Alumiinium on maakoores kõige levinum metallelement. See on maailmas terase järel suuruselt teine toodangu ja kasutusega mitteraudmetall. Selle tihedus on madal, umbes 1/3 terase tihedusest. Kuna puhas alumiinium on pehme ja madala tugevusega, siis väikese koguse elementide, näiteks magneesiumi, vase, tsingi, räni ja liitiumi lisamine parandab alumiiniumisulami jõudlust. Alumiiniumsulamid on tööstuses kõige laialdasemalt kasutatavad mitteraudmetallist konstruktsioonimaterjalid tänu oma suurepärastele mehaanilistele omadustele ja korrosioonikindlusele. Neid on laialdaselt kasutatud ehituses, lennunduses, autotööstuses, masinaehituses, laevaehituses ja keemiatööstuses.
Alumiiniumsulamitel on suurepärased omadused mehaanikas ja keemias:
1. Mehaanilised aspektid, mis kajastuvad peamiselt madalas tiheduses, suures tugevuses, kõrges moodulis jne. Alumiiniumil on madal tihedus ja see on kergem kui teised metallid, vaid 1/4 terasest, seega sobib see kasutamiseks valdkondades, kus on kõrged kergekaalu nõuded.
2 Keemiliste omaduste osas, kuna alumiiniumisulam võib õhu käes oma pinnale moodustada tiheda oksiidikihi, suudab see end kaitsta sügava oksüdeerumise eest. Seetõttu on sellel suurepärane korrosioonikindlus ja väga stabiilne keemiline koostis.
③Alumiiniumisulam on hea plastilisusega ja seda saab töödelda mitmesugusteks profiilideks. Sellel on suurepärane elektri- ja soojusjuhtivus. Seetõttu kasutatakse seda laialdaselt tööstuses ja selle kasutusala on terase järel teisel kohal.
Praegu on tööstuses üle 250 erineva koostisega alumiiniumisulami. Eristamise hõlbustamiseks vastavalt erinevatele sulami koostistele võtab Hiina kasutusele rahvusvaheliselt aktsepteeritud neljakohalise klassifikatsioonimeetodi, mis hõlbustab tootmiskoha märgistamist, mälu ja arvutuste haldamist. Sõjatööstuses kasutatavate alumiiniumisulamite hulka kuuluvad peamiselt alumiinium-liitiumsulamid, 2XXX (A1-Cu-Mg) seeria ja 7XXX seeria alumiiniumisulamid.
Erinevate alumiiniumisulamite materjalide turunõudlus ja arengusuund
2XXX seeria alumiiniumisulam
2XXX (A1-Cu-Mg) seeria alumiiniumisulamitel on kõrge tõmbetugevus, sitkus ja väsimuskindlus, hea kuumakindlus, töötlemis- ja keevitusomadused ning neid kasutatakse laialdaselt lennunduses, autotööstuses ja relvatööstuses. Peamised klassid on 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12 jne. Tugevuse, sitkuse vastavuse ja kahjustustaluvuse parandamiseks on välja töötatud rida sulameid, näiteks 2024, 2124, 2524, 2324 sulamid jne.
Hiina seadmete mudelid arenevad kerge kaalu, pika eluea, kõrge töökindluse ja madala hinna suunas ning neil on kere kattematerjalile kõrged nõuded purunemiskindluse, pragude levikukindluse ja korrosioonikindluse osas. Välisriigid on 2024-T351 alumiiniumisulamist paksu plaadi baasil välja töötanud 2324, 2624 ja muud kõrge kahjustustaluvusega alumiiniumisulamid alumise tiiva pinna jaoks, millel on erinev tugevus, sitkus, väsimus- ja korrosioonikindlus ning mis on saavutanud paigaldamise ja rakendamise. Hiina arendab kõrge kahjustustaluvusega 2XXX seeria alumiiniumisulameid. Tulevikus on komposiitmikrolegeerimine oluline arendussuund Al-Cu-Mg seeria kõrge tugevusega alumiiniumisulamite jaoks.
4XXX seeria alumiiniumisulam
Praegu kasutatakse Hiinas autokolbide jaoks peamiselt eutektilisi ja hüpoeutektilisi Al-Si sulameid. Mootori jõudlusnõuete pideva täiustamise tõttu on aga jõudlusnõudeid raske täita. Hüpereutektilisel Al-Si sulamil on madal tihedus, väike lineaarpaisumistegur, suurem kulumiskindlus ja mahu stabiilsus ning see on eutektiliste Al-Si sulamitega võrreldes ideaalsem kolvimaterjal. Hüpereutektilisi Al-Si sulamist kolbe on välismaal masstoodanguna kasutatud veoautodes ja sõiduautodes, näiteks A390 sulam Ameerika Ühendriikides, AC9A ja AC8A (ZL109) sulam Jaapanis ning A390 sulam Austraalias. Hiinas on aga praegu vähe tootjaid, kes toodavad hüpereutektilisi Al-Si sulamist kolbe, ja enamik neist tugineb impordile. Lisaks on suur lõhe autode turbolaadurite alumiiniumisulamite materjalide ja välisriikide vahel. Kõrgjõudlusega autode turbolaadurite alumiiniumisulamite materjalid tuginevad peamiselt Jaapanile ja teistele riikidele. Seetõttu on hädavajalik välja töötada võtmetähtsusega autode alumiiniumisulamite materjalid suure jõudlusega kolbide ja turbolaaduri tiivikute jaoks.
5XXX seeria alumiiniumisulamid
Al-Mg sulamitel, eriti kõrge Mg sisaldusega Al-Mg sulamitel, on kõrge eritugevus, hea keevitatavus ja korrosioonikindlus ning neist saavad tulevases lennunduses, kiirrongides, ookeanides ja muudes valdkondades väga konkurentsivõimelised materjalid. Praegu sõltuvad Al-Mg sulamist plaadid, profiilid ja keevitustraadid lennunduses, rongides, ookeanides ja muudes rakendustes peamiselt impordist. Ameerika Ühendriikides on ALCOA kõrgklassi keevitustraatide turg põhimõtteliselt monopoliseeritud. ER5183 ja ER5356 sulamid sõltuvad peamiselt impordist ning impordimaht moodustab umbes 70% nende müügist. Laevade Al-Mg sulamid sõltuvad peamiselt Venemaast. Tavapärastel kõrge Mg sisaldusega sulamite valuplokkidel on hästi arenenud dendriidid, tugev eutektilise faasi segregatsioon ja halb vormimisvõime. Praegustel töötlemismeetoditel on endiselt palju probleeme, näiteks madal jõudlus, halb nähtav kvaliteet, pikk protsess, ebastabiilne kvaliteet ja madal saagikus. Liiga kiire tahkestumine ja vormimine võivad pärssida Mg sadestumist ning samal ajal saab seda reguleerida, et saada peeneid ekviakse kristallide ja nanoosakestega faaside konstruktsioone, mis parandab oluliselt materjali jõudlust ja ühtlust. Seetõttu eeldatakse, et ülikiire tahkestumisega pideva reoloogilise ekstrusiooni ja valtsimise tehnoloogia väljatöötamine kõrgjõudlusega Al-Mg sulamite jaoks vastab nõudlusele kvaliteetsete Al-Mg sulamite järele.
6XXX seeria alumiiniumisulamid
6XXX seeria alumiiniumisulamist materjalid on võtmematerjalid raudteetranspordi, autode, elektroonika jms valdkonnas. Alates 1980. aastatest on arenenud riigid ja piirkonnad, nagu Euroopa, Ameerika Ühendriigid ja Jaapan, välja töötanud autodele mõeldud alumiiniumisulameid, mis on registreeritud klassides nagu 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 ja 6082, ning moodustanud suhteliselt tervikliku tootmis- ja rakendussüsteemi autokerepaneelide, ekstrusioonide, sepiste jms jaoks. 6XXX seeria alumiiniumisulamist kerepaneelide ja sepistete industrialiseerimise uurimine ja arendamine Hiinas on just alanud ning seal on selge lünk. Hiina tööstus- ja infotehnoloogiaministeerium on teinud ettepaneku arendada järgmisi autotööstuse alumiiniumisulamist lehti: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022 jne. Tüüpilise 6XXX-seeria alumiiniumisulamist lehe venivus A50 on vähemalt 25%, r väärtus vähemalt 0,60, 60 päeva parkimisvoolavuspiir Rp0.2 vähemalt 140 N/mm2 ja värvi kõvenemise voolavuspiiri juurdekasv vähemalt 80 N/mm2. Vastuseks erinevatele vajadustele on 6XXX-seeria alumiiniumisulamite projekteerimis-, ettevalmistus- ja töötlemistehnoloogia arendamine muutunud vältimatuks arengusuunaks.
7XXX seeria alumiiniumisulamid
7XXX seeria alumiiniumisulamitel on hea pingekorrosioonikindlus ja need on alumiiniumisulamite seas tugevaimad seeriad. Neid tunnustatakse rahvusvaheliselt lennunduse selgroogmaterjalidena. Hiljuti on välisriigid välja töötanud 7055 sulami (Al8Zn-2,05Mg-2,3Cu-0,16Zr), mille voolavuspiir T77511 olekus ületab 620 MPa. Seda kasutatakse Boeing 777 lennukites ja see vähendab kaalu 635 kg. Praegu puudub Hiinal süstemaatiline sulamite projekteerimine, ettevalmistus- ja töötlemistehnoloogia 7XXX seeria alumiiniumisulamite jaoks lennunduses ning mõned tooted sõltuvad täielikult impordist. Kuna 7XXX seeria alumiiniumisulamite suuremahulised valuplokid sisaldavad palju sulamielemente, laia tahkumisvahemikku, suurt valamispinget ja sulamielementide lihtsat oksüdeerumist/eraldumist, valuplokkide metallurgiline kvaliteet on halb ja toatemperatuuril vormimise jõudlus madal, on uute 7XXX seeria alumiiniumisulamite väljatöötamine väga oluline.
Alumiinium-liitiumi (Al-Li) sulam
Alumiinium-liitiumsulam on viimastel aastatel lennundusmaterjalide seas kiiremini kasvav kerge materjal. Sellel on madala tiheduse, kõrge elastsusmooduli, kõrge erijäikuse, hea väsimuskindluse ja korrosioonikindluse omadused. Pärast tavapäraste alumiiniumisulamite asendamist saab massi vähendada 10–20% ja jäikust suurendada 15–20%. 21. sajandi alguses käivitas Ameerika ettevõte ALCOA plaani „ALCOA Aviation 20/20“, mille eesmärk on vähendada lennundusalumiiniumsulamite maksumust ja kaalu 20 aasta jooksul kumbki 20%. Constellium on välja töötanud madala tiheduse, suure sitkuse ja kõrge kahjustustaluvusega 2050 ja 2198 alumiinium-liitiumsulamid (Al-Cu-Li-Mg-Ag). Hiinas on iseseisvalt välja töötatud väga vähe Al-Li sulami klasse ja kasutatud on ainult 1420 sulamit. C919 reisilennukis kasutatava alumiinium-liitiumsulamit tarnib Alcoa. Kodumaal on võimalik toota vaid piiratud koguses sulameid, näiteks 1420, 2195, 2197 ja 2A97, ning valuplokid on ainult lamedad valuplokid läbimõõduga alla ((310–400) × 1280 × 4000) mm ja ümmargused valuplokid läbimõõduga alla φ650 mm. Tööstuslikult ei ole veel toodetud lamedaid valuplokke (2B16) paksusega üle 60 mm ja laiusega üle 1500 mm ning valuplokke (2B16) läbimõõduga üle 1500 mm tipptasemel lennundusrakenduste valdkonnas. Seetõttu on uute alumiinium-liitiumsulamite disainide, ülisuurte valuplokkide ettevalmistamise ja sügavtöötlemistehnoloogia väljatöötamine väga oluline.
Kuumuskindel alumiiniumisulam
Kuumuskindlad alumiiniumisulamid on olulised alusmaterjalid lennunduses, autotööstuses, raudteetranspordis jne. Reguleerides selliseid elemente nagu Si, Fe, Ni, Ag ja haruldased muldmetallid, muutes alumiiniumisulamid oksüdeerumiskindlaks ja kõrgetel temperatuuridel roomamiskindlaks. Traditsiooniliste kuumuskindlate alumiiniumisulamite hulka kuuluvad: 2519, 2618, 2219, 2D70 jne. Lennundus- ja autotööstuse kiire arenguga seatakse kuumuskindlatele alumiiniumisulamitele kõrgemad nõuded. Uue põlvkonna hävituslennukitel on suur püsikiirus ja kerekatte töötemperatuur on üle 150 °C. Praegu on kuumakindlate alumiiniumisulamite, näiteks 2618 ja 2D70, pikaajaline kasutustemperatuur alla 150 °C. Uute kuumakindlate alumiiniumisulamite väljatöötamine on hädavajalik.
Al-Sc sulam ülimadala skandiumi (Sc) sisaldusega
Al-Sc sulamil on suurepärased omadused, nagu kõrge tugevus, hea plastilisus ja korrosioonikindlus, ning sellest on saanud Al-Li sulami järel uue põlvkonna kerge materjal lennunduse, laevade jms jaoks. Skandiumijälgedes sisalduva Al-Mg sulami tõmbetugevus on 30% suurem kui 5083 sulamil ja voolavuspiir on enam kui kahekordne. Selle keevitatavus on võrreldav tavapäraste 5XXX seeria sulamitega, kuumusmõjutsooni ja keevisõmbluse mehaanilised omadused on ligikaudu võrdsed maatriksi omadustega ning selle korrosioonikindlus on võrreldav 5083 sulami omaga. 5XXX või 6XXX seeria sulamite asendamine lennunduskomponentide tootmisel võib saavutada märkimisväärse kaalulanguse efekti ning see on ka parem materjal autodele ja raudteesõidukitele. Venemaa on skandiumi sisaldavate alumiiniumisulamite arendamisel maailmas esirinnas ning on moodustanud Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc ja Al-Cu-Mg-Sc sulameid skandiumisisaldusega 0,18%–0,5%. Alumiinium-skandiumisulamite kasutamise edendamiseks lennunduses ja autotööstuses on Hiina tööstus- ja infotehnoloogiaministeerium nimetanud skandiumi sisaldavad alumiiniumisulamid üheks uueks prioriteetseks arendusmaterjaliks. Hiina on rikas skandiumiressursside poolest ja on ehitanud kõrge puhtusastmega skandiumoksiidi ekstraheerimise tootmisliini, mis paneb aluse alumiinium-skandiumisulamite arendamisele.
500 MPa klassi kuumstantsimisalumiiniumisulam autodele
Hiinas on kõrgtugevate alumiiniumisulamite kuumstantsimise valdkonnas endiselt puudujääke. Uute materjalide ja vormimisprotsesside kombinatsioon on tõhus viis kõrgtugevate alumiiniumisulamite autoosade vormimise probleemi lahendamiseks. Keskendumine 7XXX seeria sulamitele, 2XXX sulamite aktiivne uurimine ja 500 MPa klassi alumiiniumisulamite väljatöötamine kuumstantsimiseks pakub olulisi väljavaateid keeruka kujuga autoosade tootmiseks.
Alumiiniumipõhised komposiitmaterjalid
Alumiinium-terasest mitmekihiline komposiitplaat: alumiiniumi ja terase tekkide vaheline efektiivne ühendus on muutunud üheks suurte laevade pealisehitiste kergendamise piiranguks. Alumiinium-terasest komposiitüleminekuühendus, mida kasutatakse alumiinium- ja teraskere vaheliseks keevitamiseks, pakub lahenduse traditsioonilise neetimisprotsessi asendamiseks. Honda on välja töötanud terase ja alumiiniumi ühendustehnoloogia, mida hakatakse ülemaailmselt kasutama masstoodanguna toodetud autoraamides. Praegu imporditakse Hiinas kasutatavaid alumiinium-terasest komposiitühendusi peamiselt välismaalt, mille hind ulatub kuni 4 × 10⁶ CNY/t. Tulevaste suurte laevade puhul on üleminekuühenduste jaoks vaja kõrgemaid keevitustemperatuure, suuremat kandevõimet ja tugevamaid liimühendusi ning hädasti on vaja suure jõudlusega alumiinium-terasest ühendusi.
Postituse aeg: 08.03.2025
