सैन्य औद्योगिक सामग्रियों में उच्च-स्तरीय एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का अनुप्रयोग

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

यांत्रिकी और रसायन विज्ञान में एल्यूमीनियम मिश्रधातुओं के उत्कृष्ट गुण हैं:

① यांत्रिक पहलू, मुख्य रूप से कम घनत्व, उच्च शक्ति, उच्च मापांक, आदि में परिलक्षित होते हैं। 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 के लिए उच्च आवश्यकताओं वाले क्षेत्रों में उपयोग के लिए उपयुक्त है;

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

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

वर्तमान में, उद्योग में विभिन्न संरचनाओं वाले 250 से अधिक एल्यूमीनियम मिश्र धातुएँ हैं। विभिन्न मिश्र धातुओं की संरचना के अनुसार, उत्पादन स्थल अंकन, स्मृति और गणना प्रबंधन को सुविधाजनक बनाने के लिए, चीन अंतरराष्ट्रीय स्तर पर स्वीकृत चार-अंकीय 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 धातुएँ शामिल हैं।

विभिन्न एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्रियों की बाजार मांग और विकास प्रवृत्ति

2XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु

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

चीन के उपकरण मॉडल हल्केपन, लंबे जीवन, उच्च विश्वसनीयता और कम लागत की दिशा में विकसित हो रहे हैं, और धड़ की त्वचा सामग्री की फ्रैक्चर कठोरता, दरार प्रसार प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध के लिए उच्च आवश्यकताएं हैं। 2024-T351 एल्यूमीनियम मिश्र धातु की मोटी प्लेट के आधार पर, विदेशी देशों ने निचली पंख सतह के लिए 2324, 2624 और अन्य उच्च क्षति-सहिष्णु एल्यूमीनियम मिश्र धातु विकसित की हैं, जिनमें विभिन्न शक्ति, कठोरता, थकान और संक्षारण प्रतिरोध है, और स्थापना और अनुप्रयोग प्राप्त किए हैं। चीन उच्च क्षति-सहिष्णु 2XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु विकसित कर रहा है। भविष्य में, मिश्रित सूक्ष्म मिश्र धातु, Al-Cu-Mg 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 यूटेक्टिक और हाइपोयूटेक्टिक अल-Si मिश्र धातुओं का उपयोग मुख्य रूप से किया जाता है। हालाँकि, इंजन के प्रदर्शन की आवश्यकताओं में निरंतर सुधार के साथ, प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल है। हाइपरयूटेक्टिक अल-Si मिश्र धातु में कम घनत्व, छोटा रैखिक विस्तार गुणांक, उच्च घिसाव प्रतिरोध और आयतन स्थिरता होती है, और यह यूटेक्टिक अल-Si मिश्र धातुओं की तुलना में अधिक आदर्श पिस्टन सामग्री है। हाइपरयूटेक्टिक अल-Si मिश्र धातु पिस्टन का विदेशों में बड़े पैमाने पर उत्पादन किया गया है और ट्रकों और कारों में लगाया 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 ही निर्माता हैं जो हाइपरयूटेक्टिक अल-Si 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 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 प्लेटें, 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 धातु के पारंपरिक सिल्लियों में उप-तीव्र ठोसीकरण और निर्माण, मैग्नीशियम के अवक्षेपण को रोक सकता है, और साथ ही, सूक्ष्म समरूप क्रिस्टल और नैनो-अवक्षेपित प्रावस्थाओं को प्राप्त करने के लिए विनियमित किया जा सकता है, जिससे पदार्थ के प्रदर्शन और एकरूपता में अत्यधिक सुधार होता है। इसलिए, उच्च-प्रदर्शन वाले Al-Mg मिश्रधातुओं के लिए उप-तीव्र ठोसीकरण सतत रियोलॉजिकल एक्सट्रूज़न और रोलिंग तकनीक के विकास से उच्च-गुणवत्ता वाले Al-Mg मिश्रधातुओं की माँग पूरी होने 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 प्रस्तावित किया 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 25% से कम नहीं की एक बढ़ाव A50, 0.60 से कम नहीं का एक आर मूल्य, 140 एन / मिमी 2 से कम नहीं की एक 60 डी पार्किंग उपज शक्ति Rp0.2 और 80 एन / मिमी 2 से कम नहीं की एक पेंट सख्त उपज शक्ति वृद्धि। विभिन्न आवश्यकताओं 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। इन्हें अंतरराष्ट्रीय स्तर पर विमानन रीढ़ 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 अवस्था में 620 MPa से अधिक है। इसका उपयोग बोइंग 777 विमानों 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 तकनीक का अभाव है, और कुछ उत्पाद पूरी तरह से आयात पर निर्भर हैं। कई मिश्र धातु तत्वों, विस्तृत जमने की सीमा, बड़े कास्टिंग तनाव और मिश्र धातु तत्वों के आसान ऑक्सीकरण/पृथक्करण के साथ 7XXX श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के बड़े पैमाने पर सिल्लियों के कारण, सिल्लियों की धातुकर्म गुणवत्ता खराब है और कमरे के तापमान पर बनाने का 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 सामग्रियों में एल्यूमीनियम-लिथियम मिश्र धातु सबसे तेजी से बढ़ने वाली हल्की सामग्री है। इसमें कम घनत्व, उच्च प्रत्यास्थता मापांक, उच्च विशिष्ट कठोरता, अच्छा थकान प्रदर्शन और संक्षारण प्रतिरोध जैसी 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। 21वीं 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 में 20% की कमी करना था। कॉन्स्टेलियम ने कम घनत्व, उच्च कठोरता और उच्च क्षति सहनशीलता वाले 2050 और 2198 एल्यूमीनियम-लिथियम मिश्र धातु (Al-Cu-Li-Mg-Ag) विकसित किए हैं। घरेलू स्तर पर, केवल सीमित मिश्र धातु ग्रेड जैसे 1420, 2195, 2197 और 2A97 का ही उत्पादन किया जा सकता है, और सिल्लियाँ केवल ((310~400)×1280×4000) मिमी से कम के सपाट सिल्लियाँ और φ650 मिमी से कम के गोल सिल्लियाँ होती हैं। उच्च-स्तरीय विमानन अनुप्रयोगों के क्षेत्र में 60 मिमी से अधिक मोटाई और 1500 मिमी से अधिक चौड़ाई वाले सपाट सिल्लियाँ (2B16), और 1500 मिमी से अधिक व्यास वाले सिल्लियाँ (2B16) का अभी तक औद्योगिक उत्पादन नहीं हुआ है। इसलिए, नए एल्यूमीनियम-लिथियम मिश्र धातु डिज़ाइन, अति-बड़े सिल्लियाँ तैयार करने और गहन प्रसंस्करण तकनीक 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 Si, Fe, Ni, Ag और दुर्लभ पृथ्वी जैसे तत्वों को विनियमित करके एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण और रेंगने के लिए प्रतिरोधी बनाते 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 आवश्यकताओं को रखा गया है। नई पीढ़ी के फाइटर जेट्स में उच्च क्रूज़िंग गति होती है, और धड़ की त्वचा का ऑपरेटिंग तापमान 150 डिग्री सेल्सियस से ऊपर होता है। वर्तमान में, 2618 और 2D70 जैसे गर्मी प्रतिरोधी एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का दीर्घकालिक उपयोग तापमान 150 डिग्री सेल्सियस से कम है

अल्ट्रा-लो स्कैंडियम (Sc) सामग्री के साथ Al-Sc मिश्र धातु

Al-Sc मिश्र धातु में उच्च शक्ति, अच्छी प्लास्टिसिटी और संक्षारण प्रतिरोध जैसे उत्कृष्ट गुण होते हैं, और यह Al-Li मिश्र धातु के बाद एयरोस्पेस, जहाजों आदि के लिए हल्के पदार्थों की एक नई पीढ़ी बन गई है। स्कैंडियम की अल्प मात्रा वाले Al-Mg मिश्र धातु की तन्य शक्ति 5083 मिश्र धातु की तुलना में 30% अधिक है, और उपज शक्ति दोगुनी से भी अधिक है। इसकी वेल्डेबिलिटी पारंपरिक 5XXX श्रृंखला मिश्र धातुओं के बराबर है, ताप-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 प्रतिस्थापित करने से महत्वपूर्ण वजन घटाने के प्रभाव प्राप्त हो सकते हैं, और यह ऑटोमोबाइल और रेल वाहनों के लिए भी एक बेहतर सामग्री है। स्कैंडियम युक्त एल्युमीनियम मिश्र धातुओं के विकास में रूस दुनिया में सबसे आगे है और उसने 0.18%~0.5% स्कैंडियम युक्त Al-Mg-Sc, Al-Mg-Li-Sc, Al-Zn-MgSc, Al-Zn-Mg-Cu-Sc और Al-Cu-Mg-Sc मिश्र धातुएँ विकसित की हैं। एयरोस्पेस और ऑटोमोबाइल में एल्युमीनियम-स्कैंडियम मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग को बढ़ावा देने के लिए, चीन के उद्योग और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय ने स्कैंडियम युक्त एल्युमीनियम मिश्र धातुओं को प्राथमिकता वाले विकास के लिए नई सामग्रियों में से एक के रूप में सूचीबद्ध किया है। चीन स्कैंडियम संसाधनों से समृद्ध है और उसने उच्च शुद्धता वाली स्कैंडियम ऑक्साइड निष्कर्षण उत्पादन लाइन का निर्माण किया है, जिसने एल्युमीनियम-स्कैंडियम मिश्र धातुओं के विकास की नींव रखी है।

ऑटोमोबाइल के लिए 500 एमपीए ग्रेड गर्म मुद्रांकन एल्यूमीनियम मिश्र धातु

चीन में हॉट स्टैम्पिंग उच्च-शक्ति एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री में अभी भी एक कमी है। नई सामग्रियों और नई निर्माण प्रक्रिया विकास का संयोजन उच्च-शक्ति एल्यूमीनियम मिश्र धातु ऑटोमोबाइल भागों के निर्माण की समस्या को हल करने का एक प्रभावी तरीका है। 7XXX श्रृंखला मिश्र धातुओं पर ध्यान केंद्रित करना, 2XXX मिश्र धातुओं की सक्रिय खोज करना, और हॉट स्टैम्पिंग के लिए 500 MPa ग्रेड एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री विकसित करना, जटिल आकार के ऑटोमोटिव भागों के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण संभावनाएँ प्रदान करता है।

एल्युमीनियम-आधारित मिश्रित सामग्री

एल्युमिनियम-स्टील बहुपरत मिश्रित प्लेट: एल्युमिनियम और स्टील डेक के बीच प्रभावी जुड़ाव बड़े जहाजों के सुपरस्ट्रक्चर को हल्का बनाने में एक बाधा बन गया है। एल्युमिनियम और स्टील के पतवारों के बीच वेल्डिंग के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला एल्युमिनियम-स्टील मिश्रित संक्रमण जोड़ पारंपरिक रिवेटिंग प्रक्रिया का एक विकल्प प्रदान करता है। होंडा ने स्टील और एल्युमिनियम को जोड़ने की एक ऐसी तकनीक विकसित की है जिसका इस्तेमाल दुनिया भर में बड़े पैमाने पर उत्पादित कार फ्रेम में किया जाएगा। वर्तमान में, चीन में इस्तेमाल होने वाले एल्युमिनियम-स्टील मिश्रित जोड़ मुख्य रूप से विदेशों से आयात किए जाते हैं, जिनकी कीमत 4×105 CNY/t जितनी अधिक है। भविष्य में बड़े जहाजों के लिए, संक्रमण जोड़ों के लिए उच्च वेल्डिंग तापमान, अधिक असर तनाव और मजबूत बंधन इंटरफेस की आवश्यकता होती है, और उच्च-प्रदर्शन वाले एल्युमिनियम-स्टील जोड़ों की तत्काल आवश्यकता है।