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铝合金材料的市场需求及发展趋势

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市场需求往往决定了铝合金产品的种类、生产率和性能特点。由于铝合金品种繁多,国内外发展历程和现状不同,部分铝合金将在汽车、船舶、航空航天等领域交叉应用;


4.1 2XXX系铝合金

2XXX(A1-Cu-Mg)系列铝合金具有较高的抗拉强度、韧性和疲劳强度,良好的耐热性、加工性和焊接性,广泛应用于航空航天、汽车、兵器工业。主要牌号有2A01、2A02、2A06、2A11、2A12。已开发出一系列合金,例如 2024、2124、2524 和 2324 合金,以提高强度、强度和韧性匹配以及损伤容限。我国装备机型正朝着轻量化、长寿命、高可靠性、低成本方向发展,对机身蒙皮材料的断裂韧性、抗裂纹扩展性和耐腐蚀性能提出了很高的要求。国外在2024-T351铝合金厚板的基础上开发了2324、2624、等不同强度、韧性、疲劳、耐腐蚀性能的下翼面高耐损铝合金,并实现了安装应用。迫切需要开发具有高损伤容限的2XXX系铝合金。未来,复合微合金化将是Al-Cu-Mg系高强铝合金的重要发展方向。

4.2 4XXX系铝合金

目前,我国汽车活塞主要采用共晶和亚共晶铝硅(Al-Si)合金制造;但随着发动机性能要求的不断收紧,达标难度较大。过共晶 Al-Si 合金具有低密度、低线性膨胀系数、高耐磨性和高体积稳定性,使其成为相对于亚共晶和共晶 Al-Si 合金更理想的活塞材料。美国的A390合金、日本的AC9A和AC8A(ZL109)合金、澳大利亚的A390合金等共晶Al-Si合金活塞在国外已大量生产并用于卡车和轿车。但我国过共晶Al-Si合金活塞生产厂家较少,大部分依赖进口。此外,国内生产的汽车涡轮增压铝合金材料与国外存在较大差异。用于涡轮增压汽车应用的高性能铝合金材料主要在日本等国家生产。因此,开发高性能活塞和涡轮增压叶轮的关键汽车铝合金材料势在必行。

4.3 5XXX系铝合金

铝镁(Al-Mg)合金,特别是含镁量高的Al-Mg合金,具有高比强度、良好的焊接性和耐腐蚀性,将成为航空航天、海洋工业、高速火车等领域。目前,铝镁合金板材、型材、焊丝在航空航天、铁路、船舶等领域的使用主要依赖进口。高端焊丝市场被美国ALCOA公司垄断。ER5183和ER5356合金以进口为主,从美国铝业公司进口约占全部销售额的70%,而用于海军舰艇的铝镁合金主要产自俄罗斯。镁含量高的常规铸锭枝晶粗大,共晶相偏析严重,成型性能差。目前的加工方法仍存在性能低、表观质量差、工序长、质量不稳定、成品率低等诸多弊端。亚快速凝固形成可以抑制Mg的析出,同时控制和产生细小等轴晶和纳米析出相,从而大大提高材料的性能和均匀性。因此,开发用于Al-Mg合金的亚快速凝固、连续流变挤压和轧制的高性能技术有望满足对高质量Al-Mg合金的需求。亚快速凝固形成可以抑制Mg的析出,同时控制和产生细小等轴晶和纳米析出相,从而大大提高材料的性能和均匀性。因此,开发用于Al-Mg合金的亚快速凝固、连续流变挤压和轧制的高性能技术有望满足对高质量Al-Mg合金的需求。亚快速凝固形成可以抑制Mg的析出,同时控制和产生细小等轴晶和纳米析出相,从而大大提高材料的性能和均匀性。因此,开发用于Al-Mg合金的亚快速凝固、连续流变挤压和轧制的高性能技术有望满足对高质量Al-Mg合金的需求。

4.4 6XXX系铝合金

6XXX系列铝合金材料是轨道交通、汽车、电子等领域的关键。1980年代以来,欧美、日本等发达国家和地区开发了汽车铝合金,并注册了6009、6016、6010、6111、6022、6082等商标,生产了较为完整的车身面板及挤压、锻件,以及其他生产和应用系统。我国6XXX系列铝合金车身板件及锻件的产业化刚刚起步,仍有较大的提升空间。对此,工信部已提出6016-S、6016-IH、6016-IBR、6A16-S、6A16-IBR、6022等车用铝合金板材重点发展。r≥0.60,60天停车屈服强度Rp 0.2≤140 N/mm 2,烤漆硬化屈服强度增加≥80 N/mm 2。针对不同需求,6XXX系铝合金设计、制备和加工技术的进步已成为必然的发展趋势。

4.5 7XXX系铝合金

7XXX系列铝合金具有良好的抗应力腐蚀性能,是强度最高的铝合金系列,是国际公认的航空骨干材料。近期研发出一种7055合金(Al-8Zn2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr),T77511状态下屈服应力超过620MPa,用于波音777飞机,减重635公斤。目前,我国航空用7XXX系铝合金缺乏系统的合金设计、制备和加工技术,部分产品完全依赖进口。由于7XXX系铝合金大尺寸铸锭合金元素多,凝固间隔宽,铸造应力大,合金元素易氧化/偏析,因此铸锭冶金质量差,常温成形性低。 .

4.6 铝锂合金

铝锂合金作为轻量化航空材料,近年来发展最为迅速。它们具有密度低、弹性模量高、比刚度高、疲劳性能和耐腐蚀性能好等特点。用于替代传统铝合金时,Al-Li合金可减轻10%~20%的重量,提高15%~20%的刚度。美国ALCOA公司在21世纪初启动了“ALCOA航空20/20计划”。目标是在 20 年内将航空铝合金的成本和重量降低 20%。Constellium 已开发出具有低密度、高韧性和高损伤容限的 2050 和 2198 铝锂合金(Al-Cu-Li-Mg-Ag)。国内自主研发的铝锂合金牌号很少,使用的合金只有1420种。C919客机使用的铝锂合金由美国铝业公司提供。中国只能生产有限的合金牌号,如1420、2195、2197和2A97,铸锭只有(310-400)×1280×4000 mm板坯尺寸,圆锭厚度在ø650 mm以下。在高端航空应用中,厚度60mm以上、宽度1500mm以上的板坯(2B16)(2B16)和直径1500mm以上的钢锭(2B16)尚未工业化生产。因此,实现新型铝锂合金设计、超大锭制备和深加工技术具有重要意义。圆锭厚度在ø650 mm以下。在高端航空应用中,厚度60mm以上、宽度1500mm以上的板坯(2B16)(2B16)和直径1500mm以上的钢锭(2B16)尚未工业化生产。因此,实现新型铝锂合金设计、超大锭制备和深加工技术具有重要意义。圆锭厚度在ø650 mm以下。在高端航空应用中,厚度60mm以上、宽度1500mm以上的板坯(2B16)(2B16)和直径1500mm以上的钢锭(2B16)尚未工业化生产。因此,实现新型铝锂合金设计、超大锭制备和深加工技术具有重要意义。

4.7 耐热铝合金

耐热铝合金通过控制Si、Fe、Ni、Ag、稀土元素等元素,在高温下具有很强的抗氧化和抗蠕变性[9]。它们构成了航空航天、汽车和轨道交通领域的关键基础材料。传统的耐热铝合金有2519、2618、2219、2D70等。随着航空航天和汽车工业的快速发展,对耐热铝合金的要求越来越高。新一代战机表现出高巡航速度,机身蒙皮工作温度在150℃以上。目前2618、АК4-1ч、2D70等耐热铝合金的长期使用温度在150℃以下。因此,开发新型耐热铝合金至关重要。

4.8 超低钪含量的铝钪(Al-Sc)合金

Al-Sc合金具有强度高、塑性好、耐腐蚀等优良性能,已成为继Al-Li合金之后的新一代航空航天、船舶等轻量化材料。含微量钪的Al-Mg合金的抗拉强度比5083合金高30%,屈服强度提高一倍以上。其可焊性与常规5XXX系列合金相当。热影响区和焊缝的力学性能与基体的力学性能近似相等,耐蚀性与5083合金相当。用 Al-Sc 合金替代 5XXX 系列或 6XXX 系列合金用于航空航天零件制造可以显着减轻重量。这些合金也是汽车和轨道车辆的优良材料。俄罗斯在含钪铝合金开发方面位居全球前列,先后开发出Al-Mg-Sc、Al-Mg-Li-Sc、Al-Zn-Mg-Sc、Al-Zn-Mg-Cu-Sc、Al –Cu–Mg–Sc 系列合金,钪含量为 0.18%–0.5%。为促进铝钪合金在航空航天和汽车领域的应用,工信部优先发展含钪铝合金作为新材料。我国稀缺资源丰富,建成了高纯氧化钪提取生产线,为发展铝钪合金奠定了基础。钪含量为 0.18%–0.5%。为促进铝钪合金在航空航天和汽车领域的应用,工信部重点发展含钪铝合金作为新材料。我国稀缺资源丰富,建成了高纯氧化钪提取生产线,为发展铝钪合金奠定了基础。钪含量为 0.18%–0.5%。为促进铝钪合金在航空航天和汽车领域的应用,工信部重点发展含钪铝合金作为新材料。我国稀缺资源丰富,建成了高纯氧化钪提取生产线,为发展铝钪合金奠定了基础。

4.9 500 MPa级汽车用热冲压铝合金

但热冲压高强度铝合金材料仍然缺乏。新材料与新成型工艺开发相结合,是应对高强度铝合金汽车零部件成型挑战的有效措施。以7XXX系合金为重点,积极探索2XXX合金,开发500MPa热冲压用铝合金材料,是制造复杂形状汽车零部件的重要前景。

4.10 铝基复合材料

铝钢多层复合板:铝钢甲板的有效连接已成为大型船舶上层建筑轻量化的制约因素之一。用于铝与钢船体焊接的铝钢复合过渡接头为替代传统铆接工艺提供了解决方案。本田开发了钢和铝连接技术,将用于全球汽车框架的大规模生产。目前国内使用的铝钢复合接头主要是进口的,价格高达4×10 5元/吨。随着未来船舶的大型化,过渡接头需要更高的焊接温度、更大的承载应力和更强的结合界面,迫切需要开发高性能的铝钢接头。

汽车散热器用铝合金复合材料:铝合金复合箔、带、板是制造汽车空调、散热器、干手器等钎焊换热器的关键材料。复合材料是通过层压和轧制两到三种合金制成的。镀层多为高硅合金或低电位合金,如4004、4045、4047、4A13、7A01合金等。芯材主要为3003、3003+1.5%Zn、3004合金。

铝蜂窝板:通常由两块薄而坚固的板和一个中间蜂窝芯组成。它具有重量轻、强度高、刚度大、稳定性好、隔热、隔音等优点,已在飞机、火车、轮船上得到应用。市场上现有的产品一般为胶粘剂,但航空用进口材料除外,均为焊接产品。在高湿度、强烈振动和高温的条件下,面板很容易脱胶。轻量化、高强、耐腐蚀、可焊接的蜂窝结构板和芯板是蜂窝板的发展趋势。国外一些在1990年代初研制出钎焊铝蜂窝板,并研制出高强度、时效强化、耐腐蚀、和可焊接的蜂窝材料。中国蜂窝铝产量在过去五年中保持了22%的平均增长率。2012年,仅中国建筑市场的粘合蜂窝铝制品市场容量就达到76.74亿元。预计到2035年,高强耐腐蚀蜂窝复合板需求量将达到7×107 m 2,前景十分广阔。

 


发布者:cyanbat    发布时间:2022-06-20


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