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2025-04-01 4 新材料及矿产报告
一战是人类社会上第一次大规模机械化战争。战争中的潜艇、坦克、战车、飞机都是消耗 的各种金属材料,因此战争开始之后各国就迅速封锁了对方的矿产开采、冶炼和加工的来源, 试图通过饥饿封锁来削弱对方。例如 1917 年至 1918 年,德国就通过潜艇破坏英国到其殖民 地的海上供应链以及美国的海运支援。这些举措使得英国被打了个措手不及,相关的钢铁、 铜以及各种合金的供应受到很大影响。于是英国同样对德国也采取了相似的措施,包括贸易 管制等措施,成功切断了德国与其原材料长期供应国玻利维亚的贸易往来。这迫使德国加强 了对铝制品的原料回收,甚至铝制的罐头盒、钟、琴等都被用于回收用于军事。在一战结束 后,各国都加强了对于铝料回收和铝材代替传统金属制品的研究,这进一步加深了铝制品的 渗透率。随着第一次世界大战结束,对铝合金的研究迎来了黄金时期。1925 年福特公司宣布进军 航空业,设计师亨利福特设计了一个使用三引擎,全金属波纹铝的飞机 4-AT。
当时的航空界 对于新材料的渴求非常旺盛,稍微一点的进步和强化都令人激动。波纹铝表面有助于节省重 量和阻力,在当时是现成的材料,这一大胆的设计迅速风靡了航空界;波纹铝在低速阶段具有表面粗糙的优点,这为飞机提供了足够的升力。但是随着飞机发动 机技术的进步,飞机的速度也逐渐增加,波纹铝重量过高和阻力过大的缺陷也暴露出来。于 是人们继续在此基础上为飞机寻找“光滑的皮肤”,以减少因为飞机时速提高带来的边界层 转捩问题。由于边界层转捩,飞机原先的气动布局和升力将发生变化,从而影响性能;为此,1933 年美国铝业集团发明了 2024 合金,这成为了目前较为常用的一种合金,2024 铝合金给飞机结构和性能带来了巨大变化,同时也为 2xxx 系合金奠定了基础。2024-T3 被用 于世界上第一种成功的商业飞机 DC-3 的主体结构材料(全机重量的 90%以上),一共生产了 10564 架,成为铝合金发展史上重要的里程碑。2024 铝合金具有较高的塑性、疲劳寿命、断 裂韧性和抗疲劳裂纹扩展性能,因此主要用于机身、机翼、抗剪肋板和腹板等高强度结构件 上。虽然有抗蚀性较差、材质仍然较软的问题,但是这些缺点可以通过人工时效等方式弥补。
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