მაღალი კლასის ალუმინის შენადნობების გამოყენება სამხედრო სამრეწველო მასალებში

ალუმინი დედამიწის ქერქში ყველაზე გავრცელებული ლითონის ელემენტია. ეს არის ფერადი ლითონი, რომელიც მსოფლიოში ფოლადის შემდეგ სიდიდით მეორეა მოპოვებითა და გამოყენებით. მას აქვს დაბალი სიმკვრივე, ფოლადის დაახლოებით 1/3. რადგან სუფთა ალუმინი რბილია და დაბალი სიმტკიცე აქვს, ამიტომ, ალუმინში ისეთი ელემენტების მცირე რაოდენობით დამატებით, როგორიცაა მაგნიუმი, სპილენძი, თუთია, სილიციუმი და ლითიუმი, ალუმინის შენადნობის მახასიათებლები უკეთესია. ალუმინის შენადნობები ინდუსტრიაში ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ფერადი ლითონის კონსტრუქციული მასალებია მათი შესანიშნავი მექანიკური თვისებებისა და კოროზიისადმი მდგრადობის გამო. ისინი ფართოდ გამოიყენება მშენებლობაში, აერონავტიკაში, საავტომობილო, მანქანათმშენებლობაში, გემთმშენებლობასა და ქიმიურ მრეწველობაში.

ალუმინის შენადნობებს აქვთ შესანიშნავი თვისებები მექანიკასა და ქიმიაში:

① მექანიკური ასპექტები, ძირითადად აისახება დაბალ სიმკვრივეში, მაღალ სიმტკიცეში, მაღალ მოდულში და ა.შ. ალუმინს აქვს დაბალი სიმკვრივე და მსუბუქია სხვა ლითონებთან შედარებით, მხოლოდ 1/4-ია ფოლადთან შედარებით, ამიტომ ის შესაფერისია იმ სფეროებში გამოსაყენებლად, სადაც მაღალია მსუბუქი წონის მოთხოვნები;

② ქიმიური თვისებების თვალსაზრისით, რადგან ალუმინის შენადნობს ჰაერში ზედაპირზე მკვრივი ოქსიდის აპკის წარმოქმნა შეუძლია, მას შეუძლია დაიცვას თავი ღრმა დაჟანგვისგან. ამიტომ, მას აქვს შესანიშნავი კოროზიისადმი მდგრადობა და ძალიან სტაბილური ქიმიური შემადგენლობა.

③ ალუმინის შენადნობს აქვს კარგი პლასტიურობა და შეიძლება დამუშავდეს სხვადასხვა პროფილებად. მას აქვს შესანიშნავი ელექტრო და თბოგამტარობა. ამიტომ, იგი ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში და მისი გამოყენება მხოლოდ ფოლადის შემდეგ არის მეორე ადგილზე.

ამჟამად, ინდუსტრიაში 250-ზე მეტი ალუმინის შენადნობია სხვადასხვა შემადგენლობით. სხვადასხვა შენადნობის შემადგენლობის მიხედვით დიფერენცირების გასაადვილებლად, ჩინეთი იყენებს საერთაშორისოდ აღიარებულ ოთხნიშნა კლასიფიკაციის მეთოდს, რათა ხელი შეუწყოს წარმოების ადგილის მარკირებას, მეხსიერებას და გამოთვლების მართვას. სამხედრო ინდუსტრიაში გამოყენებული ალუმინის შენადნობები ძირითადად მოიცავს ალუმინ-ლითიუმის შენადნობებს, 2XXX (A1-Cu-Mg) სერიის და 7XXX სერიის ალუმინის შენადნობებს.

სხვადასხვა ალუმინის შენადნობის მასალების ბაზრის მოთხოვნა და განვითარების ტენდენცია

2XXX სერიის ალუმინის შენადნობი

2XXX (A1-Cu-Mg) სერიის ალუმინის შენადნობებს აქვთ მაღალი დაჭიმვის სიმტკიცე, სიმტკიცე და დაღლილობისადმი სიმტკიცე, კარგი თბოგამძლეობა, დამუშავებისა და შედუღების თვისებები და ფართოდ გამოიყენება აერონავტიკის, საავტომობილო და იარაღის ინდუსტრიებში. ძირითადი კლასის ალუმინის შენადნობებია 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12 და ა.შ. სიმტკიცის, სიმტკიცის შესაბამისობისა და დაზიანებისადმი მდგრადობის გასაუმჯობესებლად შემუშავებულია შენადნობების სერია, როგორიცაა 2024, 2124, 2524, 2324 შენადნობები და ა.შ.

ჩინეთის აღჭურვილობის მოდელები ვითარდება მსუბუქი წონის, ხანგრძლივი მოხმარების, მაღალი საიმედოობისა და დაბალი ღირებულების მიმართულებით და მაღალი მოთხოვნები აქვს ფიუზელაჟის კანის მასალის მოტეხილობის სიმტკიცის, ბზარების გავრცელებისადმი მდგრადობისა და კოროზიისადმი მდგრადობის მიმართ. 2024-T351 ალუმინის შენადნობის სქელ ფირფიტაზე დაყრდნობით, უცხოურმა ქვეყნებმა შეიმუშავეს 2324, 2624 და სხვა მაღალი დაზიანებისადმი მდგრადობის ალუმინის შენადნობები ქვედა ფრთის ზედაპირისთვის, განსხვავებული სიმტკიცით, სიმტკიცით, დაღლილობისა და კოროზიისადმი მდგრადობით, და მიაღწიეს მონტაჟსა და გამოყენებას. ჩინეთი ავითარებს მაღალი დაზიანებისადმი მდგრადობის 2XXX სერიის ალუმინის შენადნობებს. მომავალში, კომპოზიტური მიკროშენადნობები იქნება Al-Cu-Mg სერიის მაღალი სიმტკიცის ალუმინის შენადნობების განვითარების მნიშვნელოვანი მიმართულება.

4XXX სერიის ალუმინის შენადნობი

ამჟამად, ჩინეთში ევტექტიკური და ჰიპოევტექტიკური Al-Si შენადნობები ძირითადად გამოიყენება საავტომობილო დგუშებისთვის. თუმცა, ძრავის მუშაობის მოთხოვნების უწყვეტი გაუმჯობესების გამო, რთულია მუშაობის მოთხოვნების დაკმაყოფილება. ჰიპერევტექტიკური Al-Si შენადნობი გამოირჩევა დაბალი სიმკვრივით, მცირე წრფივი გაფართოების კოეფიციენტით, უფრო მაღალი ცვეთისადმი მდგრადობით და მოცულობითი სტაბილურობით და წარმოადგენს დგუშის უფრო იდეალურ მასალას ევტექტიკურ Al-Si შენადნობებთან შედარებით. ჰიპერევტექტიკური Al-Si შენადნობის დგუშები მასობრივად იწარმოება საზღვარგარეთ და გამოიყენება სატვირთო და მსუბუქი ავტომობილებისთვის, როგორიცაა A390 შენადნობი შეერთებულ შტატებში, AC9A და AC8A (ZL109) შენადნობები იაპონიაში და A390 შენადნობი ავსტრალიაში. თუმცა, ამჟამად ჩინეთში ცოტა მწარმოებელია, რომელიც აწარმოებს ჰიპერევტექტიკურ Al-Si შენადნობის დგუშებს და მათი უმეტესობა იმპორტზეა დამოკიდებული. გარდა ამისა, დიდი უფსკრული არსებობს საავტომობილო ტურბო დამტენის ალუმინის შენადნობის მასალებსა და უცხო ქვეყნებს შორის. მაღალი ხარისხის საავტომობილო ტურბო დამტენის ალუმინის შენადნობის მასალები ძირითადად იაპონიასა და სხვა ქვეყნებზეა დამოკიდებული. ამიტომ, აუცილებელია მაღალი ხარისხის დგუშებისა და ტურბო დამტენის იმპულსებისთვის საავტომობილო ალუმინის შენადნობის ძირითადი მასალების შემუშავება.

5XXX სერიის ალუმინის შენადნობები

ალუმინის მაგნიუმის შენადნობები, განსაკუთრებით მაგნიუმის მაღალი შემცველობის მქონე ალუმინის მაგნიუმის შენადნობები, ხასიათდება მაღალი სპეციფიკური სიმტკიცით, კარგი შედუღებადობით და კოროზიისადმი მდგრადობით და მომავალში კონკურენტუნარიან მასალებად იქცევა აერონავტიკის, მაღალსიჩქარიანი მატარებლების, ოკეანეებისა და სხვა სფეროების ინდუსტრიაში. ამჟამად, ალუმინის მაგნიუმის შენადნობის ფირფიტები, პროფილები და შედუღების მავთულები აერონავტიკის, მატარებლების, ოკეანეებისა და სხვა დარგებისთვის ძირითადად იმპორტზეა დამოკიდებული. მაღალი კლასის შედუღების მავთულის ბაზარი ძირითადად მონოპოლიზებულია ALCOA-ს მიერ შეერთებულ შტატებში. ER5183 და ER5356 შენადნობები ძირითადად იმპორტზეა დამოკიდებული და იმპორტის მოცულობა მათი გაყიდვების დაახლოებით 70%-ს შეადგენს. გემებისთვის განკუთვნილი ალუმინის მაგნიუმის შენადნობები ძირითადად რუსეთზეა დამოკიდებული. მაგნიუმის მაღალი შემცველობის მქონე შენადნობების ტრადიციულ ზოდებს აქვთ კარგად განვითარებული დენდრიტები, ძლიერი ევტექტიკური ფაზის სეგრეგაცია და ცუდი ფორმირების მახასიათებლები. დამუშავების ამჟამინდელ მეთოდებს ჯერ კიდევ ბევრი პრობლემა აქვთ, როგორიცაა დაბალი შესრულება, ცუდი აშკარა ხარისხი, ხანგრძლივი პროცესი, არასტაბილური ხარისხი და დაბალი მოსავლიანობა. სუბსწრაფი გამყარება და ფორმირება ხელს უშლის მაგნიუმის დალექვას და ამავდროულად შეიძლება რეგულირდეს წვრილი, თანაბარი ღერძიანი კრისტალების და ნანო-დალექილი ფაზების მისაღებად, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს მასალის მუშაობას და ერთგვაროვნებას. ამრიგად, მაღალი ხარისხის Al-Mg შენადნობების სუბსწრაფი გამყარების უწყვეტი რეოლოგიური ექსტრუზიისა და გლინვის ტექნოლოგიის შემუშავება, სავარაუდოდ, დააკმაყოფილებს მაღალი ხარისხის Al-Mg შენადნობების მოთხოვნას.

6XXX სერიის ალუმინის შენადნობები

6XXX სერიის ალუმინის შენადნობების მასალები ძირითადი მასალებია რკინიგზის ტრანსპორტის, ავტომობილების, ელექტრონიკის და ა.შ. სფეროებში. 1980-იანი წლებიდან მოყოლებული, განვითარებულმა ქვეყნებმა და რეგიონებმა, როგორიცაა ევროპა, შეერთებული შტატები და იაპონია, შეიმუშავეს ალუმინის შენადნობები ავტომობილებისთვის, რეგისტრირებული კლასის, როგორიცაა 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 და 6082, და შექმნეს შედარებით სრულყოფილი წარმოებისა და გამოყენების სისტემა ავტომობილის კორპუსის პანელებისთვის, ექსტრუზიებისთვის, ჭედვისთვის და ა.შ. ჩინეთში 6XXX სერიის ალუმინის შენადნობის კორპუსის პანელებისა და ჭედვის ინდუსტრიალიზაციის კვლევა და განვითარება ახლახან დაიწყო და აშკარა ხარვეზია. ჩინეთის მრეწველობისა და საინფორმაციო ტექნოლოგიების სამინისტრომ შემოგვთავაზა შემდეგი საავტომობილო ალუმინის შენადნობის ფურცლების შემუშავება: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022 და ა.შ. ტიპიური 6XXX სერიის ალუმინის შენადნობის ფურცელს აქვს მინიმუმ 25%-იანი წაგრძელება A50, მინიმუმ 0.60 r მნიშვნელობა, მინიმუმ 140 N/mm2 60 d დენადობის ზღვარი Rp0.2 და მინიმუმ 80 N/mm2 საღებავის გამკვრივების დენადობის ზღვარის ნამატი. სხვადასხვა საჭიროებების საპასუხოდ, 6XXX სერიის ალუმინის შენადნობების დიზაინის, მომზადებისა და დამუშავების ტექნოლოგიის განვითარება განვითარების გარდაუვალ ტენდენციად იქცა.

7XXX სერიის ალუმინის შენადნობები

7XXX სერიის ალუმინის შენადნობებს აქვთ კარგი სტრესის კოროზიისადმი მდგრადობა და ალუმინის შენადნობებს შორის ყველაზე მტკიცე სერიაა. ისინი საერთაშორისოდ აღიარებულია, როგორც საავიაციო ხერხემლის მასალები. ბოლო დროს უცხოურმა ქვეყნებმა შეიმუშავეს 7055 შენადნობი (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr), რომლის დენადობის ზღვარი T77511 მდგომარეობაში აღემატება 620 მპა-ს. ის გამოიყენება Boeing 777 თვითმფრინავებში და ამცირებს წონას 635 კგ-ით. ამჟამად ჩინეთში არ არსებობს ავიაციისთვის განკუთვნილი 7XXX სერიის ალუმინის შენადნობების სისტემატური დიზაინი, მომზადება და დამუშავების ტექნოლოგია და ზოგიერთი პროდუქტი მთლიანად იმპორტზეა დამოკიდებული. 7XXX სერიის ალუმინის შენადნობების მასშტაბური ზოდების დიდი რაოდენობით, რომელიც შეიცავს შენადნობის ელემენტებს, ფართო გამყარების დიაპაზონს, დიდი ჩამოსხმის სტრესს და შენადნობის ელემენტების ადვილად დაჟანგვის/სეგრეგაციის გამო, ზოდების მეტალურგიული ხარისხი დაბალია და ოთახის ტემპერატურაზე ფორმირების მახასიათებლები დაბალია, ამიტომ დიდი მნიშვნელობა აქვს ახალი 7XXX სერიის ალუმინის შენადნობების შემუშავებას.

ალუმინ-ლითიუმის (Al-Li) შენადნობი

ალუმინ-ლითიუმის შენადნობი ბოლო წლებში საავიაციო მასალებში ყველაზე სწრაფად მზარდი მსუბუქი მასალაა. მას ახასიათებს დაბალი სიმკვრივე, მაღალი ელასტიურობის მოდული, მაღალი სპეციფიკური სიხისტე, კარგი დაღლილობისადმი მდგრადობა და კოროზიისადმი მდგრადობა. ჩვეულებრივი ალუმინის შენადნობების ჩანაცვლების შემდეგ, მასის შემცირება შესაძლებელია 10%-20%-ით, ხოლო სიხისტის გაზრდა 15%-20%-ით. XXI საუკუნის დასაწყისში ამერიკულმა კომპანია ALCOA-მ წამოიწყო „ALCOA Aviation 20/20 გეგმა“, რომლის მიზანი იყო საავიაციო ალუმინის შენადნობების ღირებულებისა და წონის 20%-ით შემცირება 20 წლის განმავლობაში. Constellium-მა შეიმუშავა 2050 და 2198 ალუმინ-ლითიუმის შენადნობები (Al-Cu-Li-Mg-Ag) დაბალი სიმკვრივით, მაღალი სიმტკიცით და მაღალი დაზიანებისადმი ტოლერანტობით. ჩინეთში დამოუკიდებლად შემუშავებული Al-Li შენადნობების ძალიან ცოტა კლასია და გამოყენებულია მხოლოდ 1420 შენადნობი. C919 სამგზავრო თვითმფრინავში გამოყენებული ალუმინ-ლითიუმის შენადნობი მოწოდებულია Alcoa-ს მიერ. ქვეყნის შიგნით, შესაძლებელია მხოლოდ შეზღუდული კლასის შენადნობების წარმოება, როგორიცაა 1420, 2195, 2197 და 2A97, ხოლო ზოდები მხოლოდ (310~400)×1280×4000) მმ-ზე ნაკლები ბრტყელი ზოდებია და φ650 მმ-ზე ნაკლები მრგვალი ზოდები. 60 მმ-ზე მეტი სისქისა და 1500 მმ-ზე მეტი სიგანის ბრტყელი ზოდები (2B16) და 1500 მმ-ზე მეტი დიამეტრის ზოდები (2B16) მაღალი დონის ავიაციის გამოყენების სფეროში ჯერ არ არის სამრეწველო წარმოების. ამიტომ, დიდი მნიშვნელობა აქვს ალუმინ-ლითიუმის შენადნობის ახალი დიზაინის, ულტრადიდი ზოდების მომზადებისა და ღრმა დამუშავების ტექნოლოგიის შემუშავებას.

სითბოს მდგრადი ალუმინის შენადნობი

სითბოს მდგრადი ალუმინის შენადნობები წარმოადგენს ძირითად მასალებს აერონავტიკის, ავტომობილების, რკინიგზის ტრანსპორტის და ა.შ. სფეროებში. ისინი არეგულირებენ ისეთ ელემენტებს, როგორიცაა Si, Fe, Ni, Ag და იშვიათმიწა ელემენტები, რათა ალუმინის შენადნობები მდგრადი იყოს დაჟანგვისა და ცოცვის მიმართ მაღალ ტემპერატურაზე. ტრადიციული სითბოს მდგრადი ალუმინის შენადნობებია: 2519, 2618, 2219, 2D70 და ა.შ. აერონავტიკისა და საავტომობილო ინდუსტრიების სწრაფი განვითარების შედეგად, სითბოს მდგრადი ალუმინის შენადნობებზე უფრო მაღალი მოთხოვნები დგება. გამანადგურებლების ახალი თაობა გამოირჩევა მაღალი საკრუიზო სიჩქარით, ხოლო ფიუზელაჟის ზედაპირის სამუშაო ტემპერატურა 150°C-ზე მეტია. ამჟამად, სითბოს მდგრადი ალუმინის შენადნობების, როგორიცაა 2618 და 2D70, გრძელვადიანი გამოყენების ტემპერატურა 150°C-ზე დაბალია. აუცილებელია ახალი სითბოს მდგრადი ალუმინის შენადნობების შემუშავება.

Al-Sc შენადნობი ულტრადაბალი სკანდიუმის (Sc) შემცველობით

Al-Sc შენადნობს აქვს შესანიშნავი თვისებები, როგორიცაა მაღალი სიმტკიცე, კარგი პლასტიურობა და კოროზიისადმი მდგრადობა და Al-Li შენადნობის შემდეგ გახდა მსუბუქი მასალების ახალი თაობა აერონავტიკისთვის, გემებისთვის და ა.შ. სკანდიუმის კვალის შემცველი Al-Mg შენადნობის დაჭიმვის სიმტკიცე 30%-ით მეტია 5083 შენადნობისაზე, ხოლო დენადობის ზღვარი ორჯერ მეტია. მისი შედუღებადობა შედარებადია ჩვეულებრივი 5XXX სერიის შენადნობების მაჩვენებლებთან, თერმული ზემოქმედების ქვეშ მყოფი ზონისა და შედუღების მექანიკური თვისებები დაახლოებით ტოლია მატრიცის მაჩვენებლებთან, ხოლო კოროზიისადმი მდგრადობა შედარებადია 5083 შენადნობის მდგრადობასთან. 5XXX ან 6XXX სერიის შენადნობების ჩანაცვლება აერონავტიკის კომპონენტების წარმოებაში შეიძლება მნიშვნელოვანი წონის შემცირების ეფექტის მიღწევაში და ის ასევე წარმოადგენს უმაღლეს მასალას ავტომობილებისა და რკინიგზის სატრანსპორტო საშუალებებისთვის. რუსეთი მსოფლიოში სკანდიუმის შემცველი ალუმინის შენადნობების შემუშავების ავანგარდშია და მან შექმნა Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc და Al-Cu-Mg-Sc შენადნობები სკანდიუმის 0.18%-0.5%-იანი შემცველობით. ალუმინ-სკანდიუმის შენადნობების აერონავტიკასა და ავტომობილებში გამოყენების ხელშეწყობის მიზნით, ჩინეთის მრეწველობისა და საინფორმაციო ტექნოლოგიების სამინისტრომ სკანდიუმის შემცველი ალუმინის შენადნობები პრიორიტეტული განვითარების ახალ მასალებად შეფასა. ჩინეთი მდიდარია სკანდიუმის რესურსებით და ააშენა მაღალი სისუფთავის სკანდიუმის ოქსიდის მოპოვების საწარმოო ხაზი, რითაც საფუძველი ჩაუყარა ალუმინ-სკანდიუმის შენადნობების შემუშავებას.

500 MPa კლასის ცხელი შტამპის ალუმინის შენადნობი ავტომობილებისთვის

ჩინეთში მაღალი სიმტკიცის ალუმინის შენადნობების მასალების ცხელი შტამპვის სფეროში ჯერ კიდევ არ არის საკმარისი გამოცდილება. ახალი მასალებისა და ახალი ფორმირების პროცესის შემუშავების კომბინაცია მაღალი სიმტკიცის ალუმინის შენადნობების საავტომობილო ნაწილების ფორმირების პრობლემის გადაჭრის ეფექტური საშუალებაა. 7XXX სერიის შენადნობებზე ფოკუსირება, 2XXX შენადნობების აქტიური შესწავლა და ცხელი შტამპისთვის 500 MPa კლასის ალუმინის შენადნობების მასალების შემუშავება მნიშვნელოვან პერსპექტივებს ქმნის რთული ფორმის საავტომობილო ნაწილების წარმოებისთვის.

ალუმინის ბაზაზე დამზადებული კომპოზიტური მასალები

ალუმინ-ფოლადის მრავალშრიანი კომპოზიტური ფირფიტა: ალუმინისა და ფოლადის გემბანებს შორის ეფექტური კავშირი დიდი გემების სუპერსტრუქტურების შემსუბუქების ერთ-ერთ შეზღუდვად იქცა. ალუმინ-ფოლადის კომპოზიტური გარდამავალი შეერთება, რომელიც გამოიყენება ალუმინსა და ფოლადის კორპუსებს შორის შედუღებისთვის, ტრადიციული მოქლონების პროცესის ჩანაცვლების გადაწყვეტას წარმოადგენს. Honda-მ შეიმუშავა ფოლადისა და ალუმინის შეერთების ტექნოლოგია, რომელიც გლობალურად გამოყენებული იქნება მასობრივად წარმოებულ ავტომობილების ჩარჩოებში. ამჟამად, ჩინეთში გამოყენებული ალუმინ-ფოლადის კომპოზიტური შეერთებები ძირითადად იმპორტირებულია საზღვარგარეთიდან, რომელთა ფასი 4×10 5 CNY/t-ს აღწევს. მომავალი მასშტაბური გემებისთვის, გარდამავალი შეერთებებისთვის საჭიროა უფრო მაღალი შედუღების ტემპერატურა, საკისრების უფრო დიდი დატვირთვა და უფრო ძლიერი შემაკავშირებელი ინტერფეისები, ხოლო მაღალი ხარისხის ალუმინ-ფოლადის შეერთებები სასწრაფოდ არის საჭირო.