Производственные мощности и объемы выпуска китайской промышленности по переработке алюминия превратились в быстрорастущие отрасли, в том числе гражданские обычные листы из алюминия и алюминиевых сплавов, полосы, фольгу, алюминиевые профили для строительства и железнодорожного транспорта, консервные материалы и подложки из алюминиевых пластин для печати. Дополнительную часть составляют в основном частные предприятия. Китай является крупнейшей страной в сфере переработки алюминия.
В последние годы разработка материалов из алюминия и алюминиевых сплавов в основном сосредоточена на двух направлениях: (1) разработка новых высокопрочных и высокопрочных материалов из алюминиевых сплавов для удовлетворения потребностей специальных областей, таких как аэрокосмическая, транспортная и военная промышленность; (2) Разработка гражданских алюминиевых сплавов с различными свойствами и функциями для соответствия новым материалам для различных условий и применений. Широкое применение алюминиевых сплавов способствовало развитию технологии обработки и подготовки алюминиевых сплавов, но с постоянным улучшением требований к характеристикам изделий из алюминиевых сплавов также выдвигаются новые требования к технологии обработки алюминиевых сплавов. Оценка и усиление исследований основных характеристик алюминиевых сплавов и построение систематических теорий, дальнейшее улучшение понимания технологических характеристик алюминиевых сплавов — единственный способ добиться технологических инноваций в обработке алюминиевых сплавов.
1. Исследование основных характеристик материалов из алюминиевых сплавов.
Систематическое и углубленное изучение фундаментальных характеристик алюминиевых сплавов является основой инноваций в технологии обработки алюминиевых сплавов. На основе существующей теории обработки алюминиевых сплавов превосходные инструменты и оборудование, такие как компьютеры и высокоскоростные камеры высокого разрешения, используются для изучения поведения тепло- и массообмена в процессе затвердевания расплава алюминиевого сплава, закона эволюции твердого тела алюминиевого сплава. фаза деформации и выделения в процессе термообработки, а также определяющая взаимосвязь между комплексными характеристиками интерфейса многофазной микроструктуры. Сформирована собственная систематическая теоретическая система технологии обработки алюминиевых сплавов. В то же время объединение современного оборудования для обработки алюминиевых сплавов и технологий подготовки производства для руководства и оптимизации текущих технологий производства и обработки алюминиевых сплавов с целью достижения инноваций в технологиях и материалах обработки алюминия.
(1) Исследование основных характеристик плавки и литья алюминиевых сплавов. Изучить распределение теплового поля в процессе затвердевания различных типов алюминиевых расплавов при различных скоростях охлаждения и начальной форме фронта затвердевания расплава, изучить закон эволюции его формы при продвижении фронта затвердевания и влияние закон о внутреннем поле термических напряжений заготовки; Изучить перераспределение растворенных веществ в процессе затвердевания, понять типы, термодинамические и кинетические механизмы образования и роста выделений первичного затвердевания, а также закономерности распределения различных типов выделений первичного затвердевания и механизмы образования различных дефектов в процессе затвердевания. процесс.
(2) Исследование основных характеристик пластической деформации алюминиевого сплава. Изучить механизм влияния внешней силы деформации на фрагментацию выделений первичной кристаллизации различных размеров/типов; Исследование внутренней взаимосвязи между внешней деформацией, силой деформации, скоростью деформации, переменной деформацией, распределением температуры, сопротивлением деформации, сопротивлением растрескиванию материала, пределом остаточного внутреннего напряжения; Изучить виды деформационных выделений, термодинамические и кинетические механизмы их образования и роста.
(3) Исследование основных характеристик термической обработки алюминиевых сплавов. Исследование термодинамических и кинетических механизмов растворения различных типов выделений первичной кристаллизации/деформационных выделений при твердорастворной термообработке алюминиевых сплавов; Исследование механизма теплопередачи и закона изменения остаточных внутренних напряжений алюминиевого сплава при быстрой закалке; В процессе старения термообработки изучить термодинамические и кинетические механизмы образования и роста различных типов фаз осадков и понять закономерности распределения различных типов фаз осадков; Изучить механизм взаимодействия между различными типами/размерами выделенных фаз и границ раздела с точечными/линейными дефектами, влияние расстояния между частицами и границами зерен разных типов/размеров выделенных фаз на движение линейных дефектов, а также зарождение и распространение трещин. ; Провести углубленные исследования влияния типов/размеров/распределения фаз осадков на статические/динамические механические свойства и коррозионную стойкость материалов, а также соответствующей связи между статическими/динамическими механическими свойствами материалов и их устойчивостью к высоким температурам. Урон от скоростного удара.
2. Исследования и предложения по материалам из алюминиевых сплавов гражданского назначения.
Материалы из алюминиевых сплавов широко используются в области гражданской авиации, транспорта, электроники 3C, новой энергетики, спорта и строительства. Жесткая рыночная конкуренция способствовала повышению требований к качеству и производительности гражданской продукции из алюминиевых сплавов. Таким образом, только путем дальнейшего изучения потенциала алюминиевых сплавов, исследования и разработки превосходных материалов и технологий обработки алюминиевых сплавов гражданского назначения мы сможем лучше удовлетворить рыночный спрос.
2.1. Высококачественный алюминиевый сплав для гражданской авиации.
(1) Технология технической подготовки новых высокоэффективных материалов из редкоземельных алюминиевых сплавов для гражданской авиации. Провести углубленные фундаментальные исследования по применению редкоземельных элементов в высокоэффективных редкоземельных алюминиевых сплавах для гражданской авиации, выявить механизм влияния редкоземельных элементов в алюминиевых сплавах, систематически изучить закон эволюции микроструктуры в тепломеханических условиях и связь с производительностью и сформировать базовую теоретическую систему для проектирования состава, подготовки и обработки высокоэффективных редкоземельных алюминиевых сплавов; Будут проведены дальнейшие исследования по инженерной подготовке и применению новых высокоэффективных материалов из редкоземельных алюминиевых сплавов, формированию полного набора производственных процессов и технологий применения новых высокоэффективных деформационных материалов из редкоземельных алюминиевых сплавов со стабильной серийной производительностью. обеспечение установки и применения на самолетах гражданской авиации и удовлетворение потребностей серийного производства самолетов гражданской авиации.
(2) Новый высокопрочный, устойчивый к коррозии и жаростойкий алюминиевый сплав. Прорывные ключевые технологии, такие как разработка состава и технология правильного контроля высокопрочных и жаропрочных алюминиевых сплавов, технология контроля литья и формовки жаропрочных сплавов с высоким содержанием легированных веществ, технология многоступенчатой гомогенизации, а также термостойкость при высоких температурах. технология контроля фазового состава и характеристик редкоземельных Sc, Er и др. для формирования технологии контроля стабильности качества подготовки высоколегированных слитков, а также разработки новых материалов для высокопрочных и жаропрочных алюминиевых сплавов, содержащих редкоземельные элементы; Проведение инженерных исследований по высокопрочным и жаростойким материалам из алюминиевых сплавов для обеспечения технического резерва типовых комплектующих, применяемых в гражданской авиации.
(3) Высокопрочный, прочный, устойчивый к коррозии и устойчивый к повреждениям алюминиевый сплав. В ответ на требования к конструкции, обеспечивающие устойчивость к повреждениям и коррозионную стойкость самолетов гражданской авиации, разработка листов из алюминиевого сплава с прочностью 700 МПа, высокой коррозионной стойкостью и высокой вязкостью, является неизбежной тенденцией. Посредством исследований в области разработки и оптимизации состава нового сплава, многоуровневой гомогенизации частиц дисперсной фазы, контроля микроструктуры деформации в процессе прокатки и контроля формы пластин мы планируем разработать предварительно растянутый алюминиевый сплав с прочностью 700 МПа, высокой коррозионной стойкостью и высокой вязкостью. Пластины средней толщины с превосходной прочностью, вязкостью разрушения, устойчивостью к коррозии, что обеспечивает технические резервы для ключевых компонентов конструкции в гражданской авиации.
(4) Самогенерируемые на месте наночастицы улучшают высокоэффективные композиты на основе алюминия. Этот материал обладает преимуществами высокой удельной прочности, удельного модуля упругости, хорошей усталостной стойкости, хорошей термостойкости, коррозионной стойкости и относительно низкой стоимости подготовки. В настоящее время это революционный новый материал из алюминиевого сплава. Освоить методы управления морфологией и размером самогенерируемых на месте наночастиц и использовать методы управления высокочастотным импульсным магнитным полем и высокоэнергетическим ультразвуковым полем для управления агрегацией и распределением наночастиц, оптимизации самогенерируемых на месте наночастиц. усиленная высокопроизводительная технология литья постоянного тока на основе алюминия. Улучшая структуру сплава, достижение равномерного распределения наночастиц внутри зерен сплава и границ зерен значительно повышает прочность, пластичность и усталостную прочность материалов из алюминиевых сплавов, что позволяет широкомасштабно производить и применять на рынке промышленные слитки и алюминиевые изделия.
(5) Ключевые технологии и прикладные исследования для высококачественной подготовки и обработки авиационных алюминиевых сплавов. Для высококачественных материалов из алюминиевых сплавов, используемых в авиации, проводятся углубленные исследования внутренней взаимосвязи между составом сплава, микроструктурой, свойствами, подготовкой и обработкой, а также механизмами упрочнения и закалки и другими научными вопросами, а также подробные технологии управления. Установлены принципы организационного контроля и инструкции по обеспечению безопасности, а также создана базовая платформа данных, позволяющая преодолеть ключевые технические узкие места, связанные с высокой надежностью, высокой стабильностью и высокой однородностью подготовки крупных конструкционных материалов из алюминиевых сплавов. Это обеспечивает теоретическую основу и ключевую техническую поддержку для полностью независимого и контролируемого производства конструкционных материалов из авиационных алюминиевых сплавов.
2.2. Легкий алюминиевый сплав для транспортировки.
(1) Исследования и разработки деформированных алюминиевых материалов автомобильного качества, которые сочетают в себе легкий вес и безопасность, а также высококачественное промышленное производство. Китай является крупнейшим в мире потребительским автомобильным рынком, а проектирование и производство транспортных средств, работающих на традиционном топливе и транспортных средствах на новых источниках энергии, будет способствовать дальнейшему увеличению применения алюминиевых материалов, включая все алюминиевые кузова и корпуса аккумуляторов для транспортных средств на новых источниках энергии. Существует острая необходимость в проектировании, исследованиях и разработках, а также в высококачественной индустриализации деформированных материалов из алюминиевых сплавов. Принимая предприятия в качестве основного органа, посредством тесной интеграции «исследований, производства и применения», проводятся совместные исследования и разработки для решения проблемных звеньев во всем процессе, уточнения и количественной оценки деталей системы и стандартизированных параметров в производстве. и процесса подготовки, создать отслеживаемую систему и систему управления производством, а также добиться высококачественного и стабильного производства и применения типичных деформированных алюминиевых материалов для транспортных средств.
(2) Фундаментальные исследования по применению корреляции между дизайном алюминия и «характеристиками технологической структуры». На основе требований к эксплуатационным характеристикам алюминиевых материалов серии 6 XXXXX (пластины и профили) для конструкции кузова автомобиля и алюминиевых материалов серии 3 XXXXX для корпуса аккумулятора, а также на основе методов количественной характеристики многомерной и многомасштабной микроструктуры, проектирования сплавов и исследований процессов. На основе комплексных требований к производительности проводятся исследования и оценки конструкции сплавов и процессов, основанные на отдельных превосходных характеристиках, а также эксплуатационных характеристиках (формовка, соединение и т. д.). Разработаны материалы из алюминиевых сплавов для кузова автомобиля и его конструкции, корпуса аккумулятора, а также достигнуто недорогое и высокостабильное производство и подготовка.
(3) Высокая формуемость и высокопрочный алюминиевый сплав. Путем оптимизации химического состава и технологии обработки алюминиевого сплава был получен высокопрочный материал из алюминиевого сплава с характеристиками глубокой вытяжки (состояние T4P), эквивалентными нынешнему автомобильному алюминиевому сплаву 6016, и прочностью, эквивалентной состоянию 2024-T351 после кратковременной сушки. Разработано покрытие, отвечающее требованиям к ударопрочным покрытиям для облегчения автомобилей.
(4) Большой размер из высокопрочного вспененного алюминиевого сплава. Пенопластовый алюминий обладает характеристиками как пористой структуры, так и металла, и обладает множеством превосходных свойств, таких как легкий вес, высокая удельная прочность, поглощение энергии, поглощение ударов, демпфирование, звукопоглощение, рассеивание тепла, электромагнитное экранирование и т. д. Используется технология моделирования. глубоко и систематически изучать взаимодействие между структурой пеноалюминия и свойствами материала, оптимизировать технологические параметры промышленного производства, упростить производственный процесс, снизить производственные затраты и реализовать на рынке применение на рынке материалов из пеноалюминиевых сплавов высокой прочности и больших спецификаций в область транспорта легкий.
2.3 Электронный алюминий 3C и другие алюминиевые сплавы
(1) Разработка и индустриализация редкоземельных алюминиевых сплавов. Китай обладает богатыми ресурсами редкоземельных элементов, а промышленность алюминиевых сплавов имеет большие масштабы. Предыдущие исследования показали, что сочетание некоторых редкоземельных элементов (РЗЭ) с алюминиевыми сплавами может эффективно улучшить их характеристики. Однако Китай еще не разработал стабильные редкоземельные алюминиевые сплавы для применения, а также не разработал редкоземельные алюминиевые сплавы с китайскими характеристиками на международном уровне. Поэтому необходимо продолжать наращивать усилия в соответствующих исследованиях и процессах индустриализации. Путем тесного объединения исследований, обучения и применения проводятся дальнейшие исследования по базовому применению редкоземельных элементов в алюминиевых сплавах, а также глубоко понимается механизм влияния редкоземельных элементов в алюминиевых сплавах. Разработано и предложено к применению несколько редкоземельных алюминиевых сплавов, имеющих практическую ценность.
(2) Алюминиевый сплав с высокой поверхностью, высокой прочностью и высокой теплопроводностью 5G. Путем оптимизации химического состава сплава и разумного регулирования структуры материала, изучения влияния состава сплава, процессов деформационной обработки и термообработки на прочность, теплопроводность и характеристики анодирования сплава, контроля зерен сплава и второго фазовые соединения могут быть достигнуты; Благодаря организационному регулированию и исследованиям процессов анодирования и электролитического окрашивания была получена анодированная пленка с равномерным покрытием, без разницы в цвете и без дефектов, таких как черные пятна и черные линии. Материалы из алюминиевых сплавов с высокой поверхностью, высокой теплопроводностью и высокой прочностью были разработаны для удовлетворения рыночного спроса на корпуса мобильных телефонов 5G, средние пластины мобильных телефонов, экструдированные алюминиевые материалы и рулонные листы.
(3) Эффективный и недорогой анод из алюминиевого сплава для алюминиево-воздушных батарей. Тщательно и систематически изучать уникальные легирующие элементы анодов из алюминиевых сплавов, такие как металлические элементы с низкой температурой плавления, процессы деформационной обработки и термообработки, а также их влияние на электрохимическую активность и стойкость к самокоррозии алюминиевых анодов. Провести фундаментальные исследования характеристик активации и пассивации анодных материалов из алюминиевых сплавов, разработать анодные материалы из алюминиевых сплавов, отвечающие требованиям к алюминиево-воздушным батареям, и реализовать рыночно-ориентированное применение алюминиево-воздушных батарей в облегчении автомобильной промышленности, аварийном энергоснабжении и т. д. поля.
(4) Алюминиевый сплав с прочностью 800 МПа. Разрывая существующий конструктивный ряд компонентов из высокопрочных алюминиевых сплавов, мы разработали новый тип материала из алюминиевого сплава с прочностью 800 МПа в серии 7XX. Мы сосредоточимся на проведении исследований по ключевым технологиям, таким как проектирование промышленного состава и правильный контроль высокопрочного алюминиевого сплава марки 800 МПа, формование высоколегированных слитков и получение слитков высокого металлургического качества, регулирование однородности микроструктуры при горячей обработке и управление процессами прецизионной термообработки. Разработаем технологии контроля стабильности качества серийного производства высоколегированных слитков и установим технологии детального контроля эволюции и структуры микроструктуры в процессе обработки и термообработки; Завершить разработку типовых деталей и проверить их применение в моделируемых условиях эксплуатации, предварительно добиться облегченной замены высокопрочных конструкционных материалов кораблей, обеспечить технические резервы по облегченному проектированию и подготовке типовых конструктивных элементов для применения в аэрокосмической, авиационной, транспорт и другие сферы.
(5) Высокопрочные, прочные, коррозионно-стойкие и термостойкие буровые штанги из алюминиевого сплава для разведки нефти. По сравнению со стальными бурильными трубами бурильные трубы из алюминиевого сплава обладают преимуществами низкой удельной плотности, высокой прочности, низкого напряжения при изгибе и устойчивости к кислым газам, таким как коррозия H2S и CO2. Они также имеют большую глубину сверления и более сильную амортизацию. Таким образом, бурильные трубы из алюминиевого сплава имеют очевидные преимущества при разведке и разработке глубоких скважин, сверхглубоких скважин и скважин с кислым газом. Исследовать и оптимизировать процесс термообработки сплавов с высоким содержанием растворенных веществ для контроля микроструктуры, чтобы добиться лучшего сочетания MPt, GBP и PFZ, а также оптимизировать сочетание высокой прочности, высокой ударной вязкости, коррозионной стойкости и жаростойкости. стойкость сплавов; Изучить деформационное поведение сплавов и создать модель эволюции микроструктуры сплава; Понимать взаимосвязь между такими факторами, как состав, микроструктура и макроскопические свойства, создавать модели временного упрочнения, коррозии под напряжением и вязкости разрушения, достигать правильного контроля микроструктуры, а также разрабатывать и производить высокопрочные, вязкие, коррозионно-стойкие, термостойкие материалы. прочные буровые штанги из алюминиевого сплава для разведки нефти, отвечающие рыночному спросу.
(6) Разработка и индустриализация технологии экологически чистой обработки материалов из алюминиевых сплавов. В условиях нехватки ресурсов и энергии комплексное использование ресурсов и технологические инновации приобретают особое значение. Система проводит фундаментальные исследования по применению переработанных алюминиевых сплавов, глубоко понимает влияние взаимодействия нескольких элементов в алюминиевых сплавах и механизмы их воздействия на структуру и свойства материала, создает систему переработки и повторного использования алюминиевых сплавов, разрабатывает низкоэнергетические, низкоэнергетические системы. экономичные, высокопроизводительные экологически чистые технологии подготовки и обработки материалов из алюминиевых сплавов, а также обеспечивает теоретическую и техническую поддержку для подготовки недорогих экологически чистых алюминиевых сплавов и «одного алюминия, мультиэнергии» с прикладной ценностью, достижения строгих энергетических требований Китая. сохранение и цели по сокращению выбросов из года в год и зеленая модернизация алюминиевой промышленности.
3. Заключение и перспективы
Высокая производительность, высокое качество, высокая однородность, низкая стоимость и низкоуглеродистая защита окружающей среды по-прежнему остаются основными направлениями разработки новых материалов для гражданских алюминиевых сплавов и технологий обработки алюминия. Одна из них — разработать превосходную технологию литья, постоянно повышать эффективность использования энергии, сокращать выбросы и повышать уровень контроля металлургического качества, химического состава и микроструктуры слитков; Второе — интегрировать и применять современные выдающиеся достижения техники, развивать высокоточную автоматизацию, специализацию и крупнотоннажную технику, повышать эффективность и обеспечивать крупномасштабное производство высококачественной и высокооднородной продукции; В-третьих, в полной мере использовать применение технологий компьютерного моделирования в области исследований и разработок новых материалов, обработки, технологий обработки, проектирования и оптимизации пресс-форм, значительно сократить цикл разработки, снизить риски разработки, повысить эффективность производства и снизить затраты. .
В настоящее время материалы для обработки алюминиевых сплавов развиваются в сторону мультисплавов, большой ширины, высокой прочности и вязкости, высокой чистоты, высокой точности, высокой стабильности, сверхпластичности и сверхпроводимости. Это неизбежно требует большой детальной работы в области исследований технологических инноваций, от исследования механизмов материалов до контроля элементов процесса, факторов, влияющих на обработку, разумной формулировки параметров технологической линии, строгого отслеживания и контроля качества и т. д., чтобы установить основные характеристики алюминиевых сплавов, обработку. технологическую базу данных и систему контроля и оценки качества продукции, а также добиться инновационного развития превосходной технологии обработки материалов из гражданских алюминиевых сплавов.
