【正文】 貨)型材200～640鐵路部門15000地鐵和輕軌列車型材和高速列車200～６４０地鐵和城交部門18000飛機及軍工型材180～６００軍工部門2000汽車(豪華大巴)型材160～４５０汽車制造6000冷藏車廂和冷凍板180～３５０汽車制造3000專用車車廂型材160～400汽車制造2000船舶用大中型材150～５００船舶制造業(yè)2000集裝箱用大中型材150～４００集裝箱制造業(yè)40000硫化機架和礦井設(shè)備150～３５０礦山機械2000空調(diào)散熱器型材180～５００電器行業(yè)18000機架、框架、連桿、滑板等200～４００機械行業(yè)2000路燈桿、旗桿、電線桿200～400機制行業(yè)5000電梯骨架240～320電梯制造1000電機外殼180～330電機制造1000管母線及電力配件200～400電力工業(yè)15000其他(含棒材)80～500各工業(yè)部門20000合計1520003 大中型鋁合金型材的工藝特點與生產(chǎn)技術(shù) 大中型鋁合金型材的生產(chǎn)工藝流程與主要工藝參數(shù)的確定原則 生產(chǎn)工藝流程以熱擠壓狀態(tài)供貨的型材，在擠壓后進(jìn)行以下工序：拉伸矯直，鋸切夾頭，用扭擰的方法矯直其縱向和橫向的幾何形狀，在輥式矯直機上矯直和壓平，切取試樣，進(jìn)行力學(xué)性能試驗和切成定尺。 國外的開發(fā)應(yīng)用與需求情況交通運輸業(yè)早已成為工業(yè)發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，是大中型工業(yè)結(jié)構(gòu)鋁合金型材的最大用戶。(2)車輛用大中型型材。成為國民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活各方面不可或缺的重要結(jié)構(gòu)材料、裝飾材料和功能材料，大有替代鋼鐵、銅材、木材和塑料的趨勢。因此，實際使用中為簡單起見，(1)式中的型材斷面復(fù)雜系數(shù)f１可近似取值為：對棒材和條材，取f１=1；對等壁厚對稱實心斷面的型材，取f１=；對不等壁厚非對稱空心型材，取f１=。若取6063合金的可擠壓性指數(shù)為100，則按式(1)計算出的鋁合金的可擠壓性指數(shù)如表5。與2A12合金一樣，在熔焊時7A04合金在焊縫區(qū)有產(chǎn)生晶間裂紋的傾向。2A06合金在自然時效狀態(tài)下的強化速度比2A12合金的低，這可使2A06合金壁板比2A12合金壁板放置更長的時間再進(jìn)行冷加工(例如矯直、彎曲)。2A12合金的抗拉強度和屈服強度也和自然時效時間有關(guān)。當(dāng)退火溫度較高或者在熱擠壓狀態(tài)下供應(yīng)半成品時，如果使用溫度高于60℃，則過飽和固溶體將發(fā)生分解，沿晶粒邊界析出β相(Al３Ｍg２)質(zhì)點，因而急劇地提高了合金的應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕傾向性。與6063合金一樣，6A02合金在熱處理時急劇強化，其主要強化相為Mg２Si和W(AlxMg５Si４Cu)。焊縫的抗蝕性與基體金屬相同。表1列出了我國部分?jǐn)D壓型材用鋁合金的牌號、化學(xué)成分與美國、日本和俄羅斯牌號對照。這兩種合金的抗蝕性不高，必須用專用的保護(hù)方法(包鋁、陽極氧化、涂油漆層)。介紹了大中型鋁合金型材的特點、分類、應(yīng)用與技術(shù)開發(fā)情況。所以這些合金屬于不可焊的，這些合金的結(jié)構(gòu)裝配采用鉚接，而很少采用螺栓連接。mm２)屈服強度/(N變形溫度和變形速度對3A21合金變形抗力的影響要比對工業(yè)純鋁的小得多。6A02合金在人工時效狀態(tài)下的抗蝕性明顯下降，并出現(xiàn)晶間腐蝕傾向。2A70合金通過熱處理可以劇烈強化，主要強化相是S相(Al２CuMg)。對淬火和時效的半成品進(jìn)行冷變形，可使其強度性能(特別是屈服強度)得到顯著提高。因此，與2A12合金一樣，2A06合金不用于制造密封結(jié)構(gòu)，其半成品主要用于鉚接方法和點焊方法進(jìn)行連接。表3 軍用及其他用途的高強度鋁合金2124強度、塑性和斷裂韌性比2024合金的好，SCC性能與2024的相似T351和T851狀態(tài)38～152mm厚板飛機結(jié)構(gòu)件2048斷裂韌性比2124合金的好，SCC性能與2024和2124的相似T851狀態(tài)厚板、薄板飛機結(jié)構(gòu)件2419斷裂韌性比2219合金的好飛機高溫結(jié)構(gòu)件，高強焊接件2224強度、斷裂韌性和抗疲勞性能比2024合金的好
，工藝性能和耐腐蝕性與2024的相似，價格比2024的貴T3511擠壓件波音767等飛機結(jié)構(gòu)件2324高強度和高斷裂韌性T39狀態(tài)厚板、薄板波音767等飛機結(jié)構(gòu)件д16ч斷裂韌性比д16合金的高10%～15%以T，TH，T1，T1H狀態(tài)應(yīng)用T，TH狀態(tài)材料用于運輸機。min－１)σk／(N據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球年產(chǎn)擠壓材1000萬t左右，其中鋁合金擠壓型材約800萬t，而建筑門窗和幕墻型材及小規(guī)格型材占90%以上，大、中型鋁合金型材僅80萬t左右。在設(shè)備方面，正向著大型化、緊湊型、組裝式、成套化、自動化、高效節(jié)能環(huán)保型方向發(fā)展。主要用做船舶、艦艇、航空母艦、汽艇、快艇、水翼艇的上層結(jié)構(gòu)和甲板、隔板、地板，以及坦克、裝甲車、運兵車等的整體外殼；重要受力部件；大中型火箭和中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的外殼；魚雷、水雷的殼體等。在鐵道運輸和城市軌道交通方面，工業(yè)發(fā)達(dá)國家為了達(dá)到高速、安全、節(jié)能、美觀、舒適、低成本和高效的目的，不斷提高鋁化程度，使高速列車、地鐵列車、輕軌列車、雙層客車輕量化和現(xiàn)代化。但是，如果型材在擠壓后其幾何形狀具有很大的縱向彎曲時，則在退火前要進(jìn)行拉伸矯直。(3)擠壓溫度、擠壓速度和擠壓比的確定擠壓之前坯料加熱溫度依合金而定。表7 擠壓壁板和大型型材熱處理制度參考表合 金淬火溫度／℃淬火保溫時間水溫／℃時效溫度／℃時效時間／h2A12495～503根據(jù)壁板最大厚度δ而定；當(dāng)δ＜5mm時，t≤20min。例如，在96MN擠壓機上，600mm擠壓筒的比壓只有430mm擠壓筒比壓的1／２；在20MN擠壓機上，使用180mm擠壓筒，其比壓可達(dá)790MPa，如使用250mm擠壓筒，比壓就會降低至410MPa。以日本山陽電氣鐵路3050型電車為例，側(cè)板寬度為507mm，；地板采用的是寬558mm的寬幅薄壁型材。1滑動模架；2支承環(huán)；3支承墊；4模子；5實心型材；6模支承；7坯料；8擠壓筒；9擠壓墊片；10擠壓軸圖8 大中型實心型材擠壓模具組裝圖 模具設(shè)計與制造實心型材和空心型材的模子組件分別示于圖8和圖9中。一般來說，新模具在進(jìn)行試擠壓時，要測量擠壓件的斷面尺寸，并對模具進(jìn)行必要的修整，然后再過渡到正式生產(chǎn)。而且對那些車檐梁、長橫梁等車輛用型材，要考慮到車輛裝載之后，由車輛自重所引起的撓曲，所以車輛在裝配之前，其型材只容許在一個方向上具有撓度(凸度)，如圖12所示。此外，矯直對象的不同，對支點設(shè)定的位置和角度也有些影響，因而需要較好的經(jīng)驗積累。大中斷面型材，特別是長度大于25m的大中型型材必須在長型時效爐中進(jìn)行人工時效。此外，由于形成筋條的金屬摩擦區(qū)相當(dāng)長，在筋
條的表面常常產(chǎn)生一些缺陷(劃道、成層、裂口)。例如，在施洛曼公司的49MN擠壓機上，坯料的長度受到擠壓機橫梁后部邊界位置與擠壓軸前端邊界位置之間的距離的限制。
在冷狀態(tài)下，檢查擠壓筒工作內(nèi)套的內(nèi)表面，沿長度測量三點以檢查其直徑。反擠壓可以減小底板及筋條厚度的不均勻性，提高成品率。在擠壓過程中不允許金屬的流出速度作跳躍式變化。將坯料加熱到表11中所規(guī)定的溫度。為了造成最適宜的擠壓條件，在規(guī)定的加熱溫度下，～2mm。當(dāng)擠壓內(nèi)部帶筋的管材時，筋條的輪廓和尺寸必須在擠壓針上成形。
一般來說，當(dāng)型材壁厚小于4mm時采用氣淬；壁厚為4mm～８mm時采用霧淬；而壁厚大于8mm時，必須采用水淬才能獲得均勻合格的性能。為了保持?jǐn)D壓時的形狀，可以采用適合于各種不同型材的專用導(dǎo)路，借助于擠壓時出口側(cè)的誘導(dǎo)以防止產(chǎn)生變形。如圖11所示的車輛用寬幅型材，在拉伸時A部優(yōu)先延伸，B部延伸變形較困難，所以容易出現(xiàn)彎曲(側(cè)彎)和蛇行現(xiàn)象。因此，采用CNC技術(shù)來制造精度高、硬度適中、表面光潔的大型擠壓模具是十分必要的，而且經(jīng)實踐證明是可行的，應(yīng)大力推廣應(yīng)用，以提高大型型材擠壓技
術(shù)水平。對于非對稱大型型材(如圖7所示)，在擠壓過程中金屬流動是極不均勻的，特別是用圓擠壓筒擠壓大型扁寬不對稱型材時，變形不均勻性顯得更為突出。然而，車輛要想達(dá)到輕量化，不僅要求進(jìn)一步薄壁化，而且要求研制擠壓性、材料強度、焊接性以及耐腐蝕性均好的材料。為此，生產(chǎn)廠家進(jìn)行了大量的技術(shù)開發(fā)工作。為了減少翹曲，防止粗晶環(huán)廢品，應(yīng)采取快速高溫的加熱方法，水溫適當(dāng)提高。(2)坯料的制備及其質(zhì)量要求壁板和大中型型材擠壓用鑄錠采用半連續(xù)鑄造法生產(chǎn)，其熔鑄工藝與中小型型材用鑄錠的熔鑄工藝相同，要求達(dá)到內(nèi)外表面光潔，一級疏松和一級氧化膜。表6 2010年各行業(yè)對大中型工業(yè)鋁合金擠壓材的需求量(估計)產(chǎn)品名稱外接圓直徑／mm使用部門年需要量／t恒斷面型材可分為通用實心型材、空心型材、壁板型材和建筑門窗型材等，如圖2所示；變斷面型材分為階段變斷面和逐漸變斷面型材，如圖3所示。如整體帶筋壁板、工字大梁、機翼大梁、梳狀型材、空心大梁型材等，主要用作飛機、宇宙飛船等航天航空器的受力結(jié)構(gòu)部件以及直升機異形空心旋翼大梁和飛機跑道等。型材品種多、規(guī)格范圍廣，形狀復(fù)雜，技術(shù)含量高，具有多種性能和功能，可適于多種用途使用。隨著斷面形狀的復(fù)雜化，與比例對應(yīng)關(guān)系偏離較遠(yuǎn)。下面給出一個可擠壓性指數(shù)Z與擠壓基本參數(shù)之間的關(guān)系式： (1)式中：C—比例系數(shù)；Vf—制品流出速度，m／min；σk—合金的變形抗力，N/mm2；f1—型材斷面復(fù)雜程度系數(shù)。
7A04合金可進(jìn)行點焊，但不能進(jìn)行氬弧焊和氣焊。因此，2A06合金壁板在自然時效狀態(tài)下使用。如果用含銅量和含錳量為上限(%～%Cu、%～%Mn)的2A12鋁合金擠壓生
產(chǎn)半成品，并將擠壓溫度提高到430℃～460℃，則在塑性指標(biāo)沒有明顯降低的情況下，其強度性能大約可提高10%。通常在較低的溫度下(310℃～335℃)退火，并在空氣中冷卻。雖然6A02的Mn含量比較少，但其擠壓制品在熱處理后卻能保持著未再結(jié)晶的組織，因而可以顯著提高合金的強度。3A21合金的半成品能夠很好地進(jìn)行氣焊、氬弧焊和接觸焊。在某些情況下，采用1035工業(yè)純鋁和3A21合金型材制造建筑結(jié)構(gòu)的裝飾部件。7A04合金的半成品經(jīng)淬火和人工時效后使用，而2A12合金半成品通常在淬火和自然時效后使用。著重介紹了大中型鋁合金擠壓型材的工藝流程、主要工藝參數(shù)的確定原則，以及各種型材的工藝特點與生產(chǎn)技術(shù)關(guān)鍵問題，特別是對大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)型材的生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)與質(zhì)量控制進(jìn)行了較詳細(xì)的論述，有較強的實用價值。7A02A12以及2A06合金主要用于制造受力結(jié)構(gòu)件。mm２)伸長率／%1100150可H1129040401200140可H112984335201420不可T444031019201720不可T443029020202415不可T4490340183003110可H11211045353203110可H1121104535505260難～不可H11220010025545440不可H11226013022508320不可H11230015520606165可T6320280136N0175可T5280240136063100可T5/T6195／２６０15513700350可T5320260157N0140可T535030015707510不可T65115905209 典型擠壓鋁合金的特性與用途(1)1035合金。(3)6063合金。合金中的銅含量越高，則抗蝕性下降越多。熱擠壓型材經(jīng)過淬火和人工時效后，合金的抗拉強度可達(dá)到420N／mm２～450N／mm２，屈服強度可達(dá)到300N／mm２～380N／mm２。2A12合金半成品在淬火后進(jìn)行自然時效狀態(tài)下抗蝕性低，甚至在短時間加熱到150℃以上
時，抗晶間腐蝕性能急劇下降，將淬火的半成品進(jìn)行人工時效(加熱到190℃，保溫6h～８h)，可以提高抗蝕性和強度性能(特別是屈服強度)，但塑性指標(biāo)卻大大降低，例如，相對伸
長率可降低1／２～2／３。(9)7A04合金屬于Al－Ｚn－Mg－Ｃu四元系，是一種強度最高的鋁合金，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)壁板和型材。T1H狀態(tài)材料用于超音速飛機1161強度比д16ч的高2倍，斷裂韌性比д16ч的高20%～50％以T，TH，T1，T1H狀態(tài)應(yīng)用T，TH狀態(tài)材料用于運輸機，T1H狀態(tài)材料用于超音速飛機1163強度比д16ч的相似，斷裂韌性比д16ч的高10
%以T，TH，T1，T1H狀態(tài)應(yīng)用伊爾96－３００和圖204等飛機機體受力構(gòu)件7075固溶處理后塑性好，熱處理強化效果特別好，在150℃以下有高強度，并且有特別好的低溫強度，焊接性能差，有應(yīng)力腐蝕開裂傾向，雙級時效可提高抗SCC性能TT7T76薄板，T65T765T7351厚板，TT7
T7352鍛件，T651T73511擠壓件飛機上、下翼面壁板，桁條，隔框7049可代替7079合金，強度高和抗SCC性能好，抗普通腐
蝕能力不強T7351T76511擠壓件，T7T7352鍛件，T73薄板和厚板飛機主起落架，導(dǎo)彈配件7149