铝合金原材料分析（各系铝合金材料的市场需求分析及发展方向浅谈）
铝合金原材料分析（各系铝合金材料的市场需求分析及发展方向浅谈）另外，汽车涡轮增压铝合金材料与国外也存在较大差距，高性能汽车涡轮增压铝合金材料主要依赖日本等国家。因此，开发高性能活塞、涡轮增压叶轮关键汽车铝合金材料势在必行。过共晶 Al-Si 合金密度低，线膨胀系数小，抗磨性和体积稳定性更高，与亚共晶和共晶 Al-Si 合金相比是更为理想的活塞材料。国外已批量生产过共晶 Al-Si 合金活塞，并应用于载重汽车和轿车，如美国的 A390 合金，日本的 AC9A 和 AC8A（ZL109）合金，澳大利亚的 A390 合金。但是目前我国生产过共晶 Al-Si 合金活塞的厂家很少，大部分依赖进口。我们迫切需要开展高损伤容限 2XXX 系铝合金的开发工作，未来，复合微合金化将是 Al-Cu-Mg 系高强铝合金一个重要发展方向。（二）4XXX 系铝合金目前我国汽车活塞主要使用共晶和亚共晶 Al-Si 合金，但是随着对发动机性能要求的不断提高，难以满足性能要求。
铝合金的市场需求往往决定了铝合金制品的种类、产量及性能特征。由于铝合金种类繁多，国内外发展过程及现状也不尽相同，且一部分铝合金会交叉应用于汽车、船舶及航空航天领域，所以以铝合金系来进行分类阐述。下面简单地介绍一下铝合金系材料的分类及应用。
（一）2XXX 系铝合金
2XXX（A1-Cu-Mg）系铝合金具有高的抗拉强度、韧性和疲劳强度，良好的耐热、加工及焊接性能，被广泛应用于空天、汽车及兵器工业等领域。主要牌号有 2A01、2A02、2A06、2A11、2A12 等。针对提高强度、强韧性匹配、耐损伤容限性能相继开发了一系列合金，如 2024、2124、2524、2324 合金等。
我国装备型号向轻量化、长寿命、高可靠、低成本方向发展，对机身蒙皮材料的断裂韧性、抗裂纹扩展能力和耐蚀性能具有较高的要求。国外在 2024-T351 铝合金厚板基础上，已开发出了具有不同强度、韧性、疲劳、耐腐蚀性能匹配的 2324、2624 等机翼下翼面用高损伤容限铝合金，并实现装机应用。
我们迫切需要开展高损伤容限 2XXX 系铝合金的开发工作，未来，复合微合金化将是 Al-Cu-Mg 系高强铝合金一个重要发展方向。
（二）4XXX 系铝合金
目前我国汽车活塞主要使用共晶和亚共晶 Al-Si 合金，但是随着对发动机性能要求的不断提高，难以满足性能要求。
过共晶 Al-Si 合金密度低，线膨胀系数小，抗磨性和体积稳定性更高，与亚共晶和共晶 Al-Si 合金相比是更为理想的活塞材料。国外已批量生产过共晶 Al-Si 合金活塞，并应用于载重汽车和轿车，如美国的 A390 合金，日本的 AC9A 和 AC8A（ZL109）合金，澳大利亚的 A390 合金。但是目前我国生产过共晶 Al-Si 合金活塞的厂家很少，大部分依赖进口。
另外，汽车涡轮增压铝合金材料与国外也存在较大差距，高性能汽车涡轮增压铝合金材料主要依赖日本等国家。因此，开发高性能活塞、涡轮增压叶轮关键汽车铝合金材料势在必行。
（三）5XXX 系铝合金
Al-Mg 合金特别是高 Mg 含量的 Al-Mg 合金具有高的比强度、良好的焊接性和耐蚀性，将成为未来空天、高速列车、海洋等领域极具竞争力的材料。
目前，空天、列车、海洋等应用的 Al-Mg 合金板材、型材以及焊丝主要依靠进口，高端焊丝市场基本上被美国 ALCOA 所垄断，ER5183、ER5356 合金主要依靠进口，进口量约占其销量的 70%，舰艇用 Al-Mg 合金主要依赖于俄罗斯。
高 Mg 含量的合金常规铸锭中枝晶发达、共晶相偏析严重，成形性能差，目前加工方法仍存在诸多问题，如性能低、表观质量差、工序长、质量不稳定、成品率低等。
亚快速凝固与成形可以抑制 Mg 的析出，同时可以调控得到细小等轴晶和纳米析出相，大幅度提高材料的性能与均一性。因此，开发高性能 Al-Mg 合金亚快速凝固连续流变挤压和轧制技术，有望解决高品质 Al-Mg 合金的需求。
（四）6XXX 系铝合金
6XXX 系铝合金材料是轨道交通、汽车、电子等领域的关键材料。从 20 世纪 80 年代起，欧美、日本等发达国家和地区研发了车用铝合金，注册了 6009、6016、6010、6111、6022、6082 等牌号，形成了较完整的汽车车身板、挤压材、锻件等生产和应用体系。
我国 6XXX 系铝合金车身板和锻件的产业化研发刚刚起步，存在明显差距。我国工业和信息化部提出重点发展的车用铝合金薄板是：6016-S、 6016-IH、6016-IBR、6A16-S、6A16-IBR、6022 等，典型 6XXX 系铝合金板材伸长率 A50不小于 25%，r 值不小于 0.60，60 d 停放屈服强度 Rp0.2不小于 140 N/mm2 ，烤漆硬化屈服强度增量不小于 80 N/mm2 。针对不同需求，开发 6XXX 系铝合金的设计、制备及加工技术成为发展的必然趋势。
（五）7XXX 系铝合金
7XXX 系铝合金具有较好的耐应力腐蚀性能，是铝合金中强度最高的一个系列，是国际上公认的航空主干材料。最近，国外开发了 7055 合金（Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr），其在 T77511 状态下屈服应力超过了 620 MPa，用于波音 777 飞机，减重 635 kg。
目前我国航空用 7XXX 系铝合金缺乏系统的合金设计和制备加工技术，某些产品完全依靠进口。由于 7XXX 系铝合金大规格铸锭合金元素多、凝固区间宽、铸造应力大、合金元素易氧化 / 偏析等，铸锭冶金质量较差，室温成形性能较低，开发新型 7XXX 系铝合金具有重要意义。
（六）铝锂（Al-Li）合金
铝锂合金是近年来航空材料中发展最迅猛的轻量化材料，具有密度低、弹性模量高、比刚度高、疲劳性能好、耐腐蚀等特点，取代常规铝合金后，质量可减轻 10%~20%，刚度提高 15%~20%。
美国 ALCOA 公司在 21 世纪初启动了“ALCOA 航空 20/20 计划”，目标是在 20 年内将航空铝合金成本和重量各减少 20%。肯联铝业公司开发了低密度、高韧性和高损伤容限性能的 2050 和 2198 铝锂合金（Al-Cu-Li-Mg-Ag）。
我国自主研制的 Al-Li 合金牌号极少，仅 1420 合金获得应用，C919 客机使用的铝锂合金由美国铝业公司提供。国内仅能生产 1420、2195、2197、2A97 等有限合金牌号，铸锭仅为（（310~400）×1280×4000）mm 以下扁锭及ϕ650 mm 以下圆锭。航空高端应用领域厚度 60 mm 以上、宽 1500 mm 以上的扁锭（2B16），以及直径 1500 mm 以上铸锭（2B16）尚未实现工业生产。因此开展新型铝锂合金设计、超大规格铸锭制备和深加工技术具有重要意义。
（七）耐热铝合金
耐热铝合金通过调控 Si、Fe、Ni、Ag、稀土等元素，使铝合金在高温下具有抗氧化及抗蠕变能力，是空天、汽车、轨道交通等领域的关键基础材料。传统的耐热铝合金有：2519、2618、 2219、2D70 等。
随着空天和汽车工业的迅速发展，对耐热铝合金提出了更高的要求。新一代战机巡航速度高，机身蒙皮工作温度达 150℃以上，而目前 2618、АК4-1ч和 2D70 等耐热铝合金的长期使用温度均在 150℃以下，开发新型耐热铝合金势在必行。
（八）超低钪（Sc）含量的 Al-Sc 合金
Al-Sc 合金具有高强度、塑性好、耐蚀性等优异性能，成为继 Al-Li 合金后新一代空天、舰船等的轻质材料。含微量钪的 Al-Mg 合金抗拉强度比 5083 合金高 30%，屈服强度高一倍以上。其可焊性与常规 5XXX 系合金相当，热影响区与焊缝的力学性能约与基体相等，抗腐蚀性能与 5083 合金相当，取代 5XXX 系或 6XXX 系合金制造空天零部件可取得显著的减量效果，也是汽车与轨道车辆的上乘材料。
俄罗斯在含钪铝合金研制方面居世界前列，已形成 Al-Mg-Sc、Al-Mg-Li-Sc、Al-Zn-MgSc、Al-Zn-Mg-Cu-Sc、Al-Cu-Mg-Sc 系合金，钪含量为 0.18%~0.5%。为了推动铝钪合金在空天、汽车上的应用，我国工业和信息化部已将含钪的铝合金作为优先发展的新材料之一。我国钪资源丰富，并建成了高纯氧化钪提取生产线，为铝钪合金发展奠定了基础。
（九）500 MPa 级汽车用热冲压铝合金
我国的热冲压高强铝合金材料尚属空白。新材料和新成形工艺开发相结合，是解决高强铝合金汽车零件成形的有效手段。以 7XXX 系合金为重点，积极探索 2XXX 合金，开发 500 MPa 级热冲压用铝合金材料，用以制造复杂形状的汽车零件具有重要前景。
（十）铝基复合材料
铝–钢多层复合板：铝与钢质甲板的有效连接已成为大型舰船上层建筑轻量化的制约因素之一。铝与钢质船体之间焊接用的铝–钢复合过渡接头为取代传统铆接工艺提供了解决方案。本田公司开发出了钢和铝的接合技术，将在全球应用于量产车骨架。目前，国内所用的铝–钢复合接头主要是从国外进口，价格高达 4×105 CNY/t。随着未来舰船大型化，对过渡接头提出了更高施焊温度、更大承载应力、更强结合界面等要求，亟待开发高性能的铝–钢接头。
汽车散热器用铝合金复合材料：铝合金复合箔、带、板是制造汽车空调器、散热器、干手器等钎焊式热交换器的关键材料。复合材料是由 2~3 种合金经叠合压延后制成，包覆层多为高硅合金或低电位合金，如 4004、4045、4047、4A13、7A01 合金等，芯材主要是 3003、3003 1.5%Zn 和 3004 合金等。
铝蜂窝板：通常由两层薄而强的面板和中间蜂窝芯复合而成，具有重量轻、强度高、刚性大、稳定性好、隔热、隔声等优点，已在飞机、列车、船舶中使用。市场现有产品除航空专用的进口材料为焊接产品外，一般均为胶黏产品，在湿度大、振动强、温度高等环境下，面板容易脱胶。开发轻质、高强、耐蚀、可钎焊的蜂窝结构板用面板和芯板是蜂窝板的发展趋势。国外一些国家在 20 世纪 90 年代初就研制了钎焊铝蜂窝板，开发出高强度、可时效强化、耐蚀、可钎焊的蜂窝材料。近五年我国的蜂窝铝材产量一直保持平均 22% 的增长速度。2012 年我国仅建筑市场的胶黏蜂窝铝产品的市场容量已达76.74亿元。预计到2035年，对高强、耐蚀蜂窝复合板的需求将达到 7×107 m2 ，前景十分广阔。
