【文章內容簡介】 雜型材易擠壓合金105075182001601203A216020180145110中等可擠壓合金606330351008060700512507055425A03760504030難擠壓合金2A11753528212A121001814117A04110131185A061201086表5的可擠壓性指數數值與表2的數值存在差異，而且與其他文獻給出的值也不完全一樣。這是因為可擠壓性對一種合金來說不是一個固定不變的特性，而是與許多因素有關。主要的影響因素有化學成分、坯料的熱處理制度、晶粒度的大小、擠壓條件等。事實上，可擠壓性指數是一種相對值，其主要意義在于相對大小的比較，單純考慮某一合金的可擠壓性指數值的大小并無多大實用意義。比較不同鋁合金型材的擠壓條件，可以確定出一個變形抗力與最大擠壓流出速度之間的近似經驗關系式： (2)式中，k為經驗系數。即合金的變形抗力越高，可達到的最大擠壓流出速度就越小。可擠壓性除了與合金的特性有關外，還與型材斷面形狀的復雜程度有關。這是由于型材斷面形狀越復雜，變形不均勻程度增加，會導致擠壓力增大，流出速度減小。型材斷面的復雜程度一般用型材斷面的周長與斷面積之比f１來表征，此比值稱為形狀系數或型材斷面復雜程度系數，也可以將鋁型材根據其擠壓的難易程度分成若干組。圖1所示的型材按擠壓性由易到難的順序排列。但是，用形狀系數f１來表征型材擠壓的難易程度只是在型材斷面形狀比較簡單時才有較好的比例對應關系。隨著斷面形狀的復雜化，與比例對應關系偏離較遠。因此，實際使用中為簡單起見，(1)式中的型材斷面復雜系數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=。對于介于以上三種情形兩兩之間的情形，可在相應的f１值之間適當取值。圖1 鋁型材擠壓難易程度排列2 大中型鋁合金擠壓型材的分類及其主要應用范圍 大中型鋁合金擠壓型材的生產現狀與發(fā)展水平分析在結構、裝飾和功能方面，鋁合金型材是一種“永不衰敗”的材料，隨著科學技術的進步和國民經濟的發(fā)展，各種大型扁寬、薄壁、高精、復雜的實心和空心型材應運而生，成為許多重要領域(如航天航空、交通運輸、現代汽車、電子電器、艦船兵器、空調散熱器、電力能源、石油化工、機械制造等)的首選材料，特別是大中型工業(yè)用結構鋁合金型材更是當
今世界最短缺緊俏商品之一。據不完全統計，目前全球年產擠壓材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。其中大中型工業(yè)用結構鋁合金型材只占50萬t左右。而世界每年需大中型材100萬t以上，其中大中型工業(yè)用結構鋁合金型材需要80萬t以上。由于供不應求，設計者和使用者不得不采用幾根小型材接合成大中型材或者改用木材、塑料、鋼鐵、銅材來代替，造成了能源的浪費、環(huán)境的污染、成本的增高，大大影響了國民經濟的發(fā)展。為了改變這種局面，各國紛紛斥巨資新建或擴建35MN以上的大中型擠壓生產線。有人預言，21世紀將是“大擠壓機世紀”或“大中型鋁型材世紀”。我國的情況更是如此，一方面是小擠壓機和鋁合金小型材大量過剩，另一方面是大中型擠壓機和大中型工業(yè)用結構鋁合金型材十分短缺。據初步統計，我國目前有擠壓機3000臺以上，而其中95%以上為25MN以下的小擠壓機。擠壓型材年產量達300萬t以上，而其中80%以上為建筑門窗和裝飾型材。大中型材，特別是大中型工業(yè)用結構鋁合金型材缺口達20萬t以上，絕大部分依賴進口或用其他材料替代，大大制約了我國國防現代化和國民經濟發(fā)展的速度。
國外發(fā)展狀況與趨勢據報道，目前全球共裝備有各種擠壓機6 000臺左右，年產鋁擠壓材能力約1 200萬t；2005年鋁型材實際產量約1 000萬t，涉及到1到3系的400多種鋁合金和30多種熱處理狀態(tài)，絕大部分為中小型材，主要用于建筑門窗和裝飾等民用行業(yè)，大中型工業(yè)用結構鋁合金型材年產量約為50萬t左右。型材寬度為200mm～700mm，最寬達2500mm；～25mm，～；高度為20mm～300mm，最高可達500mm；～30m。型材品種多、規(guī)格范圍廣，形狀復雜，技術含量高，具有多種性能和功能，可適于多種用途使用。成為國民經濟各部門和人民生活各方面不可或缺的重要結構材料、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。在工藝技術方面也有了大的改進和發(fā)展。高效反擠壓、扁擠壓、寬展擠壓、組合模擠壓、穿孔擠壓、等溫擠壓、連續(xù)擠壓、快速擠壓等新工藝新技術得到了廣泛應用和推廣，達到了很高的水平。在設備方面，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。大批低水平的小擠壓機已淘汰，日本已不再生產15MN以下的擠壓機，世界正興起一股大擠壓機熱潮，預計在近幾年內25MN以上的擠壓機所占比例會超過20%，50MN以上的擠壓機可達100臺以上，80MN以上的擠壓機可達40臺以上。擠壓機本體結構更趨緊湊，強度和剛度更高，工模具配置更合理，功能更齊全，全部使用自給油壓傳動，其液壓系統、電控系統達到了相當高的自動化水平。此外，機前的坯料加熱與剪切裝置，機后的在線自動淬火、牽引機、同步熱鋸和精密定尺鋸、自動輸出系統和冷卻系統、拉矯、輥矯精整系統和熱處理等配套齊全，達到了相當高的水平，可實現全機乃至全線自動化。這些都為批量生產大中型工業(yè)用特種結構鋁合金擠壓材創(chuàng)造了良好的條件。 國內差距及解決的措施近年來我國擠壓工業(yè)雖有了很大進步，但與國外先進水平相比仍有較大差距，主要表現在：擠壓機臺數雖多，但絕大部分為裝機水平低下的小擠壓機；產能雖大，但絕大多數為中低檔民用建材，大中型工業(yè)用結構鋁合金型材尚未形成規(guī)模，高檔產品大部分依賴進口，遠遠不能滿足國防現代化和國民經濟發(fā)展的要求。為了縮短差距，盡快趕上世界先進水平，適應國際經濟一體化的要求，唯一的辦法是盡快裝備一批35MN以上的具有世界一流水平的先進設備和技術，并加以消化、吸收、開發(fā)和國產化，以促進我國擠壓工業(yè)和技術的發(fā)展，大大提高我國鋁合金型材擠壓技術和產品水平，以滿足國內外市場需求，減少加入WTO后的沖擊，促進我國經濟的高速發(fā)展。 大中型鋁合金擠壓型材的分類據不完全統計，目前全世界大中型鋁合金型材的用量大約在100萬t／a以上，規(guī)格品種達15 000種以上。對大中型鋁合金型材進行科學的分類，有利于合理地選擇生產工藝和設備，正確地設計與制造工模具，迅速地處理擠壓車間的生關技術問題和管理問題。 按照用途或使用特性分類按照用途或使用特性，大中型鋁合金型材可分為通用型材和專用型材。由于大中型型材的外廓尺寸大，形狀復雜，造價高，所以，除了條形、T字形、工字形、槽形等幾種常見的通用型材外，絕大多數為專用型材。專用型材按用途可分為：(1)航天航空用大中型型材。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構部件以及直升機異形空心旋翼大梁和飛機跑道等。(2)車輛用大中型型材。主要用于高速列車、地鐵列車、輕軌列車、雙層客車、豪華大巴以及貨車等大型車輛的外形結構件，重要受力部件及大型裝飾部件。 (3)艦船、兵器用大中型型材。主要用做船舶、艦艇、航空母艦、汽艇、快艇、水翼艇的上層結構和甲板、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；大中型火箭和中遠程導彈的外殼；魚雷、水雷的殼體等。圖2 大中型鋁合金恒斷面型材分類 (4)電子電氣、家用電器、郵電通訊以及空調散熱器用大中型型材。主要用做外殼、散熱部件等。(5)石油、煤炭、電力等能源工業(yè)以及機械制造工業(yè)用大中型型材。主要用做管道、支架、礦車架、輸電網、匯流排，以及電機外殼和各種機器的受力部件等。(6)交通運輸、集裝箱、冷藏箱以及公路橋梁用大中型型材。主要用做集裝箱板、集裝箱框架、跳板、冷藏箱型材以及橋面板等。(7)民用建筑及農業(yè)機械用大中型型材。如大中型建筑結構件、大中型幕墻型材和大中型農用噴灌器械部件等。圖3 大中型變斷面型材分類(8)其他大中型型材。如文體器材、跳水板、家具構件型材等。 按照形狀與尺寸變化特征分類按形狀與尺寸變化特征，大中型型材可分為恒斷面型材和變斷面型材。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。 國外的開發(fā)應用與需求情況交通運輸業(yè)早已成為工業(yè)發(fā)達國家經濟與社會發(fā)展的支柱產業(yè)，是大中型工業(yè)結構鋁合金型材的最大用戶。在航天航空領域，大中型材在飛機、導彈、火箭及其他航天航空器上早被大量采用，是傳統的鋁型材市場；在汽車制造方面，車身大梁、側板空心型材、側柱型材、貨箱壁板型材、帶槽壁板等車廂板型材、棚架型材，以及坦克、裝甲車、運兵車、郵車、醫(yī)用車、冷藏車等特種車輛的車廂車架等采用大中型鋁合金型材。美國早在1974年就開始生產用作卡車低盤的高強度鋁合金型材，日本每年用于汽車制造業(yè)的鋁合金型材達30萬t。在鐵道運輸和城市軌道交通方面，工業(yè)發(fā)達國家為了達到高速、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代化。近年來，甚至在普通鐵路上的客運和貨運車也開始大量使用鋁型材制造車體。美國和前蘇聯早已用鋁型材制造客車和運煤、化學品、礦石和其他貨物的貨車的車身、框架、側壁板和端門，鋁質車輛早已超萬輛。截至2005年，日本已投入運行的鋁車(客車和貨車)已達20000輛以上，全世界鋁質車輛已多達15萬輛以上。據報道，日本政府已下令，到2010年日本的所有鋼制車輛將全部退役，而代之以鋁質車輛。在船舶制造方面，所有艦艇和船舶的上層建筑、地板、甲板、隔板和裝飾板已大量使用鋁合金型材，全鋁潛艇、快艇、汽艇、水艇和賽艇已用于運營。與交通運輸業(yè)密切相關的臨時機場跑道、軍用浮橋、公路和鐵路橋梁與塔架，以及船用與車用集裝箱等領域也開始大量使用鋁板和型材，其中大中斷面鋁型材占45%以上。 此外，現代工業(yè)發(fā)達國家在電子電器、郵電通訊、散熱空調、石油化工、礦山砧探、煤炭電力、機電制造等行業(yè)也已大量使用鋁材，其中大中斷面鋁型材用量占50%左右。據不完全統計，目前全球共有30MN以上的擠壓機400臺左右，年產大中型工業(yè)結構鋁合金型材50萬t左右，而全世界每年需要80萬t以上，缺口較大。 國內大中型工業(yè)用結構鋁合金擠壓材的使用與需求我國鋁合金擠壓產品從20世紀70年代開始崛起，目前需求量每年已超過300萬t，其用途已從國防軍工、建筑業(yè)等擴展到更加廣泛的領域。近年來，由于科學技術的飛速進步和國民經濟的高速發(fā)展，對大中型工業(yè)用結構鋁合金擠壓材提出了越來越高的要求，不僅結構鋁合金品種增多，質量提高而且需求數量迅速增加，2005年需產量達10萬t以上，主要部門的需求量列于表6中。由于我國目前大中型擠壓材數量小、裝機水平低，加之技術開發(fā)能力較差，因此遠遠不能滿足我國市場對大中型工業(yè)用結構鋁合金擠壓材的需求，大部分依賴進口，據不完全統計，2005年我國進口高檔擠壓型材5萬t以上。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)產品名稱外接圓直徑／mm使用部門年需要量／ta１鐵道列車(客、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硫化機架和礦井設備150～３５０礦山機械2000空調散熱器型材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技術 大中型鋁合金型材的生產工藝流程與主要工藝參數的確定原則 生產工藝流程以熱擠壓狀態(tài)供貨的型材，在擠壓后進行以下工序：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，進行力學性能試驗和切成定尺。型材在不做力學性能試驗的情況下交貨時，當幾何形狀矯平以后，馬上切成定尺，最后一道工序是檢查驗收型材。在退火狀態(tài)下供貨的型材，擠壓后應進行退火，其余工序與上述相似。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，則在退火前要進行拉伸矯直。以淬火及自然時效狀態(tài)供貨的型材，擠壓后進行淬火。以淬火及人工時效狀態(tài)供貨的型材，在矯直和精整幾何形狀以后進行人工時效。在生產鋁合金型材時，上述的這些工序是最基本的。但在某些情況下，工藝程序與前面所敘述的不同。例如，生產6066007001911925合金型材時，當型材擠出模孔以后，常常直接用空氣或水－空氣混合物強烈冷卻的方法淬火。在這種情況下，對擠壓后的型材直接進行矯直，然后進行人工時效。這種工藝方