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第十六届中国国际铝加工峰会 | 铝市分析、技术干货

第十六届中国国际铝加工峰会于2021年5月13-15日在佛山隆重召开,敬请关注行业专家、大咖现场发言内容~!

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第十六届中国国际铝加工峰会 | 铝市分析、技术干货

【SMM铝峰会】洁净铝的实践与难点 铝加工的机遇与展望

来源:SMM

【SMM铝峰会 | 洁净铝的实践与难点 铝加工的机遇与展望】中铝集团首席工程师林林和大家分享了对洁净铝的实践与思考,并对洁净铝的实践与难点、洁净铝技术进展进行了解析,对铝加工的机遇与展望进行了说明。

SMM5月14日讯:在由上海期货交易所和SMM共同举办的2021(第十六届)中国国际铝加工峰会上,中铝集团首席工程师林林和大家分享了对洁净铝的实践与思考,并对洁净铝的实践与难点、洁净铝技术进展进行了解析,对铝加工的机遇与展望进行了说明。


一、冶金质量的相关缺陷

铝合金铸锭的冶金质量通常是指铸锭的内在质量,主要包括三个部分:

铝合金铸锭内化学成分的均匀性以及标准成分控制水平,也就是合金化;

铝合金铸锭内部的晶粒组织合理性和均匀性,即晶粒细化;

铝合金铸锭内部的杂质控制水平,包括气体和夹杂,也就是熔体净化。

在铝及铝合金制品中:熔体净化是保证铝及铝合金材料冶金质量的关键技术。铝合金熔体净化的目的:主要是降低熔体中的含氢量和氧化夹杂物的含量。目前铝合金铸锭含氢量一般在0.10mL/(100gAl)~0.20 mL/(100gAl)范围内。对于夹杂含量,一般还不能完全去除尺寸10μm以下的非金属夹杂,10μm以下的非金属夹杂含量一般不大于0.02%。气孔和夹杂二者相互影响,相伴相生。

铝及其合金在熔炼过程中,铝熔体中存在夹杂物、气体等,影响熔体纯净度,导致铸锭易产生气泡、气孔、夹杂、疏松、裂纹、白斑等缺陷,对铸锭后续加工产品的外观品质和性能如强度、塑性、抗蚀性等均有显著影响。

提高铝合金熔体的纯净度,提高铝合金铸锭的冶金质量,是生产高性能铝合金加工产品一直追求的目标。


二、洁净钢技术进展简析

1962年Kiessling首先提出了洁净钢(clean steel)一词 , 泛指O、S、P、H、N以及Pb、As、C、Zn等杂质元素含量低的钢。洁净度是相对的。

加拿大 Mitchell和新日铁 Fkmoto提出了“零夹杂”钢的概念。所谓“ 零夹杂”钢并不是钢中没有夹杂物存在,而是指钢液在凝固以前不析出任何非金属夹杂物的钢。

上世纪90 年代末随着中国重工业的发展,工业上对钢材质量的要求越来越高,国内企业开始研究洁净钢。

当材料的纯净度达到一定程度时, 其性能会发生某些突变,如超纯铁(wFe>99.995%)的耐酸侵蚀能力与金或铂的抗腐蚀能力相当;18Cr2NiMo 不锈钢中 w(P)从 0.026%降低到 0.002%时,其耐硝酸的腐蚀能力提高 100 倍以上。


三、洁净铝的实践与难点

“洁净铝”的需求领域:

汽车轻量化——成形性能

金属包装用——深冲性能、铝箔

3 C 产品用——均质性、美观

航空航天用——高强度、长寿命

印刷制品用——无瑕疵

轨道交通用——低成本、长寿命

特种器件用——低缺陷

洁净铝难点:显微疏松

一般将疏松分为收缩疏松和气体疏松两种,收缩疏松是熔体凝固过程中,由于补缩不充分,在枝晶界间形成的微小孔洞;气体疏松是由熔体氢含量偏高引起。

洁净铝难点:粗大化合物

枝晶网粗大化合物在感应加热时的熔化现象。孔洞无晶体自由生长的晶体学特征——不是铸造“疏松”!枝晶界化合物熔化渗出后,留下类似疏松的孔洞!通过枝晶界化合物熔出形成的晶界管道,气体回填入孔洞,后续挤压不能焊合,在制品对应区域形成“气孔”缺陷!

洁净铝难点:带状化合物聚集引起的阳极氧化表面凹坑缺陷,此外还有夹杂物、化合物偏析等技术难点。


四、洁净铝技术进展简析

孔隙率可能占铸锭体积的0.5%,这种多孔性被认为会降低疲劳寿命,特别是在约3至10英寸厚的板材的长和短横向。理论上,这些气孔是疲劳裂纹萌生的场所。因此,本发明希望将板材的孔隙率降低到尽可能低的水平,如3至 6英寸板材的孔隙率不超过0.05%,6 至10英寸板材的孔隙率不超过0.1%。

扁锭成品不会有收缩和气孔,并且铸造产品具有细晶粒和超细的晶格尺寸。其中主要指标如每100 克铝含氢量低于 0.12cc。钠、钙、和锂的含量都严格得到控制并使碱金属盐含量低到能使扁锭通过美军标(Milstd)2154超声波检测AA 级检验要求。

低纯度材料中,再结晶微结构表现出最低的断裂韧性和沿晶断裂模式。在高纯材料中,无晶间微孔或无晶间粗二相颗粒,再结晶组织对疲劳裂纹萌生的耐受性提高。


五、铝加工的机遇与展望

高性能高强高韧铝合金材料,主要用于各种各样的航空飞行器、航天飞行器、导弹、兵器、交通运输工具和机械装备中轻质结构件的制造,以及塑料制品注塑成型模具的制造等等。高强高韧铝合金的发展,不仅对一个国家航空航天领域可以起到强有力的支撑作用,而且由于其加工工艺要求高,可以带动铝加工行业的整体技术进步与装备水平进步。

全世界每年共生产各种牌号的高强高韧铝合金近80万吨,总产值达到60亿美元以上,其中我国每年的生产量接近2万吨。

发展方向

自主创新:发展具有自主知识产权的高效铝合金熔体净化技术。

缩小差距:在铝合金冶金质量控制方面,加强高性能铝合金材料的基础研究和投入,形成先进的成套制备技术。

高质量发展:满足和支撑国内航空市场和民用市场需求等,提升产品质量,实现高性能铝材高质量快速发展。

超越领跑:为高性能铝材的发展提供技术储备,实现材料先行,最终实现材料和技术创新引领市场。

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