सैन्य औद्योगिक सामग्रियों में उच्च-स्तरीय एल्युमीनियम मिश्रधातुओं का अनुप्रयोग

एल्युमिनियम पृथ्वी की पपड़ी में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला धातु तत्व है। यह स्टील के बाद दुनिया में दूसरा सबसे बड़ा उत्पादन और उपयोग वाला अलौह धातु है। इसका घनत्व कम है, स्टील का लगभग 1/3। चूँकि शुद्ध एल्युमिनियम नरम होता है और इसकी ताकत कम होती है, इसलिए, एल्युमिनियम में मैग्नीशियम, तांबा, जस्ता, सिलिकॉन और लिथियम जैसे तत्वों की थोड़ी मात्रा मिलाने से एल्युमिनियम मिश्र धातु का प्रदर्शन बेहतर होता है। एल्युमिनियम मिश्र धातु अपने उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों और संक्षारण प्रतिरोध के कारण उद्योग में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली अलौह धातु संरचनात्मक सामग्री है। इनका व्यापक रूप से निर्माण, एयरोस्पेस, ऑटोमोबाइल, मशीनरी निर्माण, जहाज निर्माण और रासायनिक उद्योगों में उपयोग किया गया है।

यांत्रिकी और रसायन विज्ञान में एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के उत्कृष्ट गुण हैं:

① यांत्रिक पहलू, मुख्य रूप से कम घनत्व, उच्च शक्ति, उच्च मापांक आदि में परिलक्षित होता है। एल्यूमीनियम का घनत्व कम होता है और यह अन्य धातुओं की तुलना में हल्का होता है, स्टील का केवल 1/4, इसलिए यह हल्के वजन की उच्च आवश्यकताओं वाले क्षेत्रों में उपयोग के लिए उपयुक्त है;

② रासायनिक गुणों के संदर्भ में, चूंकि एल्यूमीनियम मिश्र धातु हवा में अपनी सतह पर एक सघन ऑक्साइड फिल्म बना सकती है, इसलिए यह खुद को गहरे ऑक्सीकरण से बचा सकती है। इसलिए, इसमें उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और एक बहुत ही स्थिर रासायनिक संरचना है।

③एल्यूमीनियम मिश्र धातु में अच्छी प्लास्टिसिटी होती है और इसे विभिन्न प्रोफाइल में संसाधित किया जा सकता है। इसमें उत्कृष्ट विद्युत और तापीय चालकता होती है। इसलिए, इसका व्यापक रूप से उद्योग में उपयोग किया जाता है, और इसका उपयोग स्टील के बाद दूसरे स्थान पर है।

वर्तमान में, उद्योग में विभिन्न रचनाओं के साथ 250 से अधिक एल्यूमीनियम मिश्र धातुएं हैं। विभिन्न मिश्र धातु रचनाओं के अनुसार, भेद को सुविधाजनक बनाने के लिए, चीन उत्पादन स्थल अंकन, स्मृति और गणना प्रबंधन की सुविधा के लिए अंतरराष्ट्रीय स्तर पर स्वीकृत चार अंकों की ग्रेड वर्गीकरण पद्धति को अपनाता है। सैन्य उद्योग में उपयोग किए जाने वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में मुख्य रूप से एल्यूमीनियम-लिथियम मिश्र धातु, 2XXX (A1-Cu-Mg) श्रृंखला और 7XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु शामिल हैं।

विभिन्न एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री की बाजार मांग और विकास की प्रवृत्ति

2XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु

2XXX (A1-Cu-Mg) श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में उच्च तन्यता शक्ति, कठोरता और थकान शक्ति, अच्छा गर्मी प्रतिरोध, प्रसंस्करण और वेल्डिंग गुण होते हैं, और इनका व्यापक रूप से एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव और हथियार उद्योगों में उपयोग किया जाता है। मुख्य ग्रेड 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12, आदि हैं। ताकत, कठोरता मिलान और क्षति सहिष्णुता में सुधार करने के लिए मिश्र धातुओं की एक श्रृंखला विकसित की गई है, जैसे कि 2024, 2124, 2524, 2324 मिश्र धातु, आदि।

चीन के उपकरण मॉडल हल्के वजन, लंबे जीवन, उच्च विश्वसनीयता और कम लागत की दिशा में विकसित हो रहे हैं, और धड़ त्वचा सामग्री के फ्रैक्चर क्रूरता, दरार प्रसार प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध के लिए उच्च आवश्यकताएं हैं। 2024-T351 एल्यूमीनियम मिश्र धातु मोटी प्लेट के आधार पर, विदेशी देशों ने अलग-अलग ताकत, क्रूरता, थकान और संक्षारण प्रतिरोध के साथ निचले पंख की सतह के लिए 2324, 2624 और अन्य उच्च क्षति सहिष्णुता एल्यूमीनियम मिश्र धातु विकसित की है, और स्थापना और अनुप्रयोग हासिल किया है। चीन उच्च क्षति सहिष्णुता 2XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु विकसित कर रहा है। भविष्य में, समग्र माइक्रोएलॉयिंग अल-सीयू-एमजी श्रृंखला उच्च शक्ति एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के लिए एक महत्वपूर्ण विकास दिशा होगी।

4XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु

वर्तमान में, चीन में ऑटोमोबाइल पिस्टन के लिए मुख्य रूप से यूटेक्टिक और हाइपोयूटेक्टिक अल-सी मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है। हालांकि, इंजन प्रदर्शन आवश्यकताओं के निरंतर सुधार के साथ, प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल है। हाइपरयूटेक्टिक अल-सी मिश्र धातु में कम घनत्व, छोटे रैखिक विस्तार गुणांक, उच्च पहनने के प्रतिरोध और मात्रा स्थिरता है, और यूटेक्टिक अल-सी मिश्र धातुओं की तुलना में यह अधिक आदर्श पिस्टन सामग्री है। हाइपरयूटेक्टिक अल-सी मिश्र धातु पिस्टन का विदेशों में बड़े पैमाने पर उत्पादन किया गया है और ट्रकों और कारों पर लागू किया गया है, जैसे कि संयुक्त राज्य अमेरिका में A390 मिश्र धातु, जापान में AC9A और AC8A (ZL109) मिश्र धातु, और ऑस्ट्रेलिया में A390 मिश्र धातु। हालाँकि, वर्तमान में चीन में कुछ निर्माता हैं जो हाइपरयूटेक्टिक अल-सी मिश्र धातु पिस्टन का उत्पादन करते हैं, और उनमें से अधिकांश आयात पर निर्भर हैं। इसके अलावा, ऑटोमोटिव टर्बोचार्जर एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री और विदेशी देशों के बीच एक बड़ा अंतर है। उच्च प्रदर्शन वाले ऑटोमोटिव टर्बोचार्जर एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री मुख्य रूप से जापान और अन्य देशों पर निर्भर करती है। इसलिए, उच्च प्रदर्शन वाले पिस्टन और टर्बोचार्जर इम्पेलर्स के लिए प्रमुख ऑटोमोटिव एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री विकसित करना अनिवार्य है।

5XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु

Al-Mg मिश्र धातु, विशेष रूप से उच्च Mg सामग्री वाले Al-Mg मिश्र धातु, में उच्च विशिष्ट शक्ति, अच्छी वेल्डेबिलिटी और संक्षारण प्रतिरोध होता है, और भविष्य में एयरोस्पेस, हाई-स्पीड ट्रेनों, महासागरों और अन्य क्षेत्रों में अत्यधिक प्रतिस्पर्धी सामग्री बन जाएगी। वर्तमान में, एयरोस्पेस, ट्रेनों, महासागरों और अन्य अनुप्रयोगों के लिए Al-Mg मिश्र धातु प्लेट, प्रोफाइल और वेल्डिंग तार मुख्य रूप से आयात पर निर्भर करते हैं। उच्च अंत वेल्डिंग तार बाजार पर मूल रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका में ALCOA का एकाधिकार है। ER5183 और ER5356 मिश्र धातु मुख्य रूप से आयात पर निर्भर करते हैं, और आयात मात्रा उनकी बिक्री का लगभग 70% है। जहाजों के लिए Al-Mg मिश्र धातु मुख्य रूप से रूस पर निर्भर करती है। उच्च Mg सामग्री वाले मिश्र धातुओं के पारंपरिक सिल्लियों में उप-तीव्र ठोसीकरण और गठन Mg के अवक्षेपण को रोक सकता है, और साथ ही साथ ठीक समतुल्य क्रिस्टल और नैनो-अवक्षेपित चरणों को प्राप्त करने के लिए विनियमित किया जा सकता है, जो सामग्री के प्रदर्शन और एकरूपता में बहुत सुधार करता है। इसलिए, उच्च प्रदर्शन वाले Al-Mg मिश्र धातुओं के लिए उप-तीव्र ठोसीकरण निरंतर रियोलॉजिकल एक्सट्रूज़न और रोलिंग तकनीक के विकास से उच्च गुणवत्ता वाले Al-Mg मिश्र धातुओं की मांग को पूरा करने की उम्मीद है।

6XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु

6XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री रेल पारगमन, ऑटोमोबाइल, इलेक्ट्रॉनिक्स, आदि के क्षेत्र में प्रमुख सामग्री हैं। 1980 के दशक से, यूरोप, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान जैसे विकसित देशों और क्षेत्रों ने ऑटोमोबाइल के लिए एल्यूमीनियम मिश्र धातु विकसित की है, 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 और 6082 जैसे पंजीकृत ग्रेड, और ऑटोमोबाइल बॉडी पैनल, एक्सट्रूज़न, फोर्जिंग आदि के लिए अपेक्षाकृत पूर्ण उत्पादन और अनुप्रयोग प्रणाली का गठन किया है। चीन में 6XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु बॉडी पैनल और फोर्जिंग का औद्योगिकीकरण अनुसंधान और विकास अभी शुरू हुआ है, और एक स्पष्ट अंतर है। चीन के उद्योग और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय ने प्रस्ताव दिया है कि विकसित की जाने वाली ऑटोमोटिव एल्यूमीनियम मिश्र धातु शीट हैं: 6016-एस, 6016-आईएच, 6016-आईबीआर, 6ए16-एस, 6ए16-आईबीआर, 6022, आदि। ठेठ 6XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु शीट में बढ़ाव A50 25% से कम नहीं, आर मूल्य 0.60 से कम नहीं, 60 डी पार्किंग उपज ताकत Rp0.2 140 एन / मिमी 2 से कम नहीं और पेंट सख्त उपज शक्ति वृद्धि 80 एन / मिमी 2 से कम नहीं है। विभिन्न जरूरतों के जवाब में, 6XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के डिजाइन, तैयारी और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी का विकास विकास की एक अपरिहार्य प्रवृत्ति बन गई है।

7XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु

7XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में अच्छा तनाव संक्षारण प्रतिरोध होता है और यह एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में सबसे मजबूत श्रृंखला है। उन्हें अंतरराष्ट्रीय स्तर पर विमानन रीढ़ की हड्डी की सामग्री के रूप में मान्यता प्राप्त है। हाल ही में, विदेशी देशों ने 7055 मिश्र धातु (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr) विकसित की है, जिसका उपज तनाव T77511 राज्य में 620 MPa से अधिक है। इसका उपयोग बोइंग 777 विमान में किया जाता है और यह 635 किलोग्राम वजन कम करता है। वर्तमान में, चीन में विमानन के लिए 7XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के लिए व्यवस्थित मिश्र धातु डिजाइन और तैयारी और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी का अभाव है, और कुछ उत्पाद पूरी तरह से आयात पर निर्भर हैं। कई मिश्र धातु तत्वों के साथ 7XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के बड़े पैमाने पर सिल्लियों, व्यापक जमने की सीमा, बड़े कास्टिंग तनाव और मिश्र धातु तत्वों के आसान ऑक्सीकरण/पृथक्करण के कारण, सिल्लियों की धातुकर्म गुणवत्ता खराब है और कमरे के तापमान पर प्रदर्शन कम है, नए 7XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को विकसित करना बहुत महत्वपूर्ण है।

एल्युमिनियम-लिथियम (Al-Li) मिश्र धातु

हाल के वर्षों में विमानन सामग्री में एल्यूमीनियम-लिथियम मिश्र धातु सबसे तेजी से बढ़ने वाली हल्की सामग्री है। इसमें कम घनत्व, उच्च लोचदार मापांक, उच्च विशिष्ट कठोरता, अच्छा थकान प्रदर्शन और संक्षारण प्रतिरोध की विशेषताएं हैं। पारंपरिक एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को बदलने के बाद, द्रव्यमान को 10% ~ 20% तक कम किया जा सकता है और कठोरता को 15% ~ 20% तक बढ़ाया जा सकता है। 21 वीं सदी की शुरुआत में, अमेरिकी ALCOA कंपनी ने "ALCOA एविएशन 20/20 प्लान" लॉन्च किया, जिसका लक्ष्य 20 वर्षों के भीतर विमानन एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की लागत और वजन को 20% कम करना था। कॉन्स्टेलियम ने कम घनत्व, उच्च कठोरता और उच्च क्षति सहिष्णुता के साथ 2050 और 2198 एल्यूमीनियम-लिथियम मिश्र धातु (Al-Cu-Li-Mg-Ag) विकसित किए हैं। चीन में स्वतंत्र रूप से विकसित बहुत कम Al-Li मिश्र धातु ग्रेड हैं, और केवल 1420 मिश्र धातु का उपयोग किया गया है। C919 यात्री विमान में उपयोग किए जाने वाले एल्यूमीनियम-लिथियम मिश्र धातु को Alcoa द्वारा प्रदान किया जाता है। घरेलू स्तर पर, केवल सीमित मिश्र धातु ग्रेड जैसे 1420, 2195, 2197 और 2A97 का उत्पादन किया जा सकता है, और सिल्लियां केवल ((310 ~ 400) × 1280 × 4000) मिमी से नीचे फ्लैट सिल्लियां और φ650 मिमी से नीचे गोल सिल्लियां हैं। 60 मिमी से अधिक की मोटाई और 1500 मिमी से अधिक की चौड़ाई वाले फ्लैट सिल्लियां (2B16), और उच्च अंत विमानन अनुप्रयोगों के क्षेत्र में 1500 मिमी से अधिक व्यास वाले सिल्लियां (2B16) अभी तक औद्योगिक रूप से उत्पादित नहीं हुई हैं। इसलिए, नए एल्यूमीनियम-लिथियम मिश्र धातु डिजाइन, अल्ट्रा-बड़े सिल्लियां तैयार करने और गहन प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी विकसित करना बहुत महत्वपूर्ण है।

गर्मी प्रतिरोधी एल्यूमीनियम मिश्र धातु

गर्मी प्रतिरोधी एल्यूमीनियम मिश्र धातु एयरोस्पेस, ऑटोमोबाइल, रेल परिवहन आदि के क्षेत्रों में प्रमुख बुनियादी सामग्री हैं, जो एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण और रेंगने के लिए प्रतिरोधी बनाने के लिए Si, Fe, Ni, Ag और दुर्लभ पृथ्वी जैसे तत्वों को विनियमित करते हैं। पारंपरिक गर्मी प्रतिरोधी एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में शामिल हैं: 2519, 2618, 2219, 2D70, आदि। एयरोस्पेस और ऑटोमोबाइल उद्योगों के तेजी से विकास के साथ, गर्मी प्रतिरोधी एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं पर उच्च आवश्यकताएं रखी गई हैं। नई पीढ़ी के फाइटर जेट्स की क्रूज़िंग गति अधिक होती है, और धड़ की त्वचा का परिचालन तापमान 150 डिग्री सेल्सियस से ऊपर होता है। वर्तमान में, 2618 और 2D70 जैसे ताप प्रतिरोधी एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का दीर्घकालिक उपयोग तापमान 150 डिग्री सेल्सियस से कम है

अत्यंत कम स्कैंडियम (Sc) सामग्री वाला Al-Sc मिश्र धातु

अल-एससी मिश्र धातु में उच्च शक्ति, अच्छी प्लास्टिसिटी और संक्षारण प्रतिरोध जैसे उत्कृष्ट गुण हैं, और यह अल-ली मिश्र धातु के बाद एयरोस्पेस, जहाजों आदि के लिए हल्के पदार्थों की एक नई पीढ़ी बन गई है। स्कैंडियम की ट्रेस मात्रा वाले अल-एमजी मिश्र धातु की तन्य शक्ति 5083 मिश्र धातु की तुलना में 30% अधिक है, और उपज शक्ति दोगुनी से अधिक है। इसकी वेल्डेबिलिटी पारंपरिक 5XXX श्रृंखला मिश्र धातुओं के बराबर है, गर्मी से प्रभावित क्षेत्र और वेल्ड के यांत्रिक गुण लगभग मैट्रिक्स के बराबर हैं, और इसका संक्षारण प्रतिरोध 5083 मिश्र धातु के बराबर है। एयरोस्पेस घटकों के निर्माण में 5XXX या 6XXX श्रृंखला मिश्र धातुओं को बदलने से महत्वपूर्ण वजन घटाने के प्रभाव प्राप्त हो सकते हैं, और यह ऑटोमोबाइल और रेल वाहनों के लिए एक बेहतर सामग्री भी है। स्कैंडियम युक्त एल्युमिनियम मिश्र धातुओं के विकास में रूस दुनिया में सबसे आगे है, और इसने 0.18% ~ 0.5% स्कैंडियम सामग्री के साथ Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc और Al-Cu-Mg-Sc मिश्र धातुओं का निर्माण किया है। एयरोस्पेस और ऑटोमोबाइल में एल्यूमीनियम-स्कैंडियम मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग को बढ़ावा देने के लिए, चीन के उद्योग और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय ने प्राथमिकता विकास के लिए नई सामग्रियों में से एक के रूप में स्कैंडियम युक्त एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को सूचीबद्ध किया है। चीन स्कैंडियम संसाधनों में समृद्ध है और उसने उच्च शुद्धता वाले स्कैंडियम ऑक्साइड निष्कर्षण उत्पादन लाइन का निर्माण किया है, जो एल्यूमीनियम-स्कैंडियम मिश्र धातुओं के विकास की नींव रखता है।

ऑटोमोबाइल के लिए 500 एमपीए ग्रेड गर्म मुद्रांकन एल्यूमीनियम मिश्र धातु

चीन में अभी भी गर्म मुद्रांकन उच्च शक्ति एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री में एक रिक्त स्थान है। नई सामग्रियों और नई बनाने की प्रक्रिया के विकास का संयोजन उच्च शक्ति एल्यूमीनियम मिश्र धातु ऑटोमोबाइल भागों के निर्माण की समस्या को हल करने का एक प्रभावी साधन है। 7XXX श्रृंखला मिश्र धातुओं पर ध्यान केंद्रित करना, 2XXX मिश्र धातुओं की सक्रिय रूप से खोज करना और गर्म मुद्रांकन के लिए 500 एमपीए ग्रेड एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री विकसित करना जटिल आकार के ऑटोमोटिव भागों के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण संभावनाएं हैं।

एल्युमिनियम आधारित मिश्रित सामग्री

एल्युमिनियम-स्टील मल्टीलेयर कम्पोजिट प्लेट: एल्युमिनियम और स्टील डेक के बीच प्रभावी कनेक्शन बड़े जहाजों के सुपरस्ट्रक्चर के हल्केपन के लिए बाधाओं में से एक बन गया है। एल्युमिनियम और स्टील के पतवारों के बीच वेल्डिंग के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला एल्युमिनियम-स्टील कम्पोजिट ट्रांजिशन जॉइंट पारंपरिक रिवेटिंग प्रक्रिया को बदलने का एक समाधान प्रदान करता है। होंडा ने एक स्टील और एल्युमिनियम जॉइनिंग तकनीक विकसित की है जिसका इस्तेमाल बड़े पैमाने पर उत्पादित कार फ्रेम में वैश्विक स्तर पर किया जाएगा। वर्तमान में, चीन में उपयोग किए जाने वाले एल्युमिनियम-स्टील कम्पोजिट जोड़ मुख्य रूप से विदेशों से आयात किए जाते हैं, जिनकी कीमत 4×10 5 CNY/t जितनी अधिक है। भविष्य के बड़े पैमाने के जहाजों के साथ, ट्रांजिशन जोड़ों के लिए उच्च वेल्डिंग तापमान, अधिक असर तनाव और मजबूत बॉन्डिंग इंटरफेस की आवश्यकता होती है, और उच्च प्रदर्शन वाले एल्युमिनियम-स्टील जोड़ों की तत्काल आवश्यकता होती है।