Hliník je najrozšírenejším kovovým prvkom v zemskej kôre. Je to neželezný kov s druhou najväčšou produkciou a použitím na svete po oceli. Má nízku hustotu, približne 1/3 ocele. Keďže čistý hliník je mäkký a má nízku pevnosť, pridaním malého množstva prvkov, ako je horčík, meď, zinok, kremík a lítium, do hliníka sa zlepšujú vlastnosti hliníkovej zliatiny. Hliníkové zliatiny sú najpoužívanejšími konštrukčnými materiálmi z neželezných kovov v priemysle vďaka svojim vynikajúcim mechanickým vlastnostiam a odolnosti proti korózii. Široko sa používajú v stavebníctve, leteckom priemysle, automobilovom priemysle, strojárstve, lodiarstve a chemickom priemysle.
Hliníkové zliatiny majú vynikajúce vlastnosti v mechanike a chémii:
① Mechanické aspekty, ktoré sa prejavujú najmä nízkou hustotou, vysokou pevnosťou, vysokým modulom atď. Hliník má nízku hustotu a je ľahší ako iné kovy, tvorí iba štvrtinu ocele, takže je vhodný na použitie v oblastiach s vysokými požiadavkami na nízku hmotnosť;
② Pokiaľ ide o chemické vlastnosti, hliníková zliatina dokáže na vzduchu tvoriť na svojom povrchu hustý oxidový film, čo jej bráni pred hlbokou oxidáciou. Preto má vynikajúcu odolnosť voči korózii a veľmi stabilné chemické zloženie.
③Hliníková zliatina má dobrú plasticitu a možno ju spracovať do rôznych profilov. Má vynikajúcu elektrickú a tepelnú vodivosť. Preto sa široko používa v priemysle a jej použitie je druhé najpoužívanejšie hneď po oceli.
V súčasnosti existuje v priemysle viac ako 250 hliníkových zliatin s rôznym zložením. Aby sa uľahčilo rozlišovanie podľa rôznych zložení zliatin, Čína prijala medzinárodne uznávanú štvorcifernú klasifikačnú metódu, ktorá uľahčuje označovanie výrobného miesta, správu pamäte a výpočtov. Hliníkové zliatiny používané vo vojenskom priemysle zahŕňajú najmä zliatiny hliníka a lítia, série 2XXX (A1-Cu-Mg) a hliníkové zliatiny série 7XXX.
Dopyt na trhu a trend vývoja rôznych materiálov z hliníkových zliatin
Hliníková zliatina série 2XXX
Hliníkové zliatiny radu 2XXX (A1-Cu-Mg) majú vysokú pevnosť v ťahu, húževnatosť a únavovú pevnosť, dobrú tepelnú odolnosť, spracovateľské a zváracie vlastnosti a sú široko používané v leteckom, automobilovom a zbrojárskom priemysle. Hlavné triedy sú 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12 atď. Bol vyvinutý rad zliatin na zlepšenie pevnosti, zhody húževnatosti a odolnosti voči poškodeniu, ako napríklad zliatiny 2024, 2124, 2524, 2324 atď.
Čínske modely zariadení sa vyvíjajú smerom k nízkej hmotnosti, dlhej životnosti, vysokej spoľahlivosti a nízkym nákladom a kladú vysoké požiadavky na lomovú húževnatosť, odolnosť proti šíreniu trhlín a odolnosť proti korózii materiálu poťahu trupu. Na základe hrubého plechu z hliníkovej zliatiny 2024-T351 vyvinuli zahraničné krajiny hliníkové zliatiny 2324, 2624 a ďalšie s vysokou odolnosťou proti poškodeniu pre spodný povrch krídla s rôznou pevnosťou, húževnatosťou, únavou a odolnosťou proti korózii a dosiahli ich inštaláciu a aplikáciu. Čína vyvíja hliníkové zliatiny radu 2XXX s vysokou odolnosťou proti poškodeniu. V budúcnosti bude kompozitné mikrolegovanie dôležitým smerom vývoja vysokopevnostných hliníkových zliatin radu Al-Cu-Mg.
Hliníková zliatina série 4XXX
V súčasnosti sa v Číne na výrobu automobilových piestov používajú najmä eutektické a hypoeutektické zliatiny Al-Si. S neustálym zlepšovaním požiadaviek na výkon motora je však ťažké splniť tieto požiadavky. Hypereutektická zliatina Al-Si má nízku hustotu, malý koeficient lineárnej rozťažnosti, vyššiu odolnosť proti opotrebovaniu a objemovú stabilitu a je ideálnejším materiálom na piesty v porovnaní s eutektickými zliatinami Al-Si. Piesty zo hypereutektických zliatin Al-Si sa hromadne vyrábajú v zahraničí a používajú sa v nákladných a osobných automobiloch, ako napríklad zliatina A390 v Spojených štátoch, zliatiny AC9A a AC8A (ZL109) v Japonsku a zliatina A390 v Austrálii. V súčasnosti je však v Číne len málo výrobcov, ktorí vyrábajú hypereutektické zliatiny Al-Si, a väčšina z nich sa spolieha na dovoz. Okrem toho existuje veľký rozdiel medzi materiálmi z hliníkových zliatin pre automobilové turbodúchadlá a zahraničím. Vysokovýkonné automobilové turbodúchadlá sa vyrábajú najmä z hliníkových zliatin v Japonsku a iných krajinách. Preto je nevyhnutné vyvinúť kľúčové automobilové hliníkové zliatiny pre vysokovýkonné piesty a obežné kolesá turbodúchadiel.
Hliníkové zliatiny série 5XXX
Zliatiny Al-Mg, najmä zliatiny Al-Mg s vysokým obsahom Mg, majú vysokú špecifickú pevnosť, dobrú zvariteľnosť a odolnosť proti korózii a stanú sa vysoko konkurencieschopnými materiálmi v budúcnosti v leteckom priemysle, vysokorýchlostných vlakoch, oceánoch a iných oblastiach. V súčasnosti sa plechy, profily a zváracie drôty zo zliatin Al-Mg pre letecký priemysel, vlaky, oceány a iné aplikácie spoliehajú najmä na dovoz. Trh s luxusnými zváracími drôtmi je v Spojených štátoch v podstate monopolizovaný spoločnosťou ALCOA. Zliatiny ER5183 a ER5356 sa spoliehajú najmä na dovoz a objem dovozu predstavuje približne 70 % ich predaja. Zliatiny Al-Mg pre lode sa spoliehajú najmä na Rusko. Konvenčné ingoty zo zliatin s vysokým obsahom Mg majú dobre vyvinuté dendrity, silnú segregáciu eutektických fáz a slabý tvárniaci výkon. Súčasné metódy spracovania majú stále mnoho problémov, ako je nízky výkon, nízka zdanlivá kvalita, dlhý proces, nestabilná kvalita a nízky výťažok. Sub-rýchle tuhnutie a tvárnenie môže zabrániť zrážaniu Mg a zároveň ho možno regulovať, aby sa získali jemné rovnoosé kryštály a nano-zrážané fázy, čo výrazne zlepšuje výkon a rovnomernosť materiálu. Preto sa očakáva, že vývoj technológie sub-rýchleho tuhnutia, kontinuálnej reologickej extrúzie a valcovania pre vysokovýkonné zliatiny Al-Mg uspokojí dopyt po vysokokvalitných zliatinách Al-Mg.
Hliníkové zliatiny série 6XXX
Hliníkové zliatiny série 6XXX sú kľúčovými materiálmi v oblastiach železničnej dopravy, automobilov, elektroniky atď. Od 80. rokov 20. storočia rozvinuté krajiny a regióny ako Európa, Spojené štáty a Japonsko vyvinuli hliníkové zliatiny pre automobily, zaregistrovali triedy ako 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 a 6082 a vytvorili relatívne kompletný systém výroby a aplikácie pre panely karosérie automobilov, extrúzie, výkovky atď. Industrializačný výskum a vývoj panelov karosérie a výkovkov zo zliatin hliníka série 6XXX v Číne sa práve začal a existuje jasná medzera. Ministerstvo priemyslu a informačných technológií Číny navrhlo, aby sa vyvinuli tieto plechy zo zliatin hliníka pre automobilový priemysel: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022 atď. Typický plech zo zliatiny hliníka radu 6XXX má predĺženie A50 najmenej 25 %, hodnotu r najmenej 0,60, medzu klzu pri parkovaní po 60 dňoch Rp0,2 najmenej 140 N/mm2 a prírastok medze klzu pri vytvrdzovaní farby najmenej 80 N/mm2. V reakcii na rôzne potreby sa vývoj technológie návrhu, prípravy a spracovania hliníkových zliatin radu 6XXX stal nevyhnutným trendom.
Hliníkové zliatiny série 7XXX
Hliníkové zliatiny série 7XXX majú dobrú odolnosť proti korózii pod napätím a sú najodolnejšími hliníkovými zliatinami. Sú medzinárodne uznávané ako nosné materiály pre letectvo. V poslednej dobe zahraničie vyvinulo zliatinu 7055 (Al8Zn-2,05Mg-2,3Cu-0,16Zr), ktorej medza klzu v stave T77511 presahuje 620 MPa. Používa sa v lietadlách Boeing 777 a znižuje hmotnosť o 635 kg. V súčasnosti Číne chýba systematický návrh zliatin, technológia prípravy a spracovania hliníkových zliatin série 7XXX pre letectvo a niektoré produkty sú úplne závislé od dovozu. Vzhľadom na veľkoobjemové ingoty hliníkových zliatin série 7XXX s mnohými legujúcimi prvkami, širokým rozsahom tuhnutia, veľkým odlievacím napätím a ľahkou oxidáciou/segregáciou legujúcich prvkov je metalurgická kvalita ingotov nízka a výkon tvárnenia pri izbovej teplote je nízky, preto je veľmi dôležité vyvinúť nové hliníkové zliatiny série 7XXX.
Zliatina hliníka a lítia (Al-Li)
Hliníkovo-lítiová zliatina je v posledných rokoch najrýchlejšie rastúcim ľahkým materiálom v leteckej doprave. Vyznačuje sa nízkou hustotou, vysokým modulom pružnosti, vysokou špecifickou tuhosťou, dobrou odolnosťou proti únave a odolnosťou proti korózii. Po nahradení konvenčných hliníkových zliatin je možné znížiť hmotnosť o 10 % až 20 % a zvýšiť tuhosť o 15 % až 20 %. Začiatkom 21. storočia spustila americká spoločnosť ALCOA program „ALCOA Aviation 20/20 Plan“ s cieľom znížiť náklady a hmotnosť leteckých hliníkových zliatin o 20 % v priebehu 20 rokov. Spoločnosť Constellium vyvinula hliníkovo-lítiové zliatiny 2050 a 2198 (Al-Cu-Li-Mg-Ag) s nízkou hustotou, vysokou húževnatosťou a vysokou odolnosťou voči poškodeniu. V Číne je nezávisle vyvinutých len veľmi málo druhov zliatin Al-Li a používa sa iba zliatina 1420. Hliníkovo-lítiovú zliatinu použitú v osobnom lietadle C919 dodáva spoločnosť Alcoa. V domácom prostredí sa dajú vyrábať iba obmedzené druhy zliatin, ako napríklad 1420, 2195, 2197 a 2A97, a ingoty sú iba ploché ingoty s rozmermi menšími ako (310 ~ 400) × 1280 × 4000) mm a okrúhle ingoty s priemerom menším ako φ650 mm. Ploché ingoty (2B16) s hrúbkou viac ako 60 mm a šírkou viac ako 1500 mm a ingoty (2B16) s priemerom viac ako 1500 mm sa v oblasti špičkových leteckých aplikácií ešte priemyselne nevyrábajú. Preto je veľmi dôležité vyvinúť nové konštrukcie hliníkovo-lítiových zliatin, prípravu ultra veľkých ingotov a technológiu hlbokého spracovania.
Tepelne odolná hliníková zliatina
Žiaruvzdorné hliníkové zliatiny sú kľúčovými základnými materiálmi v oblastiach leteckého priemyslu, automobilov, železničnej dopravy atď. Reguláciou prvkov, ako sú Si, Fe, Ni, Ag a vzácne zeminy, sa hliníkové zliatiny stávajú odolnými voči oxidácii a tečeniu pri vysokých teplotách. Medzi tradičné žiaruvzdorné hliníkové zliatiny patria: 2519, 2618, 2219, 2D70 atď. S rýchlym rozvojom leteckého a automobilového priemyslu sa kladú vyššie požiadavky na žiaruvzdorné hliníkové zliatiny. Nová generácia stíhačiek má vysokú cestovnú rýchlosť a prevádzková teplota trupu je nad 150 °C. V súčasnosti je dlhodobá prevádzková teplota žiaruvzdorných hliníkových zliatin, ako sú 2618 a 2D70, nižšia ako 150 °C. Je nevyhnutné vyvinúť nové žiaruvzdorné hliníkové zliatiny.
Zliatina Al-Sc s ultranízkym obsahom skandia (Sc)
Zliatina Al-Sc má vynikajúce vlastnosti, ako je vysoká pevnosť, dobrá plasticita a odolnosť proti korózii, a po zliatine Al-Li sa stala novou generáciou ľahkých materiálov pre letecký priemysel, lode atď. Pevnosť v ťahu zliatiny Al-Mg obsahujúcej stopové množstvá skandia je o 30 % vyššia ako u zliatiny 5083 a medza klzu je viac ako dvojnásobná. Jej zvárateľnosť je porovnateľná s konvenčnými zliatinami série 5XXX, mechanické vlastnosti tepelne ovplyvnenej zóny a zvaru sú približne rovnaké ako u matrice a jej odolnosť proti korózii je porovnateľná s odolnosťou zliatiny 5083. Nahradením zliatin série 5XXX alebo 6XXX pri výrobe leteckých komponentov sa môže dosiahnuť výrazné zníženie hmotnosti a je tiež vynikajúcim materiálom pre automobily a koľajové vozidlá. Rusko je na čele svetového vývoja hliníkových zliatin obsahujúcich skandium a vyvinulo zliatiny Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc a Al-Cu-Mg-Sc s obsahom skandia 0,18 % až 0,5 %. S cieľom podporiť použitie zliatin hliníka a skandia v leteckom a automobilovom priemysle zaradilo čínske ministerstvo priemyslu a informačných technológií hliníkové zliatiny obsahujúce skandium medzi nové materiály s prioritným rozvojom. Čína má bohaté zdroje skandia a vybudovala výrobnú linku na extrakciu vysoko čistého oxidu skandia, čím položila základy pre vývoj zliatin hliníka a skandia.
Hliníková zliatina na lisovanie za tepla s pevnosťou 500 MPa pre automobily
V Číne stále existuje priestor pre horúce lisovanie vysokopevnostných hliníkových zliatin. Kombinácia nových materiálov a vývoja nových procesov tvárnenia je účinným prostriedkom na riešenie problému tvárnenia automobilových dielov z vysokopevnostných hliníkových zliatin. Zameranie sa na zliatiny série 7XXX, aktívne skúmanie zliatin 2XXX a vývoj hliníkových zliatin triedy 500 MPa pre horúce lisovanie majú dôležité perspektívy pre výrobu automobilových dielov zložitých tvarov.
Kompozitné materiály na báze hliníka
Viacvrstvový kompozitný plech z hliníka a ocele: Účinné spojenie medzi hliníkovými a oceľovými palubami sa stalo jedným z obmedzení pre odľahčenie nadstavieb veľkých lodí. Prechodový spoj z hliníka a ocele, ktorý sa používa na zváranie medzi hliníkovými a oceľovými trupmi, poskytuje riešenie, ktoré nahrádza tradičný proces nitovania. Spoločnosť Honda vyvinula technológiu spájania ocele a hliníka, ktorá sa bude používať na celom svete v sériovo vyrábaných rámoch automobilov. V súčasnosti sa kompozitné spoje z hliníka a ocele používané v Číne dovážajú prevažne zo zahraničia a ich cena dosahuje až 4×10⁶ CNY/t. S budúcimi veľkými loďami sú pre prechodové spoje potrebné vyššie teploty zvárania, väčšie namáhanie ložiska a silnejšie spojovacie rozhrania a sú naliehavo potrebné vysoko výkonné spoje z hliníka a ocele.
Čas uverejnenia: 8. marca 2025
