Capacitatea de producție și producția industriei de prelucrare a aluminiului din China s-au dezvoltat în domenii în creștere rapidă, inclusiv plăci civile și aliaje de aluminiu obișnuite, benzi, folii, profile de aluminiu pentru construcții și tranzit feroviar, materiale de conserve și substraturi de plăci de aluminiu pentru imprimare. Partea incrementală este compusă în principal din întreprinderi private. China este o țară importantă în industria de prelucrare a aluminiului.
În ultimii ani, dezvoltarea materialelor din aluminiu și aliaje de aluminiu s-a concentrat în principal pe două direcții: (1) dezvoltarea de noi materiale din aliaj de aluminiu de înaltă rezistență și duritate ridicată pentru a satisface nevoile domeniilor speciale, cum ar fi aerospațiale, transporturile și instalațiile militare; (2) Dezvoltați aliaje civile de aluminiu cu proprietăți și funcții diferite pentru a satisface noi materiale pentru diferite condiții și aplicații. Aplicarea pe scară largă a aliajelor de aluminiu a promovat dezvoltarea tehnologiei de prelucrare și preparare a aliajelor de aluminiu, dar odată cu îmbunătățirea continuă a cerințelor de performanță pentru produsele din aliaje de aluminiu, au fost prezentate și noi cerințe pentru tehnologia de prelucrare a aliajelor de aluminiu. Evaluarea și consolidarea cercetării privind caracteristicile de bază ale aliajelor de aluminiu și construcția de teorii sistematice, îmbunătățirea în continuare a înțelegerii caracteristicilor de prelucrare ale aliajelor de aluminiu, este singura modalitate de a realiza inovația tehnologică în prelucrarea aliajelor de aluminiu.
1. Cercetări privind caracteristicile de bază ale materialelor din aliaje de aluminiu
Un studiu sistematic și aprofundat al caracteristicilor fundamentale ale aliajelor de aluminiu reprezintă fundamentul inovației în tehnologia de prelucrare a aliajelor de aluminiu. Pe baza teoriei existente de prelucrare a aliajului de aluminiu, instrumente și echipamente excelente, cum ar fi computere și camere de înaltă definiție, de mare viteză, sunt utilizate pentru a studia comportamentul transferului de căldură și de masă al procesului de solidificare prin topire a aliajului de aluminiu, legea evoluției solidului aliajului de aluminiu. faza de deformare și precipitare în timpul procesului de tratament termic și relația constitutivă dintre performanța cuprinzătoare a interfeței microstructurii multifazice. Se formează un sistem teoretic sistematic și propriu de tehnologie de prelucrare a aliajelor de aluminiu. În același timp, combinând echipamentele actuale de prelucrare a aliajelor de aluminiu și tehnologia de pregătire a producției pentru a ghida și optimiza tehnologia actuală de producție și procesare a aliajelor de aluminiu, pentru a realiza inovații în tehnologia și materialele de prelucrare a aluminiului.
(1) Cercetări privind caracteristicile de bază ale topirii și turnării aliajelor de aluminiu. Studiați distribuția câmpului termic în timpul procesului de solidificare a diferitelor tipuri de topituri de aluminiu sub diferite viteze de răcire și forma inițială a frontului de solidificare a topiturii, explorați legea evoluției formei sale în timpul avansării frontului de solidificare și influența. legea privind câmpul termic intern al taglei; Studiați redistribuirea substanțelor dizolvate în timpul procesului de solidificare, înțelegeți tipurile, mecanismele termodinamice și cinetice de formare și creștere a precipitatelor de solidificare primară, precum și modelele de distribuție a diferitelor tipuri de precipitate de solidificare primară și mecanismele de formare a diferitelor defecte în timpul solidificării proces.
(2) Cercetări privind caracteristicile de bază ale deformării plastice a aliajului de aluminiu. Studierea mecanismului de influență a forței de deformare exterioară asupra fragmentării precipitatelor de solidificare primară de diferite dimensiuni/tipuri; Studiați relația intrinsecă dintre forța de deformare externă viteza de deformare deformare variabilă deformare distribuție temperatură rezistență la deformare material fisurare limita tensiunii interne reziduale; Studiați tipurile de precipitate de deformare, mecanismele termodinamice și cinetice ale formării și creșterii acestora.
(3) Cercetări privind caracteristicile de bază ale tratamentului termic din aliaj de aluminiu. Studierea mecanismelor termodinamice și cinetice de dizolvare a diferitelor tipuri de precipitate de solidificare primară/precipitate de deformare în timpul tratamentului termic în soluție solidă a aliajelor de aluminiu; Studiați mecanismul de transfer de căldură și legea variației tensiunii interne reziduale a aliajului de aluminiu în timpul tratamentului de călire rapidă; În timpul procesului de tratament termic pentru îmbătrânire, explorați mecanismele termodinamice și cinetice ale formării și creșterii diferitelor tipuri de faze de precipitare și înțelegeți modelele de distribuție ale diferitelor tipuri de faze de precipitare; Studiați mecanismul de interacțiune între diferite tipuri/dimensiuni de faze de precipitat și interfețe cu defecte punct/linie, influența distanței dintre particule și a granițelor de diferite tipuri/dimensiuni de faze de precipitat asupra mișcării defectelor de linie și inițierea și propagarea fisurilor ; Efectuați cercetări aprofundate privind influența tipurilor/dimensiunilor/distribuțiilor fazelor de precipitare asupra proprietăților mecanice statice/dinamice și rezistenței la coroziune a materialelor, precum și relația corespunzătoare dintre proprietățile mecanice statice/dinamice ale materialelor și rezistența acestora la deteriorarea impactului vitezei.
2. Cercetare și propunere privind materialele civile din aliaje de aluminiu
Materialele din aliaj de aluminiu au fost utilizate pe scară largă în domeniile aviației civile, transporturilor, electronicii 3C, energiei noi, sportului și construcțiilor. Concurența acerbă de pe piață a promovat îmbunătățirea cerințelor de calitate și performanță pentru produsele civile din aliaje de aluminiu. Prin urmare, doar prin explorarea în continuare a potențialului aliajelor de aluminiu, cercetarea și dezvoltarea materialelor civile excelente din aliaje de aluminiu și tehnologiilor de procesare, putem satisface mai bine cererea pieței.
2.1. Aliaj de aluminiu de înaltă performanță pentru aviația civilă
(1) Tehnologie de pregătire a ingineriei pentru noi materiale de înaltă performanță din aliaje de aluminiu cu pământuri rare pentru aviația civilă. Efectuați cercetări de bază aprofundate cu privire la aplicarea elementelor de pământuri rare în aliaje de aluminiu de înaltă performanță pentru aviație civilă, dezvăluie mecanismul de influență al elementelor de pământuri rare din aliajele de aluminiu, studiază sistematic legea evoluției microstructurii în condiții mecanice termice și relația cu performanța și formează un sistem teoretic de bază pentru proiectarea compoziției, prepararea și prelucrarea aliajelor de aluminiu cu pământuri rare de înaltă performanță; Se vor desfășura cercetări ulterioare privind pregătirea inginerească și aplicarea de noi materiale de aliaj de aluminiu cu pământuri rare de înaltă performanță, formând un set complet de procese de producție și tehnologii de aplicare pentru noi materiale de deformare din aliaje de aluminiu cu pământuri rare de înaltă performanță, cu capacitate de producție stabilă în loturi, realizarea instalării și aplicării pe aeronavele de aviație civilă și satisfacerea nevoilor de producție în loturi ale aeronavelor de aviație civilă.
(2) Nou aliaj de aluminiu de înaltă rezistență, rezistent la coroziune, rezistent la căldură. Tehnologii cheie inovatoare, cum ar fi proiectarea compoziției și tehnologia de control corectă pentru aliaje de aluminiu de înaltă rezistență și rezistente la căldură, tehnologia de control al turnării și modelării pentru aliaje rezistente la căldură cu conținut ridicat de aliaj, tehnologia de tratament de omogenizare în mai multe etape și rezistență termică cu stabilitate la temperatură ridicată Structura fazelor și tehnologia de control al performanței pentru pământuri rare Sc, Er etc., pentru a forma o tehnologie de pregătire a controlului stabilității calității pentru lingourile cu aliere ridicată și pentru a dezvolta noi materiale pentru rezistență ridicată. și aliaje de aluminiu rezistente la căldură care conțin elemente de pământuri rare; Efectuați cercetări de inginerie asupra materialelor din aliaje de aluminiu de înaltă rezistență și rezistente la căldură pentru a oferi rezerve tehnice pentru componentele tipice aplicate în domeniul aviației civile.
(3) Aliaj de aluminiu de înaltă rezistență, dur, rezistent la coroziune, tolerant la deteriorare. Ca răspuns la cerințele de proiectare pentru durabilitate, toleranță la deteriorare și rezistență la coroziune a aeronavelor din aviația civilă, dezvoltarea de foi de aliaj de aluminiu cu grad de rezistență de 700 MPa, rezistență ridicată la coroziune și rezistență ridicată, este o tendință inevitabilă. Prin cercetări privind proiectarea și optimizarea noilor compoziții ale aliajului, tratarea de omogenizare pe mai multe niveluri a particulelor de fază dispersată, controlul microstructurii deformării în timpul procesului de laminare și controlul formei plăcilor, intenționăm să dezvoltăm rezistență ridicată la coroziune cu grad de rezistență de 700 MPa și aliaj de aluminiu preîntins. plăci cu grosime medie, cu rezistență excelentă, tenacitate la rupere, rezistență la coroziune, oferind rezerve tehnice pentru componentele structurale cheie în aplicațiile aviației civile.
(4) Nanoparticulele autogenerate in situ îmbunătățesc compozitele de înaltă performanță pe bază de aluminiu. Acest material are avantajele unei rezistențe specifice ridicate, modul specific, rezistență bună la oboseală, rezistență bună la căldură, rezistență la coroziune și costuri de pregătire relativ scăzute. În prezent, este un nou material inovator din aliaj de aluminiu. Stăpânește tehnicile de control pentru morfologia și dimensiunea nanoparticulelor autogenerate in situ și folosește câmpul magnetic de înaltă frecvență și tehnicile de control al câmpului ultrasonic de înaltă energie pentru a controla agregarea și distribuția nanoparticulelor, optimizarea nanoparticulelor autogenerate in situ tehnologia de turnare DC compozită întărită de înaltă performanță pe bază de aluminiu. În timp ce îmbunătățește structura aliajului, obținerea unei distribuții uniforme a nanoparticulelor în granulele de aliaj și granițele granulelor îmbunătățește semnificativ rezistența, plasticitatea și rezistența la oboseală a materialelor din aliaj de aluminiu, permițând producția la scară largă și aplicarea pe piață a lingourilor industriale și a produselor din aluminiu.
(5) Tehnologii cheie și cercetare aplicativă pentru pregătirea și prelucrarea de înaltă calitate a aliajelor de aluminiu pentru aviație. Pentru materialele din aliaj de aluminiu de înaltă calitate utilizate în aviație, se efectuează cercetări aprofundate privind relația intrinsecă dintre compoziția aliajului, microstructură, proprietăți, preparare și prelucrare, precum și mecanismele de întărire și întărire și alte probleme științifice, precum și detalii detaliate. tehnologii de control. Sunt stabilite principiile de control organizațional și liniile directoare ale serviciului de siguranță, iar o platformă de date de bază este construită pentru a depăși blocajele tehnice cheie ale pregătirii de înaltă fiabilitate, stabilitate ridicată și omogenitate ridicată a materialelor structurale mari din aliaj de aluminiu. Aceasta oferă o bază teoretică și suport tehnic cheie pentru producția completă independentă și controlabilă a materialelor structurale din aliaj de aluminiu pentru aviație.
2.2. Aliaj ușor de aluminiu pentru transport
(1) Cercetarea și dezvoltarea materialelor din aluminiu deformat de calitate auto care echilibrează greutatea ușoară și siguranța și producția industrială de înaltă calitate. China este cea mai mare piață de consum de automobile din lume, iar proiectarea și fabricarea vehiculelor tradiționale cu combustibil și a vehiculelor cu energie nouă va crește și mai mult aplicarea materialelor din aluminiu, inclusiv toate corpurile din aluminiu și carcasele bateriilor pentru vehiculele cu energie nouă. Există o nevoie urgentă de proiectare, cercetare și dezvoltare și industrializarea de înaltă calitate a materialelor din aliaje de aluminiu deformate. Luând întreprinderile ca corp principal, prin integrarea strânsă a „cercetării, producției și aplicațiilor”, cercetarea și dezvoltarea în comun sunt efectuate pentru a aborda legăturile problemelor în întregul proces, a rafina și a cuantifica detaliile sistemului și parametrii standardizați în producție. și procesul de pregătire, să stabilească un sistem și un sistem de management al producției urmăribile și să realizeze o producție și o aplicare stabilă și de înaltă calitate a materialelor tipice din aluminiu deformat pentru vehicule.
(2) Cercetări de bază privind aplicarea corelației dintre proiectarea aluminiului și „performanța structurii procesului”. Pe baza cerințelor de performanță a aplicației pentru materialele din aluminiu din seria 6 XXXXX (plăci și profile) pentru structura caroseriei auto și 3 materiale din aluminiu din seria XXXXX pentru carcasa bateriei și bazându-se pe tehnici de caracterizare cantitativă a microstructurii multidimensionale și multi-scale, proiectare a aliajelor și cercetare de proces pe baza cerințelor cuprinzătoare de performanță, cercetarea și evaluarea de proiectare a aliajelor și procese bazate pe o singură performanță excelentă și cercetarea și evaluarea performanței aplicației (formare, conectare etc.). Sunt dezvoltate materiale din aliaj de aluminiu pentru caroseria auto și structura acesteia, carcasa bateriei și se realizează producție și pregătire cu costuri reduse și cu stabilitate ridicată.
(3) Formabilitate ridicată și aliaj de aluminiu de înaltă rezistență. Prin optimizarea compoziției chimice și a tehnologiei de procesare a aliajului de aluminiu, un material din aliaj de aluminiu de înaltă rezistență, cu performanță de ambutire adâncă echivalentă (starea T4P) cu aliajul actual de aluminiu auto 6016 și rezistență echivalentă cu starea 2024-T351 după coacere pe termen scurt dezvoltat, care îndeplinește cerințele de performanță ale capacelor rezistente la impact pentru ușurarea autovehiculelor.
(4) Aliaj de aluminiu cu spumă mare de înaltă rezistență. Spuma de aluminiu are caracteristicile atât ale structurii poroase, cât și ale metalului și are multe proprietăți excelente, cum ar fi greutatea ușoară, rezistența specifică ridicată, absorbția de energie, absorbția șocurilor, amortizarea, absorbția sunetului, disiparea căldurii, ecranarea electromagnetică etc. Tehnologia de simulare este utilizată. pentru a studia profund și sistematic interacțiunea dintre structura aluminiului spumă și proprietățile materialului, optimizarea parametrilor procesului de producție industrială, simplificarea procesului de producție, reducerea producției costuri, și să realizeze aplicarea pe piață a materialelor din aliaj de aluminiu spumă de înaltă rezistență și specificații mari în domeniul transportului ușor.
2.3 Aluminiu electronic 3C și alte aliaje de aluminiu
(1) Dezvoltarea și industrializarea aliajelor de aluminiu cu pământuri rare. China are resurse abundente de pământuri rare, iar industria aliajelor de aluminiu are o scară largă. Studiile anterioare au arătat că combinația unor elemente de pământuri rare (RE) cu aliaje de aluminiu le poate îmbunătăți în mod eficient performanța. Cu toate acestea, China nu a dezvoltat încă aliaje stabile de aluminiu cu pământuri rare pentru aplicare și nici nu a dezvoltat aliaje de aluminiu cu pământuri rare cu caracteristici chinezești la nivel internațional. Prin urmare, este necesar să se intensifice în continuare eforturile în procesele de cercetare și industrializare aferente. Prin combinarea strânsă a cercetării, învățării și aplicării, se efectuează cercetări ulterioare privind aplicarea de bază a elementelor de pământuri rare în aliajele de aluminiu, iar mecanismul de influență al elementelor de pământuri rare din aliajele de aluminiu este profund înțeles. Mai multe aliaje de aluminiu cu pământuri rare cu valoare practică sunt dezvoltate și promovate pentru aplicare.
(2) Aliaj de aluminiu cu suprafață înaltă 5G, rezistență ridicată și conductivitate termică ridicată. Prin optimizarea compoziției chimice a aliajului și reglarea în mod rezonabil a structurii materialului, studierea efectelor compoziției aliajului, procesării deformării și proceselor de tratament termic asupra rezistenței, conductivității termice și performanței de anodizare a aliajului, controlul granulelor de aliaj și al doilea se pot realiza compuși de fază; Prin reglementări organizaționale și cercetări privind procesele de anodizare și colorare electrolitică, s-a obținut un film anodizat cu acoperire uniformă, fără diferențe de culoare și fără defecte precum pete negre și linii negre. Materiale cu suprafață ridicată, conductivitate termică ridicată și aliaje de aluminiu de înaltă rezistență au fost dezvoltate pentru a satisface cererea pieței pentru carcase pentru telefoane mobile 5G, plăci de mijloc pentru telefoane mobile, materiale din aluminiu extrudat și foi laminate.
(3) Anod din aliaj de aluminiu eficient și ieftin pentru bateriile de aer din aluminiu. Studiați amănunțit și sistematic elementele unice de aliere ale anozilor din aliaj de aluminiu, cum ar fi elementele metalice cu punct de topire scăzut, procesele de deformare și procesele de tratament termic, precum și efectele acestora asupra activității electrochimice și rezistenței la autocoroziune a anozilor de aluminiu. Efectuați cercetări de bază cu privire la caracteristicile de activare și pasivizare ale materialelor anodice din aliaj de aluminiu, dezvoltați materiale anodice din aliaj de aluminiu care îndeplinesc cerințele bateriilor de aer din aluminiu și realizați aplicarea orientată spre piață a bateriilor de aer din aluminiu în luminarea auto, alimentarea cu energie de urgență și altele câmpuri.
(4) aliaj de aluminiu cu rezistență de 800 MPa. Depășind gama de design existentă a componentelor din aliaj de aluminiu de înaltă rezistență, am dezvoltat un nou tip de material din aliaj de aluminiu cu o rezistență de 800 MPa în seria 7XX. Ne vom concentra pe efectuarea de cercetări asupra tehnologiilor cheie, cum ar fi proiectarea compoziției industriale și controlul corect al aliajului de aluminiu de înaltă rezistență de 800 MPa, formarea lingourilor de aliaj înalt și prepararea lingourilor de înaltă calitate metalurgică, reglarea uniformității microstructurii în timpul prelucrării la cald și controlul proceselor de tratare termică de precizie. Vom dezvolta tehnologii de control al stabilității calității pentru producția în loturi de lingouri de aliaj înalt și vom stabili tehnologii de control detaliate pentru evoluția și structura microstructurii în timpul procesării și tratamentului termic; Finalizați dezvoltarea componentelor tipice și verificați aplicarea acestora în condiții de serviciu simulate, obțineți în prealabil înlocuirea ușoară a materialelor structurale de înaltă rezistență pentru nave și furnizați rezerve tehnice pentru proiectarea ușoară și pregătirea componentelor structurale tipice pentru aplicații în industria aerospațială, aviație, transport și alte domenii.
(5) Tije de foraj din aliaj de aluminiu de înaltă rezistență, dure, rezistente la coroziune, rezistente la căldură pentru explorarea petrolului. În comparație cu țevile de foraj din oțel, țevile de foraj din aliaj de aluminiu au avantajele unei densități specifice scăzute, rezistență ridicată, stres scăzut la încovoiere și rezistență la gaze acide, cum ar fi coroziunea H2S și CO2. De asemenea, au o capacitate mai mare de adâncime de foraj și o capacitate mai puternică de absorbție a șocurilor. Prin urmare, țevile de foraj din aliaj de aluminiu au avantaje evidente în explorarea și dezvoltarea puțurilor de adâncime, puțurilor ultra adânci și puțurilor de gaz acide. Cercetarea și optimizarea procesului de tratare termică a aliajelor în stare ridicată de soluție pentru a controla microstructura, pentru a obține o combinație mai bună de MPt, GBP și PFZ și pentru a optimiza potrivirea dintre rezistență ridicată, duritate ridicată, rezistență la coroziune și căldură rezistența aliajelor; Studierea comportamentului la deformare a aliajelor și stabilirea unui model de evoluție a microstructurii aliajului; Înțelegeți relația dintre factori precum compoziția, microstructura și proprietățile macroscopice, stabiliți modele pentru întărirea în timp, coroziunea la presiune și duritatea la rupere, obțineți controlul corect al microstructurii și dezvoltați și produceți rezistență ridicată, dureri, rezistente la coroziune, căldură. Tije de foraj rezistente din aliaj de aluminiu pentru explorarea petrolului care satisfac cererea pieței.
(6) Dezvoltarea și industrializarea tehnologiei ecologice de prelucrare a materialelor din aliaje de aluminiu. În fața penuriei de resurse și energie, utilizarea cuprinzătoare a resurselor și inovația tehnologică sunt deosebit de importante. Sistemul efectuează cercetări de bază privind aplicarea aliajelor de aluminiu reciclat, înțelege în profunzime efectele de cuplare ale mai multor elemente din aliajele de aluminiu și mecanismele de impact ale acestora asupra structurii și proprietăților materialului, stabilește un sistem de reciclare și reutilizare a aliajului de aluminiu, dezvoltă un consum redus de energie, scăzut de energie. Tehnologii de pregătire și procesare ecologice de înaltă performanță pentru materialele din aliaje de aluminiu și oferă suport teoretic și tehnic pentru prepararea de produse ecologice la costuri reduse și aliaje de aluminiu prietenoase cu mediul și „un aluminiu multi energie” cu valoare de aplicare, atingerea obiectivelor stricte ale Chinei de economisire a energiei și reducerea emisiilor an de an și modernizarea ecologică a industriei aluminiului.
3. Concluzie și perspectivă
Înaltă performanță, înaltă calitate, uniformitate ridicată, costuri reduse și protecția mediului cu emisii scăzute de carbon sunt în continuare principalele direcții pentru dezvoltarea de noi materiale pentru aliajele civile de aluminiu și tehnologia de prelucrare a aluminiului. Una este dezvoltarea unei tehnologii excelente de turnare, îmbunătățirea continuă a eficienței utilizării energiei, reducerea emisiilor și creșterea nivelului de control al calității metalurgice, compoziției chimice și microstructurii lingourilor; Al doilea este să integreze și să aplice realizările tehnologice excelente contemporane, să dezvolte automatizări de înaltă precizie, specializare și echipamente tehnice la scară largă, să îmbunătățească eficiența și să asigure producția la scară largă de produse de înaltă calitate și foarte uniforme; Al treilea este de a utiliza pe deplin aplicarea tehnologiei de simulare pe calculator în domeniile cercetării și dezvoltării de noi materiale, procesării, tehnologiei de prelucrare și proiectării și optimizarii matrițelor, scurtarea semnificativă a ciclului de dezvoltare, reducerea riscurilor de dezvoltare, îmbunătățirea eficienței producției și reducerea costurilor. .
În prezent, materialele de prelucrare a aliajelor de aluminiu se dezvoltă spre mai multe aliaje, lățime mare, rezistență și tenacitate ridicate, puritate ridicată, precizie ridicată, stabilitate ridicată, superplasticitate și supraconductivitate. Acest lucru necesită inevitabil multă muncă detaliată în cercetarea inovației tehnologice, de la cercetarea mecanismului material până la controlul elementelor de proces, factori de influență a procesului, formularea rezonabilă a parametrilor liniei de proces, urmărirea și supravegherea strictă a calității etc., pentru a stabili caracterizarea caracteristicilor de bază ale aliajului de aluminiu, procesare baza de date tehnologică și sistemul de inspecție și evaluare a calității produselor și obținerea dezvoltării inovatoare a tehnologiei excelente de prelucrare a materialelor civile din aliaje de aluminiu.
