Produktionskapaciteten och produktionen av Kinas aluminiumbearbetningsindustri har utvecklats till snabbt växande områden, inklusive civila vanliga aluminium- och aluminiumlegeringsplåtar, remsor, folie, aluminiumprofiler för konstruktion och järnvägstransport, konserveringsmaterial och aluminiumplåtsubstrat för tryckning. Den inkrementella delen består huvudsakligen av privata företag. Kina är ett stort land inom aluminiumbearbetningsindustrin.
Under de senaste åren har materialutvecklingen av aluminium och aluminiumlegeringar huvudsakligen fokuserat på två riktningar: (1) utveckling av nya höghållfasta och hög seghet aluminiumlegeringsmaterial för att möta behoven hos specialområden som flyg-, transport- och militäranläggningar; (2) Utveckla civila aluminiumlegeringar med olika egenskaper och funktioner för att möta nya material för olika förhållanden och applikationer. Den utbredda tillämpningen av aluminiumlegeringar har främjat utvecklingen av bearbetnings- och beredningsteknik för aluminiumlegeringar, men med den kontinuerliga förbättringen av prestandakraven för aluminiumlegeringsprodukter har nya krav också lagts fram för bearbetningstekniken för aluminiumlegeringar. Att värdera och stärka forskningen om de grundläggande egenskaperna hos aluminiumlegeringar och konstruktionen av systematiska teorier, ytterligare förbättra förståelsen av bearbetningsegenskaperna hos aluminiumlegeringar, är det enda sättet att uppnå teknisk innovation inom bearbetning av aluminiumlegeringar.
1. Forskning om de grundläggande egenskaperna hos aluminiumlegeringsmaterial
En systematisk och djupgående studie av de grundläggande egenskaperna hos aluminiumlegeringar är grunden för innovation inom aluminiumlegeringsteknik. På grundval av den befintliga bearbetningsteorin för aluminiumlegeringar används utmärkta instrument och utrustning såsom datorer och höghastighetskameror med hög upplösning för att studera värme- och massöverföringsbeteendet hos smältstelningsprocessen av aluminiumlegering, evolutionslagen för fast aluminiumlegering deformation och nederbördsfas under värmebehandlingsprocessen, och det konstitutiva förhållandet mellan flerfasmikrostrukturgränssnittet omfattande prestanda. Ett självägt och systematiskt teoretiskt system för bearbetningsteknik för aluminiumlegeringar bildas. Samtidigt kombinerar den nuvarande bearbetningsutrustningen för aluminiumlegeringar och produktionsberedningstekniken för att vägleda och optimera den nuvarande produktions- och bearbetningstekniken för aluminiumlegering, för att uppnå innovation inom aluminiumbearbetningsteknik och -material.
(1) Forskning om de grundläggande egenskaperna för smältning och gjutning av aluminiumlegeringar. Studera fördelningen av termiskt fält under stelningsprocessen för olika typer av aluminiumsmältor under olika kylningshastigheter och den initiala formen av smältans stelningsfront, utforska evolutionslagen för dess form under framskridandet av stelningsfronten och inflytandet lag om ämnets inre termiska spänningsfält; Studera omfördelningen av lösta ämnen under stelningsprocessen, förstå typerna, termodynamiska och kinetiska mekanismerna för bildning och tillväxt av primära stelningsfällningar, såväl som fördelningsmönstren för olika typer av primära stelningsfällningar och bildningsmekanismerna för olika defekter under stelningen. behandla.
(2) Forskning om de grundläggande egenskaperna hos plastisk deformation av aluminiumlegering. Studera påverkansmekanismen för extern deformationskraft på fragmenteringen av primära stelningsutfällningar av olika storlekar/typer; Studera det inneboende förhållandet mellan extern deformationskraft deformationshastighet deformation variabel deformationstemperaturfördelning deformationsmotstånd material sprickbildning begränsa kvarvarande inre spänning; Studera typerna av deformationsutfällningar, de termodynamiska och kinetiska mekanismerna för deras bildning och tillväxt.
(3) Forskning om de grundläggande egenskaperna hos värmebehandling av aluminiumlegering. Studera de termodynamiska och kinetiska mekanismerna för upplösningen av olika typer av primära stelningsfällningar/deformationsfällningar under värmebehandlingen i fast lösning av aluminiumlegeringar; Studera värmeöverföringsmekanismen och lagen om resterande inre spänningsvariationer hos aluminiumlegering under snabbhärdningsbehandling; Under den åldrande värmebehandlingsprocessen, utforska de termodynamiska och kinetiska mekanismerna för bildandet och tillväxten av olika typer av nederbördsfaser, och förstå fördelningsmönstren för olika typer av nederbördsfaser; Studera interaktionsmekanismen mellan olika typer/storlekar av fällningsfaser och gränssnitt med punkt-/linjedefekter, inverkan av partikelavstånd och korngränser av olika typer/storlekar av fällningsfaser på rörelsen av linjedefekter, samt initiering och utbredning av sprickor ; Utför djupgående forskning om inverkan av nederbördsfastyper/storlekar/fördelningar på materials statiska/dynamiska mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet, samt motsvarande förhållande mellan materialens statiska/dynamiska mekaniska egenskaper och deras motståndskraft mot hög- hastighet kollisionsskador.
2. Forskning och förslag om civila aluminiumlegeringsmaterial
Aluminiumlegeringsmaterial har använts i stor utsträckning inom områdena civil luftfart, transport, 3C-elektronik, ny energi, sport och konstruktion. Den hårda konkurrensen på marknaden har främjat förbättringen av kvalitets- och prestandakraven för civila aluminiumlegeringsprodukter. Därför, endast genom att ytterligare utforska potentialen hos aluminiumlegeringar, forskning och utveckling av utmärkta civila aluminiumlegeringsmaterial och bearbetningstekniker, kan vi bättre möta marknadens efterfrågan.
2.1. Högpresterande aluminiumlegering för civil luftfart
(1) Teknisk förberedelseteknik för nya högpresterande sällsynta jordartsmetallegeringsmaterial för civil luftfart. Utför djupgående grundforskning om tillämpningen av sällsynta jordartsmetaller i högpresterande aluminiumlegeringar av sällsynta jordartsmetaller för civil luftfart, avslöja påverkansmekanismen för sällsynta jordartsmetaller i aluminiumlegeringar, studera systematiskt mikrostrukturens utvecklingslag under termiska mekaniska förhållanden, och förhållande till prestanda och bilda ett grundläggande teoretiskt system för sammansättningsdesign, beredning och bearbetning av högpresterande aluminiumlegeringar av sällsynta jordartsmetaller; Ytterligare forskning kommer att utföras på den tekniska förberedelsen och tillämpningen av nya högpresterande sällsynta jordartsmetaller aluminiumlegeringar, som bildar en komplett uppsättning av produktionsprocesser och applikationsteknologier för nya högpresterande sällsynta jordartsmetaller deformationsmaterial av aluminiumlegering, med stabil satsproduktionskapacitet, uppnå installation och tillämpning på civila flygplan och tillgodose batchproduktionsbehoven för civila flygplan.
(2) Ny höghållfast, korrosionsbeständig, värmebeständig aluminiumlegering. Banbrytande nyckelteknologier såsom sammansättningsdesign och korrekt styrteknik för höghållfasta och värmebeständiga aluminiumlegeringar, gjutnings- och formningskontrollteknik för värmebeständiga legeringar med högt legeringsinnehåll, flerstegs homogeniseringsbehandlingsteknik och termisk hållfasthet vid hög temperaturstabilitet fasstruktur och prestandakontrollteknik för sällsynta jordartsmetaller Sc, Er, etc., för att bilda en kvalitetsstabilitetskontrolleringsteknik för höglegerande göt, och utveckla nya material för höghållfasta och värmebeständiga aluminiumlegeringar som innehåller sällsynta jordartsmetaller; Utför teknisk forskning på höghållfasta och värmebeständiga aluminiumlegeringsmaterial för att tillhandahålla tekniska reserver för typiska komponenter som används inom det civila luftfartsområdet.
(3) Höghållfast, seg, korrosionsbeständig, skadetolerant aluminiumlegering. Som svar på designkraven för hållbarhetsskadatolerans och korrosionsbeständighet hos civila flygplan, är utvecklingen av 700 MPa styrka hög korrosionsbeständighet och hög seghet aluminiumlegeringsplåt en oundviklig trend. Genom forskning om design och optimering av ny legeringssammansättning, homogeniseringsbehandling i flera nivåer av partiklar i dispergerade faser, kontroll av deformationsmikrostruktur under valsningsprocessen och kontroll av plåtform, planerar vi att utveckla 700 MPa styrka med hög korrosionsbeständighet och hög seghet försträckt aluminiumlegering. medeltjocka plattor med utmärkt hållfasthet brottseghet korrosionsbeständighet matchning, ger tekniska reserver för viktiga strukturella komponenter i civila luftfartsapplikationer.
(4) In situ självgenererade nanopartiklar förbättrar högpresterande aluminiumbaserade kompositer. Detta material har fördelarna med hög specifik hållfasthet, specifik modul, god utmattningsbeständighet, god värmebeständighet, korrosionsbeständighet och relativt låg beredningskostnad. Det är för närvarande ett banbrytande nytt material i aluminiumlegering. Bemästra kontrollteknikerna för morfologin och storleken av in-situ självgenererade nanopartiklar, och använd högfrekventa pulsmagnetiska fält och högenergi-ultraljudsfältkontrolltekniker för att kontrollera aggregeringen och distributionen av nanopartiklar, optimera den in-situ självgenererade nanopartikeln förstärkt högpresterande aluminiumbaserad komposit DC-gjutteknik. Samtidigt som legeringsstrukturen förbättras, uppnår en enhetlig fördelning av nanopartiklar inom legeringskornen och korngränserna avsevärt hållfastheten, plasticiteten och utmattningsbeständigheten hos aluminiumlegeringsmaterial, vilket möjliggör storskalig produktion och marknadsapplikation av industriella göt och aluminiumprodukter.
(5) Nyckelteknologier och tillämpningsforskning för högkvalitativ beredning och bearbetning av flygaluminiumlegeringar. För högkvalitativa aluminiumlegeringsmaterial som används inom flyget bedrivs djupgående forskning om det inneboende förhållandet mellan legeringssammansättning, mikrostruktur, egenskaper, beredning och bearbetning, såväl som förstärknings- och härdningsmekanismerna och andra vetenskapliga frågor, samt detaljerade kontrolltekniker. Organisatoriska styrprinciper och riktlinjer för säkerhetstjänster har fastställts, och en grundläggande dataplattform är konstruerad för att bryta igenom de viktigaste tekniska flaskhalsarna med hög tillförlitlighet, hög stabilitet och hög homogenitetsberedning av stora aluminiumlegeringars strukturella material. Detta ger teoretisk grund och nyckeltekniskt stöd för den fullständiga oberoende och kontrollerbara produktionen av flygkonstruktionsmaterial av aluminiumlegering.
2.2. Lättvikts aluminiumlegering för transport
(1) Forskning och utveckling av deformerade aluminiummaterial av fordonskvalitet som balanserar lättvikt och säkerhet och högkvalitativ industriell produktion. Kina är världens största konsumentmarknad för bilar, och design och tillverkning av traditionella bränslefordon och nya energifordon kommer att ytterligare öka användningen av aluminiummaterial, inklusive alla aluminiumkarosser och batterihus för nya energifordon. Det finns ett akut behov av design, forskning och utveckling och högkvalitativ industrialisering av deformerade aluminiumlegeringsmaterial. Genom att ta företag som huvudorgan, genom den nära integrationen av "forskning, produktion och tillämpning", genomförs gemensam forskning och utveckling för att ta itu med problemlänkarna i hela processen, förfina och kvantifiera systemdetaljerna och standardiserade parametrar i produktionen och förberedelseprocess, etablera ett spårbart produktionsledningssystem och system, och uppnå högkvalitativ och stabil produktion och applicering av typiska deformerade aluminiummaterial för fordon.
(2) Grundläggande forskning om tillämpningen av sambandet mellan aluminiumdesign och "processstrukturprestanda". Baserat på applikationsprestandakraven för 6 XXXXX-seriens aluminiummaterial (plattor och profiler) för bilkarosskonstruktioner och 3 XXXXXX-seriens aluminiummaterial för batteriskal, och förlitar sig på kvantitativa karakteriseringstekniker för multidimensionell och flerskalig mikrostruktur, legeringsdesign och processforskning baserat på omfattande prestandakrav, legeringsdesign och processforskning baserad på enstaka utmärkt prestanda, och applikationsprestanda (formning, anslutning, etc.) forskning och utvärdering genomförs. Aluminiumlegeringsmaterial för bilkaross och dess struktur, batteriskal utvecklas, och låg kostnad och hög stabilitet produktion och förberedelse uppnås.
(3) Hög formbarhet och höghållfast aluminiumlegering. Genom att optimera den kemiska sammansättningen och bearbetningstekniken för aluminiumlegering, har ett höghållfast aluminiumlegeringsmaterial med motsvarande djupdragningsprestanda (T4P-tillstånd) som den nuvarande aluminiumlegeringen 6016 för fordon och likvärdig styrka till 2024-T351-tillståndet efter korttidsbakning. utvecklad, som uppfyller prestandakraven för slagtåliga bucklor för lättviktning i fordon.
(4) Stor storlek höghållfast skumaluminiumlegering. Skumaluminium har egenskaperna för både porös struktur och metall, och har många utmärkta egenskaper såsom låg vikt, hög specifik hållfasthet, energiabsorption, stötdämpning, dämpning, ljudabsorption, värmeavledning, elektromagnetisk skärmning etc. Simuleringstekniken används att djupt och systematiskt studera interaktionen mellan skumaluminiumstruktur och materialegenskaper, optimera processparametrarna för industriell produktion, förenkla produktionsprocessen, minska produktionen kostnader, och förverkliga marknadens tillämpning av höghållfasta och stora specifikation skum aluminiumlegeringar material inom området lätta transporter.
2.3 3C elektroniskt aluminium och andra aluminiumlegeringar
(1) Utveckling och industrialisering av aluminiumlegeringar av sällsynta jordartsmetaller. Kina har rikliga resurser för sällsynta jordartsmetaller, och aluminiumlegeringsindustrin har en stor skala. Tidigare studier har visat att kombinationen av vissa sällsynta jordartsmetaller (RE) med aluminiumlegeringar effektivt kan förbättra deras prestanda. Men Kina har ännu inte utvecklat stabila aluminiumlegeringar av sällsynta jordartsmetaller för tillämpning, och inte heller har det utvecklat aluminiumlegeringar med sällsynta jordartsmetaller med kinesiska egenskaper internationellt. Därför är det nödvändigt att fortsätta att öka ansträngningarna inom relaterade forsknings- och industrialiseringsprocesser. Genom att nära kombinera forskning, lärande och tillämpning utförs ytterligare forskning om den grundläggande tillämpningen av sällsynta jordartsmetaller i aluminiumlegeringar, och påverkansmekanismen för sällsynta jordartsmetaller i aluminiumlegeringar är djupt förstådd. Flera sällsynta jordartsmetaller aluminiumlegeringar med praktiskt värde utvecklas och marknadsförs för användning.
(2) 5G aluminiumlegering med hög yta, hög hållfasthet och hög värmeledningsförmåga. Genom att optimera den kemiska sammansättningen av legeringen och reglera materialstrukturen på ett rimligt sätt, studera effekterna av legeringssammansättning, deformationsbearbetning och värmebehandlingsprocesser på legeringens styrka, värmeledningsförmåga och anodiseringsprestanda, kontrollen av legeringskorn och andra fasföreningar kan uppnås; Genom organisatorisk reglering och forskning kring anodisering och elektrolytiska färgningsprocesser har en anodiserad film med enhetlig beläggning, ingen färgskillnad och inga defekter som svarta fläckar och svarta linjer erhållits. Hög yta, hög värmeledningsförmåga och höghållfasta aluminiumlegeringsmaterial har utvecklats för att möta marknadens efterfrågan på 5G-mobilfodral, mobiltelefonmellanplåtar, extruderade aluminiummaterial och valsade plåtar.
(3) Effektiv och billig anod av aluminiumlegering för luftbatterier av aluminium. Studera grundligt och systematiskt de unika legeringselementen hos aluminiumlegeringsanoder, såsom metallelement med låg smältpunkt, deformationsbearbetning och värmebehandlingsprocesser, och deras effekter på den elektrokemiska aktiviteten och självkorrosionsbeständigheten hos aluminiumanoder. Utför grundläggande forskning om aktiverings- och passiveringsegenskaperna hos anodmaterial i aluminiumlegeringar, utveckla anodmaterial av aluminiumlegeringar som uppfyller kraven för luftbatterier av aluminium och förverkliga den marknadsorienterade tillämpningen av luftbatterier av aluminium i lättviktning för fordon, nödströmförsörjning och annat fält.
(4) 800 MPa styrka aluminiumlegering. Genom att bryta igenom det befintliga designsortimentet av höghållfasta aluminiumlegeringskomponenter har vi utvecklat en ny typ av aluminiumlegeringsmaterial med en styrka på 800 MPa i 7XX-serien. Vi kommer att fokusera på att bedriva forskning om nyckelteknologier som industriell sammansättningsdesign och korrekt kontroll av 800 MPa höghållfast aluminiumlegering, formning av höglegerade göt och beredning av göt av hög metallurgisk kvalitet, reglering av enhetligheten hos mikrostrukturen under varmbearbetning, och styr precisionsvärmebehandlingsprocesser. Vi kommer att utveckla kvalitetsstabilitetskontrolltekniker för satsvis produktion av höglegerade göt och etablera detaljerade kontrolltekniker för utvecklingen och strukturen av mikrostruktur under bearbetning och värmebehandling; Slutföra utvecklingen av typiska komponenter och verifiera deras tillämpning under simulerade serviceförhållanden, uppnå preliminärt lättviktsersättning av höghållfasta strukturella material för fartyg, och tillhandahålla tekniska reserver för lättviktsdesign och förberedelse av typiska strukturella komponenter för tillämpningar inom rymd, luftfart, transporter och andra områden.
(5) Höghållfasta, sega, korrosionsbeständiga, värmebeständiga borrstänger av aluminiumlegering för petroleumprospektering. Jämfört med stålborrrör har borrrör av aluminiumlegering fördelarna med låg specifik densitet, hög hållfasthet, låg böjspänning och motståndskraft mot sura gaser som H2S och CO2-korrosion. De har också större borrdjupsförmåga och starkare stötdämpningsförmåga. Därför har borrrör av aluminiumlegering uppenbara fördelar vid prospektering och utveckling av djupa brunnar, ultradjupa brunnar och sura gasbrunnar. Forskning och optimera värmebehandlingsprocessen av legeringar i höga lösta tillstånd för att kontrollera mikrostrukturen, för att uppnå en bättre kombination av MPt, GBP och PFZ, och för att optimera matchningen av hög hållfasthet, hög seghet, korrosionsbeständighet och värme motstånd hos legeringar; Studera deformationsbeteendet hos legeringar och etablera en legeringsmikrostrukturevolutionsmodell; Förstå sambandet mellan faktorer som sammansättning, mikrostruktur och makroskopiska egenskaper, etablera modeller för tidshärdning, spänningskorrosion och brottseghet, uppnå korrekt kontroll av mikrostrukturen och utveckla och producera höghållfast, seg, korrosionsbeständig, värme- resistenta aluminiumlegeringsborrstänger för petroleumprospektering som möter marknadens efterfrågan.
(6) Utveckling och industrialisering av grön processteknik för aluminiumlegeringsmaterial. Inför resurs- och energibrist är ett omfattande resursutnyttjande och teknisk innovation särskilt viktigt. Systemet bedriver grundforskning om användningen av återvunna aluminiumlegeringar, förstår djupgående kopplingseffekterna av flera element i aluminiumlegeringar och deras påverkan på materialstruktur och egenskaper, etablerar ett system för återvinning och återanvändning av aluminiumlegeringar, utvecklar lågenergi, låg- kostnad, högpresterande grön berednings- och bearbetningsteknik för aluminiumlegeringsmaterial, och tillhandahåller teoretiskt och tekniskt stöd för beredning av låg kostnad gröna och miljövänliga aluminiumlegeringar och "one aluminium multi energy" med tillämpningsvärde, vilket uppnår Kinas strikta energibesparings- och utsläppsmål år för år och den gröna uppgraderingen av aluminiumindustrin.
3. Slutsats och utsikter
Hög prestanda, hög kvalitet, hög enhetlighet, låg kostnad och miljöskydd med lågt koldioxidutsläpp är fortfarande huvudriktningarna för utvecklingen av nya material för civila aluminiumlegeringar och aluminiumbearbetningsteknik. En är att utveckla utmärkt gjutningsteknik, kontinuerligt förbättra energiutnyttjandets effektivitet, minska utsläppen och förbättra kontrollnivån för metallurgisk kvalitet, kemisk sammansättning och mikrostruktur av göt; Det andra är att integrera och tillämpa samtida utmärkta tekniska landvinningar, utveckla högprecisionsautomation, specialisering och storskalig teknisk utrustning, förbättra effektiviteten och säkerställa storskalig produktion av högkvalitativa och mycket enhetliga produkter; Den tredje är att fullt ut utnyttja tillämpningen av datorsimuleringsteknik inom områdena ny materialforskning och utveckling, bearbetning, bearbetningsteknik och formdesign och optimering, avsevärt förkorta utvecklingscykeln, minska utvecklingsrisker, förbättra produktionseffektiviteten och minska kostnaderna .
För närvarande utvecklas bearbetningsmaterial av aluminiumlegeringar mot flerlegeringar, stor bredd, hög hållfasthet och seghet, hög renhet, hög precision, hög stabilitet, superplasticitet och supraledning. Detta kräver oundvikligen mycket detaljerat arbete inom teknisk innovationsforskning, från materialmekanismforskning till processelementkontroll, bearbetningspåverkande faktorer, rimlig processlinjeparameterformulering, strikt kvalitetsspårning och övervakning, etc., för att etablera aluminiumlegering grundläggande karakteristika, bearbetning teknologidatabas och produktkvalitetsinspektion och utvärderingssystem, och uppnå innovativ utveckling av utmärkt civil bearbetningsteknik av aluminiumlegering.
