航空铝合金产业将迎来较快发展期

  航空航天铝材是一种超高强度变形铝合金，目前大范围的应用于航空工业。飞机用的铝合金和普通铝合金相比，对强度、硬度、韧性、抗疲劳性、塑性有较高的要求。航空铝合金具备比较好的力学和加工性能，固溶处理后塑性好，热处理强化效果好，一般在150℃以下，且具有高的强度、韧性好，是理想的航空结构材料。

  资料图：航空铝合金（图片来自：互联网）航空航天用铝合金的主要特征是大型化和整体化、薄壁化和轻量化、断面尺寸和形位公差精密化、组织性能的均匀化与优质化。根据飞机不同的使用条件和部位，航空航天用铝合金主要为高强铝合金、耐热铝合金、耐蚀铝合金。高强铝合金大多数都用在飞机机身部件、发动机舱、座椅、操纵系统等，使用最为广泛。航空铝合金最大的特点是能够最终靠变形热处理提高强度，另一个特点是难于焊接，鉴于铝合金的焊接难点，因此，航空铝合金通过热变形制造整体结构件将会是未来的一大发展的新趋势。航空铝合金的应用航空铝合金主要是可以热处理的变形铝合金，如2000和7000系列铝合金。2000系列铝合金代表2024、2A16（LY16）、2A02（LY6）。7000系列铝合金代表7075主要含有锌元素，也属于航空系列，是铝镁锌铜合金，是可热处理的合金，属于超硬铝合金，有良好的耐磨性，也有良好的焊接性，但抵抗腐蚀能力较差。2024航空铝合金应用于要求高强度与硬度（包括高温）的场合，如飞机重型、锻件、厚板和挤压材料，车轮与结构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件。据悉，进入空中的航天运载器，每减轻1公斤，其发射费用将节省约2万美元，因此结构减重在航天领域可谓“克克计较”。战斗机重量若减轻15％，则可缩短飞机滑跑距离15％，增加航程20％，提高有效载荷30％。因此，世界各国十分重视研制和开发航空航天用轻质结构材料。航空铝合金凭借密度小、强度适中、易加工成形、抵抗腐蚀能力强，资源丰富、可回收性强等独特的优势，受到各方的关注，并大范围的应用于航空航天领域。当前，飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造，航天飞机的乘员舱、前机身、中机身、后机身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼都可以用铝合金。而飞机依用途的不同，铝的用量也不一样。着重于经济效益的民用机因铝合金价格实惠公道而大量采用，如波音767客机采用的铝合金约占机体结构重量81%。目前，应用在航空民机的铝合金材料主要有铝合金铸件、铝合金锻件、大断面铝合金挤压型材、铝合金厚板和铝锂合金等。在我国，大飞机的制造需求，正在强劲拉动铝合金材料尤其是航空铝合金材料需求。C919大型客机已经获得国内外20多家航空公司500多架的订单，ARJ21-700也有200多架订单。根据计划，到2018年，ARJ21支线%以上的铝合金材料将采用国产铝材。而中国大飞机对铝合金材料的需求增加了中国航空铝合金研发和规模化产业链的发展。怎么来实现铝合金的整体构件铝合金的整体构件是指由整块毛坯加工制作而成的大型构件所组成的新型结构，代替传统的拼接结构。而模锻件和预拉伸板材是铝合金整体结构件毛坯材料的两种主要形式。随着金属板坯制造水平的提高，平面类整体结构件、板、框、肋、梁的铝合金零件已普遍采用预拉伸板。预拉伸板通过在专用板材拉伸机上预先给毛坯材料少量的塑性变形，改变板材内部原有应力分布状态，减少与均匀化内部固有的应力状态。然而在整个工艺流程中，除了工件材料特性和结构特性的影响，温度的变化、毛坯初始残余应力和切削过程都能对整体件的加工造成影响。因此，在制造航空铝合金整体构件时，利用开发的整体结构件变形预测系统，针对特定毛坯工件和加工工艺，完成工件的铣削加工变形预测；结合工件的结构特征，分析工件变形的主要形式和原因；在加工工程中采用仿真系统，将仿真系统计算的结果数据直接调入优化模块，通过建立相关数学模型，对现有PROC参数进行自动优化，实现数控加工的实时调控，完成整体构件的加工。航空用铝合金产业面临的困境就国内而言，大部分企业集中在中下游，涉及上游产业铝土矿及氧化铝生产的仅有中国铝业公司、南山铝业等大规模的公司，原铝生产和铝材加工上市公司较多。在原铝生产的全部过程中需要的铝土矿，全球共有283亿吨，大多分布在分布在几内亚、澳大利亚、巴西，合计储量占全球的57%，产量分布大多分布在在澳大利亚、中国和巴西，合计产量占全球的61%。中国铝矿总量为7.35亿吨左右，集中分布在山西、贵州、河南和广西4省（区），约占全国总储量的90.9%，其余拥有铝土矿的15个省、自治区、直辖市的储量合计仅占全国总储量的9.1%。我国铝土矿除了分布集中外，以大、中型矿床居多。储量大于2000万吨的大型矿床共有31个，其拥有的储量占全国总储量的49%；储量在2000吨~500万吨之间的中型矿床共有83个，其拥有的储量占全国总储量的37%，大、中型矿床合计占到了86%。面对中国铝土矿自给程度逐渐下降，未来中国的铝土矿依赖进口是一大趋势，中国企业急需加大内部找矿、探矿力度，以及加快海外矿山收购步伐，以保障未来的原材料供给。而中国氧化铝供给缺口不大，市场已趋于饱和，在铝土矿供给充足的前提下，完全能保障原铝的生产需求。2008年以来，受金融危机影响，中国原铝的产能利用率下降，因而产量增长缓慢。受到2009年国家投资需求的拉动，2010年闲置产能纷纷复产，产量也大幅度增长24.4%。近几年，在节能减排的大背景下，国家对电解铝行业实施限电限产政策，原铝产量增速有所放缓。原铝消耗量受经济环境及国家政策的影响，增速呈现出与产量同样的变化趋势，增速趋缓。航空铝合金的下游产业链主要是铝合金的加工及使用。航空铝合金主要是可热处理强化的变形铝合金。因此航空铝合金的下游加工特别的重要。航空铝合金加工材的下游应用领域十分广泛，与工业、交通运输业、以及消费水平的提升具有密切的关系。航空用铝合金主要是各种锻件，轧制板材等铝型材。航空铝材下游需求主要是交通运输业，尤其是航空航天、国防领域等飞机导弹等产品的制造。近年来，随着中国大飞机产业、轨道交通产业的发展，航空铝合金下游加工产业将迎来一个较快的发展阶段，中国的航空铝型材的消费将保持比较高的上涨的速度。（韩硕）转自：中国有色金属报