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美、俄、欧铝锂合金材料发展状况

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发表于 2017-1-2 12:35:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
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  据统计,美国铝业公司(Alcoa)是全球铝锂合金产能、产量最大的生产企业,约占全球的55%,俄罗斯联合铝业公司约占25%,其他企业合计约占20%。目前,全球主要有7个工厂能生产铝锂合金轧制材,11个工厂能生产铝锂合金挤压材,9个工厂可锻制铝锂合金自由锻件与模锻件(包括中国的西南铝业(集团)有限责任公司)。其中主要企业有:美国铝业公司旗下的位于美国的达尔波特轧制厂、麦库克轧制厂、拉斐特铝业公司(挤压材与锻件),英国的基茨格林轧制厂(kitts Green Works),意大利的富西拉(Fusina)铝业公司、俄罗斯的萨马拉冶金公司(Samara);肯联铝业公司旗下的美国特雷特伍德轧制铝业公司、法国伊苏瓦尔轧制厂;俄罗斯联合铝业公司乌拉尔卡缅斯克冶金厂。全世界2015年铝锂合金材料生产能力约200kt/a。

  一、美国

  目前,全球航空铝合金的焦点是先进铝锂合金的研发与应用。2009年,铝锂合金被纳入美国航天材料标准,目前,第三代铝锂合金已实现规模化工业生产,第四代铝锂合金研发已有了新成果。

  美国铝业公司(Alcoa)

  据调研数据显示,美国铝锂合金生产能力约10万吨/年。其中美国铝业公司生产能力达到约5.5万吨/年,既是美国也是全球铝锂合金产能、产量最大的生产企业。

  尽管美国铝业公司铝锂合金产量居全球首位,但仍在对铝锂合金进行扩能。为了满足未来航空航天工业对铝锂合金的需求,美国铝业公司除了加强研发工作外,对在全世界的铝-锂合金生产线进行大规模的改扩建,使生产能力翻了一番:它们是美国铝业公司的达文波特轧制厂(Davenport)、拉斐特(Lafayette)锻造挤压厂、郎维铝业公司(Longview,原属雷诺兹金属公司,2003年美国铝业公司兼并了它),英国基茨格林铝业公司(KittsGreen)、意大利的富西纳铝业公司。特别是对拉斐特厂的改扩建更为宏伟,对匹兹堡技术中心生产线也做了现代化改造,到2017年总投资将达1亿美元。美国铝业公司在拉斐特建立了世界产能最大的铝锂合金生产工厂,用来生产第三代铝锂合金部件。

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  美国铝业公司的拉斐特厂是全球最大的铝锂合金挤压材与锻件生产企业。拉斐特铝锂合金铸造车间紧靠着挤压车间,铸锭生产能力20kt/a,是世界上最大的铸造车间。拉斐特厂是世界最大铝锂合金材料供应商,是空客(Aribus)A380与A350、波音787、湾流G650飞机铝锂合金挤压材的独家供应者,如单件(Single-Piece)机翼蒙皮(WingSkin)、机翼桁条、地板梁、座位调节滑轨,以及其他零件,为Pratt&Whitney的PW1100G Pure-Power航空发动机提供了世界首批铝锂合金前风扇叶片。

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     美国肯联铝业公司(Constellium)

  美国肯联铝业公司(Constellium)是百年企业加拿大铝业(Alcan)最具竞争力的工程产品业务重组而成,很大程度上继承了Alcan的欧洲血统。

  肯联在其法国沃雷普研发中心研发出一种名为“AIRWARE”新型铝锂合金,AIRWARE是应用于航空航天领域一种具有革命性的铝合金新材料。它是将铝与锂、铜、银等其他金属融合,从而获得这种新合金。据了解,AIRWARE可为飞机制造带来四大优势:一是比传统铝合金材质轻25%,因此,能够优化结构部件的设计,并减少二氧化碳的排放;二是其卓越的抗腐蚀和抗金属疲劳特性,可将较大的维护间隔时间延长至12年;三是可实现100%的循环再生利用;四是可用于制造航空器的所有全部零部件。

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  Airware的铝锂合金家族的研究工作在法国沃雷普研究所(Verop)与加拿大蒙特利尔技术中心进行,材料生产由法国伊苏瓦尔轧制厂负责,有1条(1+3)式热连轧生产线,以轧制硬合金为主,供航空航天工业、汽车工业部门用,欧洲航空航天工业用的铝合金板带材的40%左右是由该厂生产的,而铝-锂合金的70%以上由该厂供应,A380飞机用的铝锂合金材料全是该系列产品。

  目前,AIRWARE在新一代飞机制造中已得到应用,空中客车公司将其应用于其宽体客机A350-XWB;庞巴迪公司将其应用于窄体飞机C系列。为满足航空市场对新型铝锂合金日益增长需求,肯联铝业公司正在法国伊苏瓦尔轧制厂新建两条铝锂合金熔炼铸造生产线,专业生产AIRWARE铝锂合金,预计在建的两条铝锂合金生产线将于2017年前投产。

  爱励铝业(Aleris Inc.)

  Aleris Inc.是全球领先的高品质轧制和铝回收企业,全球总部位于美国俄亥俄州的比奇伍德,在美洲,欧洲和亚洲共7000多名员工,拥有40多家技术先进的生产工厂。作为行业的领军者,爱励的产业布局,产品种类及终端用户分布非常广泛,所服务的客户涵盖航空航天,汽车,轨道交通,造船,模具,建筑,分销和回收等诸多行业和领域。

  爱励在航空航天业中的核心研究包括AA 7181 等硬合金、AlMgSc 等低密度合金以及铝锂合金(二者都轻巧结实并且耐腐蚀和疲劳)。

  爱励位于德国科布伦茨的工厂是世界领先的高品质铝板轧制工厂之一。工厂可以生产 100 多种铝合金的厚板、薄板以及卷材。产品被应用到工程、交通运输、航空航天以及其他现代工业领域。借助先进的技术和高效的运营,科布伦茨工厂每年为爱励的全球客户提供逾 150000 吨的铝合金产品。其中空客公司用的铝合金厚板有40%来自科布伦茨轧制厂。

  二、俄罗斯

  前苏联与俄罗斯在铝锂合金研发与生产方面毫不比英美国家逊色,是全球第二大生产与应用大国,而且自成体系,特别是在Al-Mg-Li合金研发与生产方面独树一帜,其中最典型的代表性合金是1420,1965年定型,可以生产板带材、挤压材与锻件等。1971年,1420合金就已成为轻型直升机的主要结构材料,1980年以后,它在MIG-29、SU-27、SU-35等超声速歼击机上得到应用,至今1420合金仍是俄罗斯航空航天器的主要铝锂合金材料。

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  前苏联和俄罗斯在大力发展Al-Mg-Li合金的同时,也在不遗余力地研发Al-Cu-Li系合金,所开发的1450合金成分与美国的2090合金相似,但其材料热处理工艺更加着重其综合性能的发挥,因而具有更强的市场竞争力。上世纪80年代前苏联又推出性能更加优秀的Al-Cu-Li系合金1460,它的强度更高一些,可焊性也更好一些,韧性也更好一些,难能可贵的是,它有优越的低温性能,特别适合于焊接火箭燃料液氧与液氢贮箱,它的其他性能与美国的2095、2195等合金的相当。1996年俄罗斯在液氢贮箱,它的其他性能与美国的2095、2195等合金的相当。前苏联的1421、1423、1460合金还含有微量的Sc(0.05%~0.21%),也是他们的铝锂合金的一个特点,美国的铝锂合金就不含这个稀土元素。前苏联及俄罗斯在发展Al-Sc合金方面居世界之首。

  苏联和俄罗斯的铝锂合金研发工作主要的轻金属研究院,而材料生产则主要在乌拉尔卡缅斯克铝业公司(Kamensk Uralsky Metallurgical Works,KUMZ)。

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  三、欧洲

  欧洲国家在铝锂合金研发早期阶段处于领先地位,1924年,德国研制成功一种工业铝锂合金——司克龙。这是一种仅含0.1%锂的铝锌合金。它的机械性能比当时盛行的铝镁合金——杜拉铝要稍好一些。由于当时杜拉铝已得到公认,所以影响了司克龙合金应受到的广泛重视。1983年,英国Alcan公司和法国的Pechinery公司在1985年分别,生产出了8090(Al-2.4Li-1.3Cu-1.2Mg-0.12Zr),8091(Al-2.6Li-1.9Cu-0.8Mg-0.12Zr)合金和2091(Al-2.0Li-2.3Cu-1.5Mg-0.12Zr)合金,是典型的第二代铝锂合金,并得到了一定规模的应用。但在第三代铝锂合金的研发上,英法德等国却被美国和俄罗斯远远拉开,主要产能企业纷纷被美国铝业等企业吞并,目前只有法国建立了铝锂合金熔炼-铸造-加工的完整体系。法国著名的铝锂合金生产企业Pechiney公司于2003年被加拿大铝业(Alcan)收购,后成为美国肯联铝业的一部分。

来源:高端装备发展研究中心
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