Výrobná kapacita a výstup čínskeho priemyslu spracovania hliníka sa vyvinuli do rýchlo rastúcich oblastí, vrátane civilných obyčajných hliníkových a hliníkových platní, pásov, fólií, hliníkových profilov pre stavebníctvo a železničnú dopravu, konzervárenských materiálov a substrátov z hliníkových platní na tlač. Prírastkovú časť tvoria najmä súkromné podniky. Čína je významnou krajinou v priemysle spracovania hliníka.
V posledných rokoch sa materiálový vývoj hliníka a hliníkových zliatin zameral hlavne na dva smery: (1) vývoj nových vysokopevnostných a vysoko húževnatých materiálov z hliníkovej zliatiny, aby vyhovovali potrebám špeciálnych oblastí, akými sú letectvo, doprava a vojenské zariadenia; (2) Vyvíjať civilné hliníkové zliatiny s rôznymi vlastnosťami a funkciami, aby vyhovovali novým materiálom pre rôzne podmienky a aplikácie. Široké používanie hliníkových zliatin podporilo vývoj technológie spracovania a prípravy hliníkových zliatin, ale s neustálym zlepšovaním požiadaviek na výkon výrobkov z hliníkových zliatin boli predložené aj nové požiadavky na technológiu spracovania hliníkových zliatin. Ocenenie a posilnenie výskumu základných charakteristík hliníkových zliatin a konštrukcia systematických teórií, ďalšie zlepšenie pochopenia spracovateľských charakteristík hliníkových zliatin, je jediným spôsobom, ako dosiahnuť technologické inovácie v spracovaní hliníkových zliatin.
1. Výskum základných charakteristík materiálov hliníkových zliatin
Systematické a hĺbkové štúdium základných charakteristík hliníkových zliatin je základom inovácií v technológii spracovania hliníkových zliatin. Na základe existujúcej teórie spracovania hliníkovej zliatiny sa na štúdium správania pri prenose tepla a hmoty procesu tuhnutia taveniny hliníkovej zliatiny, zákon o vývoji tuhej hliníkovej zliatiny, používajú vynikajúce nástroje a zariadenia, ako sú počítače a vysokorýchlostné kamery s vysokým rozlíšením. deformačná a precipitačná fáza počas procesu tepelného spracovania a konštitutívny vzťah medzi komplexným výkonom viacfázového rozhrania mikroštruktúry. Vytvára sa vlastný a systematický teoretický systém technológie spracovania hliníkových zliatin. Súčasne kombinuje súčasné zariadenia na spracovanie hliníkových zliatin a technológiu prípravy výroby na vedenie a optimalizáciu súčasnej technológie výroby a spracovania hliníkovej zliatiny s cieľom dosiahnuť inovácie v technológii a materiáloch spracovania hliníka.
(1) Výskum základných charakteristík tavenia a odlievania hliníkových zliatin. Študujte distribúciu tepelného poľa počas procesu tuhnutia rôznych typov hliníkových tavenín pri rôznych rýchlostiach chladenia a počiatočný tvar čela tuhnutia taveniny, skúmajte vývojový zákon jeho tvaru počas postupu čela tuhnutia a vplyv zákon o poli vnútorného tepelného napätia predvalku; Študovať redistribúciu rozpustených látok počas procesu tuhnutia, porozumieť typom, termodynamickým a kinetickým mechanizmom tvorby a rastu precipitátov primárneho tuhnutia, ako aj distribúcii rôznych typov precipitátov primárneho tuhnutia a mechanizmom tvorby rôznych defektov počas tuhnutia. proces.
(2) Výskum základných charakteristík plastickej deformácie hliníkových zliatin. Študovať mechanizmus vplyvu vonkajšej deformačnej sily na fragmentáciu precipitátov primárneho tuhnutia rôznych veľkostí/typov; Študovať vnútorný vzťah medzi vonkajšou deformačnou silou deformačná rýchlosť deformácia premenná deformácia distribúcia teploty deformačný odpor limit prasknutia materiálu limit zvyškové vnútorné napätie; Študovať typy deformačných precipitátov, termodynamické a kinetické mechanizmy ich vzniku a rastu.
(3) Výskum základných charakteristík tepelného spracovania hliníkových zliatin. Študovať termodynamické a kinetické mechanizmy rozpúšťania rôznych typov precipitátov primárneho tuhnutia/deformačných precipitátov počas tepelného spracovania hliníkových zliatin v tuhom roztoku; Študujte mechanizmus prenosu tepla a zákon zmeny zvyškového vnútorného napätia hliníkovej zliatiny počas rýchleho kalenia; Počas procesu tepelného spracovania starnutia preskúmajte termodynamické a kinetické mechanizmy tvorby a rastu rôznych typov zrážacích fáz a pochopte distribučné vzorce rôznych typov zrážacích fáz; Študovať mechanizmus interakcie medzi rôznymi typmi/veľkosťami precipitátových fáz a rozhraniami s bodovými/čiarovými defektmi, vplyv vzdialenosti častíc a hraníc zŕn rôznych typov/veľkostí precipitátových fáz na pohyb líniových defektov a iniciáciu a šírenie trhlín ; Uskutočniť hĺbkový výskum vplyvu typov/veľkostí/distribúcií precipitačných fáz na statické/dynamické mechanické vlastnosti a odolnosť materiálov proti korózii, ako aj zodpovedajúci vzťah medzi statickými/dynamickými mechanickými vlastnosťami materiálov a ich odolnosťou voči vysokým poškodenie rýchlosti nárazom.
2. Výskum a návrh stavebných materiálov z hliníkových zliatin
Materiály z hliníkových zliatin sa široko používajú v oblasti civilného letectva, dopravy, 3C elektroniky, novej energie, športu a stavebníctva. Tvrdá konkurencia na trhu podporila zlepšenie požiadaviek na kvalitu a výkon pre civilné výrobky z hliníkovej zliatiny. Preto len ďalším skúmaním potenciálu hliníkových zliatin, výskumom a vývojom vynikajúcich civilných materiálov z hliníkových zliatin a technológií spracovania môžeme lepšie uspokojiť dopyt na trhu.
2.1. Vysoko výkonná hliníková zliatina pre civilné letectvo
(1) Technológia inžinierskej prípravy nových vysokovýkonných materiálov z hliníkovej zliatiny vzácnych zemín pre civilné letectvo. Vykonajte hĺbkový základný výskum aplikácie prvkov vzácnych zemín vo vysokovýkonných hliníkových zliatinách vzácnych zemín pre civilné letectvo, odhaľte mechanizmus vplyvu prvkov vzácnych zemín v hliníkových zliatinách, systematicky študujte zákon o vývoji mikroštruktúry v tepelno-mechanických podmienkach a vzťah s výkonom a tvoria základný teoretický systém pre návrh zloženia, prípravu a spracovanie vysokovýkonných hliníkových zliatin vzácnych zemín; Ďalší výskum sa uskutoční v oblasti inžinierskej prípravy a aplikácie nových vysokovýkonných materiálov z hliníkovej zliatiny vzácnych zemín, ktoré tvoria kompletný súbor výrobných procesov a aplikačných technológií pre nové vysokovýkonné deformačné materiály z hliníkových zliatin vzácnych zemín so stabilnou kapacitou výroby v dávkach, dosiahnutie inštalácie a aplikácie na lietadlách civilného letectva a splnenie potrieb sériovej výroby lietadiel civilného letectva.
(2) Nová vysoko pevná hliníková zliatina odolná voči korózii a žiaruvzdorná. Prelomové kľúčové technológie, ako je návrh zloženia a správna technológia riadenia pre vysokopevnostné a tepelne odolné hliníkové zliatiny, technológia riadenia odlievania a tvárnenia pre tepelne odolné zliatiny s vysokým obsahom zliatin, technológia viacstupňového homogenizačného spracovania a tepelná pevnosť pri vysokej teplote technológia riadenia fázovej štruktúry a výkonu pre vzácne zeminy Sc, Er atď., aby sa vytvorila technológia prípravy kontroly stability kvality pre vysoko legované ingoty a vyvinuli sa nové materiály pre vysoko pevné a tepelne odolné hliníkové zliatiny obsahujúce prvky vzácnych zemín; Vykonávať inžiniersky výskum vysoko pevných a tepelne odolných materiálov z hliníkovej zliatiny s cieľom poskytnúť technické rezervy pre typické komponenty používané v oblasti civilného letectva.
(3) Hliníková zliatina s vysokou pevnosťou, húževnatosťou, odolnosťou voči korózii a odolnosťou voči poškodeniu. V reakcii na konštrukčné požiadavky na odolnosť proti poškodeniu a odolnosť proti korózii civilných lietadiel civilného letectva je vývoj plechov s pevnosťou 700 MPa s vysokou odolnosťou proti korózii a vysokou húževnatosťou hliníkových zliatin nevyhnutným trendom. Prostredníctvom výskumu nového dizajnu a optimalizácie zloženia zliatiny, viacúrovňového homogenizačného spracovania častíc dispergovanej fázy, kontroly deformačnej mikroštruktúry počas procesu valcovania a kontroly tvaru dosky plánujeme vyvinúť pevnostný stupeň 700 MPa, vysokú odolnosť proti korózii a vysokú húževnatosť predtiahnutej hliníkovej zliatiny stredne hrubé plechy s vynikajúcou pevnosťou v lomovej húževnatosti zodpovedajúcej odolnosti voči korózii, poskytujúce technické rezervy pre kľúčové konštrukčné komponenty v aplikáciách civilného letectva.
(4) Samovytvorené nanočastice in situ zlepšujú vysokovýkonné kompozity na báze hliníka. Tento materiál má výhody vysokej špecifickej pevnosti, špecifického modulu, dobrej odolnosti proti únave, dobrej tepelnej odolnosti, odolnosti proti korózii a relatívne nízkych nákladov na prípravu. V súčasnosti ide o prelomový nový materiál z hliníkovej zliatiny. Osvojte si kontrolné techniky morfológie a veľkosti in-situ samovygenerovaných nanočastíc a použite vysokofrekvenčné pulzné magnetické pole a vysokoenergetické ultrazvukové pole kontrolné techniky na riadenie agregácie a distribúcie nanočastíc, optimalizujte in-situ samovygenerované nanočastice. vystužená vysokovýkonná kompozitná technológia jednosmerného odlievania na báze hliníka. Pri zlepšovaní štruktúry zliatiny dosiahnutie rovnomernej distribúcie nanočastíc v rámci zŕn zliatiny a hraníc zŕn výrazne zvyšuje pevnosť, plasticitu a odolnosť materiálov z hliníkovej zliatiny, čo umožňuje veľkosériovú výrobu a trhové uplatnenie priemyselných ingotov a hliníkových produktov.
(5) Kľúčové technológie a aplikačný výskum pre kvalitnú prípravu a spracovanie zliatin leteckého hliníka. Pre vysokokvalitné materiály z hliníkových zliatin používaných v letectve sa vykonáva hĺbkový výskum vnútorného vzťahu medzi zložením zliatiny, mikroštruktúrou, vlastnosťami, prípravou a spracovaním, ako aj mechanizmami spevňovania a spevnenia a ďalšími vedeckými otázkami, ako aj podrobnými kontrolné technológie. Sú zavedené princípy organizačnej kontroly a bezpečnostné pokyny a základná dátová platforma je skonštruovaná tak, aby prelomila kľúčové technické prekážky vysokej spoľahlivosti, vysokej stability a vysokej homogenity prípravy veľkých konštrukčných materiálov z hliníkových zliatin. To poskytuje teoretický základ a kľúčovú technickú podporu pre úplnú nezávislú a kontrolovateľnú výrobu konštrukčných materiálov z leteckých hliníkových zliatin.
2.2. Ľahká hliníková zliatina na prepravu
(1) Výskum a vývoj automobilových deformovaných hliníkových materiálov, ktoré vyvažujú nízku hmotnosť a bezpečnosť a vysokokvalitnú priemyselnú výrobu. Čína je najväčším spotrebiteľským automobilovým trhom na svete a dizajn a výroba vozidiel s tradičnými palivami a nových energetických vozidiel ešte viac zvýši používanie hliníkových materiálov vrátane všetkých hliníkových karosérií a puzdier na batérie pre nové energetické vozidlá. Existuje naliehavá potreba dizajnu, výskumu a vývoja a vysokokvalitnej industrializácie deformovaných materiálov z hliníkových zliatin. Podniky sú hlavným orgánom, a to prostredníctvom úzkej integrácie „výskumu, výroby a aplikácie“, spoločný výskum a vývoj sa uskutočňujú s cieľom riešiť problémové prepojenia v celom procese, spresniť a kvantifikovať detaily systému a štandardizované parametre vo výrobe. a prípravný proces, zaviesť vysledovateľný systém riadenia výroby a systém a dosiahnuť vysokokvalitnú a stabilnú výrobu a aplikáciu typických deformovaných hliníkových materiálov pre vozidlá.
(2) Základný výskum aplikácie korelácie medzi dizajnom hliníka a "výkonnosťou štruktúry procesu". Na základe požiadaviek na aplikačný výkon 6 hliníkových materiálov série XXXXX (dosky a profily) pre konštrukciu karosérie automobilu a 3 hliníkových materiálov série XXXXX pre plášť batérie a spoliehajúc sa na techniky kvantitatívnej charakterizácie viacrozmernej a viacúrovňovej mikroštruktúry, dizajnu zliatin a výskumu procesov Na základe komplexných požiadaviek na výkon sa vykonáva výskum a hodnotenie dizajnu zliatin a procesov založených na jedinom vynikajúcom výkone a výkonnosti aplikácií (tvarovanie, spájanie atď.). Vyvíjajú sa materiály z hliníkových zliatin pre karosériu automobilu a jeho štruktúru, plášť batérie a dosahuje sa nízkonákladová a vysoko stabilná výroba a príprava.
(3) Vysoká tvarovateľnosť a vysoko pevná hliníková zliatina. Optimalizáciou chemického zloženia a technológie spracovania hliníkovej zliatiny bol vyrobený materiál z vysokopevnostnej hliníkovej zliatiny s ekvivalentným hlbokým ťahaním (stav T4P) ako súčasná automobilová zliatina hliníka 6016 a po krátkodobom vypaľovaní ekvivalentnou pevnosťou ako 2024-T351. vyvinutý, ktorý spĺňa výkonnostné požiadavky nárazuvzdorných krytov pre odľahčenie automobilov.
(4) Veľká vysokopevná penová hliníková zliatina. Penový hliník má vlastnosti poréznej štruktúry aj kovu a má mnoho vynikajúcich vlastností, ako je nízka hmotnosť, vysoká špecifická pevnosť, absorpcia energie, absorpcia nárazov, tlmenie, absorpcia zvuku, odvod tepla, elektromagnetické tienenie atď. do hĺbky a systematicky študovať interakciu medzi štruktúrou penového hliníka a materiálovými vlastnosťami, optimalizovať procesné parametre priemyselnej výroby, zjednodušiť výrobný proces, znížiť výrobné náklady a realizovať trhové uplatnenie vysoko pevných a veľkých špecifikácií materiálov z penových hliníkových zliatin v v oblasti ľahkej dopravy.
2.3 3C elektronický hliník a iné zliatiny hliníka
(1) Vývoj a industrializácia hliníkových zliatin vzácnych zemín. Čína má bohaté zdroje vzácnych zemín a priemysel hliníkových zliatin má veľký rozsah. Predchádzajúce štúdie ukázali, že kombinácia niektorých prvkov vzácnych zemín (RE) so zliatinami hliníka môže účinne zlepšiť ich výkon. Čína však zatiaľ nevyvinula stabilné hliníkové zliatiny vzácnych zemín na použitie, ani nevyvinula hliníkové zliatiny vzácnych zemín s čínskymi vlastnosťami na medzinárodnej úrovni. Preto je potrebné naďalej zvyšovať úsilie v súvisiacich výskumných a industrializačných procesoch. Úzkou kombináciou výskumu, učenia a aplikácie sa uskutočňuje ďalší výskum základnej aplikácie prvkov vzácnych zemín v hliníkových zliatinách a je hlboko pochopený mechanizmus vplyvu prvkov vzácnych zemín v hliníkových zliatinách. Niekoľko zliatin hliníka vzácnych zemín s praktickou hodnotou bolo vyvinutých a podporovaných na použitie.
(2) Hliníková zliatina 5G s vysokým povrchom, vysokou pevnosťou a vysokou tepelnou vodivosťou. Optimalizáciou chemického zloženia zliatiny a primeranou reguláciou štruktúry materiálu, štúdiom účinkov zloženia zliatiny, deformačného spracovania a procesov tepelného spracovania na pevnosť, tepelnú vodivosť a anodizačný výkon zliatiny, kontrolu zŕn zliatiny a po druhé. možno získať fázové zlúčeniny; Prostredníctvom organizačnej regulácie a výskumu procesov eloxovania a elektrolytického farbenia sa získal eloxovaný film s rovnomerným povlakom, bez rozdielu farieb a bez defektov, ako sú čierne škvrny a čierne čiary. Materiály s vysokým povrchom, vysokou tepelnou vodivosťou a vysokou pevnosťou z hliníkovej zliatiny boli vyvinuté tak, aby uspokojili trhový dopyt po puzdrách na mobilné telefóny 5G, stredných platniach mobilných telefónov, extrudovaných hliníkových materiáloch a valcovaných plechoch.
(3) Efektívna a lacná anóda z hliníkovej zliatiny pre hliníkové vzduchové batérie. Dôkladne a systematicky študujte jedinečné legujúce prvky anód z hliníkovej zliatiny, ako sú kovové prvky s nízkou teplotou topenia, procesy deformačného spracovania a tepelného spracovania a ich účinky na elektrochemickú aktivitu a odolnosť hliníkových anód proti vlastnej korózii. Vykonajte základný výskum aktivačných a pasivačných charakteristík anódových materiálov z hliníkovej zliatiny, vyvíjajte anódové materiály z hliníkovej zliatiny, ktoré spĺňajú požiadavky hliníkových vzduchových batérií a realizujte trhovo orientovanú aplikáciu hliníkových vzduchových batérií v automobilovom odľahčení, núdzovom napájaní a iných poliach.
(4) Zliatina hliníka s pevnosťou 800 MPa. Prelomením existujúceho konštrukčného radu komponentov z vysokopevnostných hliníkových zliatin sme vyvinuli nový typ materiálu z hliníkovej zliatiny s pevnosťou 800 MPa v sérii 7XX. Zameriame sa na vykonávanie výskumu kľúčových technológií, ako je návrh priemyselného zloženia a správna kontrola vysokopevnostnej hliníkovej zliatiny 800 MPa, tvarovanie vysokolegovaných ingotov a príprava ingotov vysokej metalurgickej kvality, regulácia rovnomernosti mikroštruktúry pri spracovaní za tepla a riadenie presných procesov tepelného spracovania. Vyvinieme technológie kontroly stability kvality pre dávkovú výrobu vysokolegovaných ingotov a zavedieme podrobné kontrolné technológie pre vývoj a štruktúru mikroštruktúry počas spracovania a tepelného spracovania; Dokončiť vývoj typických komponentov a overiť ich aplikáciu v simulovaných prevádzkových podmienkach, predbežne dosiahnuť odľahčenú náhradu vysokopevnostných konštrukčných materiálov pre lode a poskytnúť technické rezervy pre ľahký dizajn a prípravu typických konštrukčných komponentov pre aplikácie v letectve, kozmonautike, letectve, doprava a ďalšie oblasti.
(5) Vysoko pevné, húževnaté, korózii odolné, žiaruvzdorné vrtné tyče z hliníkovej zliatiny na prieskum ropy. V porovnaní s oceľovými vrtnými rúrami majú vrtné rúry z hliníkovej zliatiny výhody nízkej špecifickej hustoty, vysokej pevnosti, nízkeho ohybového napätia a odolnosti voči kyslým plynom, ako je korózia H2S a CO2. Majú tiež väčšiu hĺbku vŕtania a silnejšiu schopnosť tlmiť nárazy. Preto majú vrtné rúry z hliníkovej zliatiny zjavné výhody pri prieskume a rozvoji hlbokých vrtov, ultra hlbokých vrtov a vrtov s kyslým plynom. Výskum a optimalizácia procesu tepelného spracovania zliatin s vysokým obsahom rozpustených látok na kontrolu mikroštruktúry, aby sa dosiahla lepšia kombinácia MPt, GBP a PFZ a aby sa optimalizovalo prispôsobenie vysokej pevnosti, vysokej húževnatosti, odolnosti proti korózii a teplu. odolnosť zliatin; Študovať deformačné správanie zliatin a vytvoriť model vývoja mikroštruktúry zliatiny; Pochopte vzťah medzi faktormi, ako je zloženie, mikroštruktúra a makroskopické vlastnosti, vytvorte modely pre časové kalenie, koróziu pod napätím a lomovú húževnatosť, dosiahnite správnu kontrolu mikroštruktúry a vyvíjajte a vyrábajte vysokopevnostné, húževnaté, odolné voči korózii, tepelne odolné odolné vrtné tyče z hliníkovej zliatiny na prieskum ropy, ktoré spĺňajú požiadavky trhu.
(6) Vývoj a industrializácia technológie zeleného spracovania materiálov z hliníkových zliatin. Vzhľadom na nedostatok zdrojov a energie je mimoriadne dôležité komplexné využívanie zdrojov a technologické inovácie. Systém vykonáva základný výskum v oblasti aplikácie recyklovaných hliníkových zliatin, hlboko rozumie väzbovým účinkom viacerých prvkov v hliníkových zliatinách a ich mechanizmom vplyvu na štruktúru a vlastnosti materiálu, zavádza systém recyklácie a opätovného použitia hliníkových zliatin, vyvíja nízkoenergetické, nízko- nákladová, vysokovýkonná zelená príprava a technológie spracovania materiálov z hliníkových zliatin a poskytuje teoretickú a technickú podporu na prípravu lacných zelených a ekologických hliníkových zliatin a „jednej hliníkovej multienergie“ s aplikačnou hodnotou, čím sa dosahuje čínska prísne ciele v oblasti úspory energie a znižovania emisií z roka na rok a ekologická modernizácia hliníkového priemyslu.
3. Záver a výhľad
Vysoký výkon, vysoká kvalita, vysoká jednotnosť, nízke náklady a nízkouhlíková ochrana životného prostredia sú stále hlavnými smermi pre vývoj nových materiálov pre civilné hliníkové zliatiny a technológiu spracovania hliníka. Jedným z nich je vyvinúť vynikajúcu technológiu odlievania, neustále zlepšovať účinnosť využitia energie, znižovať emisie a zvyšovať úroveň kontroly metalurgickej kvality, chemického zloženia a mikroštruktúry ingotov; Druhým je integrácia a uplatňovanie súčasných vynikajúcich technologických úspechov, vývoj vysoko presnej automatizácie, špecializácie a rozsiahleho technického vybavenia, zlepšenie efektívnosti a zabezpečenie veľkovýroby vysoko kvalitných a vysoko jednotných produktov; Treťou je plné využitie aplikácie technológie počítačovej simulácie v oblasti výskumu a vývoja nových materiálov, spracovania, technológie spracovania a dizajnu a optimalizácie foriem, výrazne skrátiť vývojový cyklus, znížiť vývojové riziká, zvýšiť efektivitu výroby a znížiť náklady. .
V súčasnosti sa materiály na spracovanie hliníkových zliatin vyvíjajú smerom k viaczliatinám, veľkej šírke, vysokej pevnosti a húževnatosti, vysokej čistote, vysokej presnosti, vysokej stabilite, superplasticite a supravodivosti. To si nevyhnutne vyžaduje veľa detailnej práce vo výskume technologických inovácií, od výskumu materiálových mechanizmov po riadenie procesných prvkov, faktory ovplyvňujúce spracovanie, primeranú formuláciu parametrov procesnej linky, prísne sledovanie a dohľad nad kvalitou atď., aby sa stanovila základná charakteristika hliníkovej zliatiny, spracovanie. technologická databáza a systém kontroly a hodnotenia kvality výrobkov a dosiahnuť inovatívny vývoj vynikajúcej technológie spracovania materiálov z civilnej hliníkovej zliatiny.
