансе обликовања на собној температури су ниске, па је од великог значаја развој нових алуминијумских легура серије 7XXX.
Алуминијум-литијумска (Al-Li) легура
Алуминијум-литијумска легура је најбрже растући лаки материјал у области ваздухопловства последњих година. Има карактеристике ниске густине, високог модула еластичности, високе специфичне крутости, добрих перформанси на замор и отпорности на корозију. Након замене конвенционалних алуминијумских легура, маса се може смањити за 10%~20%, а крутост се може повећати за 15%~20%. Почетком 21. века, америчка компанија ALCOA покренула је „ALCOA Aviation 20/20 Plan“, са циљем смањења трошкова и тежине алуминијумских легура за по 20% у року од 20 година. Constellium је развио алуминијум-литијумске легуре 2050 и 2198 (Al-Cu-Li-Mg-Ag) са ниском густином, високом жилавошћу и високом толеранцијом на оштећења. У Кини је независно развијено веома мало врста Al-Li легура, а коришћена је само легура 1420. Алуминијум-литијумску легуру која се користи у путничком авиону C919 обезбеђује Alcoa. На домаћем тржишту могу се производити само ограничене врсте легура као што су 1420, 2195, 2197 и 2А97, а инготи су само равни инготи испод ((310~400)×1280×4000) мм и округли инготи испод φ650 мм. Равни инготи (2Б16) дебљине веће од 60 мм и ширине веће од 1500 мм, и инготи (2Б16) пречника већег од 1500 мм у области висококвалитетних авионских примена још увек нису индустријски произведени. Стога је од великог значаја развој новог дизајна легура алуминијум-литијума, припреме ултра великих ингота и технологије дубоке обраде.
Алуминијумска легура отпорна на топлоту
Алуминијумске легуре отпорне на топлоту су кључни основни материјали у областима ваздухопловства, аутомобила, железничког транспорта итд. регулисањем елемената као што су Si, Fe, Ni, Ag и ретки земни елементи, алуминијумске легуре су отпорне на оксидацију и пузање на високим температурама. Традиционалне алуминијумске легуре отпорне на топлоту укључују: 2519, 2618, 2219, 2D70 итд. Са брзим развојем ваздухопловне и аутомобилске индустрије, постављају се већи захтеви за алуминијумске легуре отпорне на топлоту. Нова генерација борбених авиона има велику брзину крстарења, а радна температура облоге трупа је изнад 150°C. Тренутно је температура дуготрајне употребе алуминијумских легура отпорних на топлоту као што су 2618 и 2D70 испод 150°C. Императив је развити нове алуминијумске легуре отпорне на топлоту.
Al-Sc легура са ултра ниским садржајем скандијума (Sc)
Al-Sc легура има одлична својства као што су висока чврстоћа, добра пластичност и отпорност на корозију, те је постала нова генерација лаких материјала за ваздухопловство, бродове итд. након Al-Li легуре. Затезна чврстоћа Al-Mg легуре која садржи трагове скандијума је 30% већа од легуре 5083, а граница течења је више него удвостручена. Њена заварљивост је упоредива са конвенционалним легурама серије 5XXX, механичка својства зоне утицаја топлоте и завара су приближно једнака онима матрице, а њена отпорност на корозију је упоредива са легуром 5083. Заменом легура серије 5XXX или 6XXX у производњи ваздухопловних компоненти могу се постићи значајни ефекти смањења тежине, а такође је супериорни материјал за аутомобиле и шинска возила. Русија је у првим редовима света у развоју легура алуминијума које садрже скандијум и формирала је легуре Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc и Al-Cu-Mg-Sc са садржајем скандијума од 0,18%~0,5%. Да би се промовисала примена легура алуминијума и скандијума у ваздухопловству и аутомобилској индустрији, кинеско Министарство индустрије и информационих технологија уврстило је легуре алуминијума које садрже скандијум на листу нових материјала за приоритетни развој. Кина је богата ресурсима скандијума и изградила је производну линију за екстракцију високочистог скандијум оксида, постављајући темеље за развој легура алуминијума и скандијума.
Алуминијумска легура за вруће штанцање класе 500 МПа за аутомобиле
У Кини још увек постоји празнина у производњи материјала од алуминијумских легура високе чврстоће методом топлог штанцања. Комбинација нових материјала и развоја нових процеса обликовања је ефикасно средство за решавање проблема обликовања аутомобилских делова од алуминијумских легура високе чврстоће. Фокусирање на легуре серије 7XXX, активно истраживање легура 2XXX и развој материјала од алуминијумских легура класе тврдоће 500 MPa за топло штанцање имају важне перспективе за производњу аутомобилских делова сложених облика.
Композитни материјали на бази алуминијума
Вишеслојна композитна плоча од алуминијума и челика: Ефикасна веза између алуминијумских и челичних палуба постала је једно од ограничења за олакшавање надградњи великих бродова. Прелазни спој од алуминијума и челика који се користи за заваривање између алуминијумских и челичних трупова пружа решење које замењује традиционални процес закивања. Хонда је развила технологију спајања челика и алуминијума која ће се користити глобално у масовно произведеним аутомобилским оквирима. Тренутно се композитни спојеви од алуминијума и челика који се користе у Кини углавном увозе из иностранства, са ценом и до 4×10⁶ CNY/т. Са будућим великим бродовима, потребне су веће температуре заваривања, веће напрезање лежајева и јаче везивне површине за прелазне спојеве, а хитно су потребни високоперформансни спојеви од алуминијума и челика.
Време објаве: 08.03.2025.
