连成旺锻造

铝合金锻造在国民经济中的重要地位

        锻压生产是向各工业行业提供机械零件粗糙度的主要途径之一。锻压生产的优势在于，它不仅可以获得机械零件的形状，还可以改善材料的内部组织，提高机械性能。一般来说，大多数重要的机械零件都是通过锻造来制造的，这些机械零件受力大，机械性能要求高。

        飞机上锻件重量占70%，坦克上锻件重量占60%，汽车上锻件重量占50%，电力行业水轮机主轴、透光叶轮、转子、护环等均为锻件重量。由此可见，锻件生产在工业中占据着极其重要的地位。

        铝合金已广泛应用于各种工业部门，因为其比例小、比强度高、刚度高等一系列优点。铝合金锻件已成为各工业部门机械零件不可缺少的材料。所有可以用低碳钢锻造的锻件都可以用铝合金锻造。铝合金可以在锻锤、机械压力机、液压机、顶锻机、扩孔机等锻造设备上锻造，可以自由锻造、模锻、轧制、顶锻、辊锻和扩孔。

        一般来说，尺寸小、形状简单、偏差不严格的铝锻件可以轻松地在锤子上锻造，但对于规格大、变形严重的铝锻件，宜选用水（液）压机进行锻造。对于大型复杂整体结构的铝锻件，必须使用大型模锻液压机才能生产。对于大型精密环形部件，应使用精密轧制机进行轧制。特别是在过去的十年里，随着科技的进步和国民经济的发展，对材料的要求越来越高，迫使铝合金锻件向大型整体、高强度、高韧化、复杂精密的方向发展，极大地促进了大型液压机和锻造机的发展。

        随着我国交通运输业向现代化、高速化方向发展，交通运输工具的轻量化要求日趋强烈，以铝代钢的呼声越来越大，特别是轻量化程度要求高的飞机、航天器、铁道车辆、地下铁道、高速列车、货运车、汽车、舰艇、船舶、火炮、坦克以及机械设备等重要受力部件和结构件，近几年来大量使用铝及铝合金锻件和模锻件以替代原来的钢结构件，如飞机结构件几乎全部采用铝合金模锻件；汽车（特别是重型汽车和大中型客车）轮毂、保险杠、底座大梁；坦克的负重轮；炮台机架；直升机的动环和不动环；火车的气缸和活塞裙；木工机械机身；纺织机械的机座、轨道和绞线盘等等都已应用铝合金模锻件来制造。而且，这些趋势正在大幅度增长，甚至某些铝合金铸件也开始采用铝合金模锻件来代替。

        目前，世界上大型锻压液压机为数不多，中国更是寥寥无几，随着国防工业的现代化和民用工业特别是交通运输业的发展，铝合金模锻件的品种和产量，不仅不能满足国内市场的需要，国际市场也有很大缺口。因此，我国抓紧建设几条大、中型铝合金锻压生产线是十分必要的、及时的，对国民经济的高速发展和国防军工现代化有重要的现实意义和长远意义。

铝合金锻压件的特性及应用领域

铝合金锻压件的特性

        ①轻量化理想材料，密度小，只有34%的钢锻件和30%的铜锻件。

        ②适用于轻量要求高的关键受力部件，其综合性能远高于其他材料，比强度大，比刚度大，比弹性模量大，疲劳强度高。

        ③可靠性远高于铝合金铸件和压铸件，内部组织细密、均匀、无缺陷，也高于其他材料。

        ④铝合金具有良好的塑性，可以加工成各种形状复杂的高精度锻造部件。机械加工余量小，仅为铝合金拉伸板加工余量的20%左右，大大节省了工时和成本。

        ⑤铝锻件具有良好的耐腐蚀性、导热性和非磁性，是钢锻件无法比拟的。

        ⑥表面光洁美观，表面处理性能好，美观耐用。

        可以看出，铝锻件有一系列优良特性，为铝锻件提供了良好的条件，而不是钢、铜、镁、木材和塑料。

铝合金锻件的应用领域

        近几年来，由于铝材成本下降，性能提高，品种规格扩大，其应用领域越来越大。主要用于航天航空、交通运输、汽车、船舶、能源动力、电子通讯、石油化工、冶金矿山、机械电器等领域。主要锻造铝合金。

铝合金锻压生产技术与发展水平

国外发展状况与水平分析

        为了保证加热质量，必须严格控制初始锻件和终端锻件的温度，准确测量金属坯料的温度，特别是重要的金属材料和内部性能高的锻件。

        金属加热温度的测量主要是测量金属坯料在炉内加热过程中的温度，以控制坯料的加热过程。然而，在炉内测量金属坯料的温度比在炉内测量温度更困难。炉膛温度总是高于金属坯料的温度。在找出两者的规律后，可控炉温度的测量通常被用来代替金属温度的测量。

        测量金属坯料加热温度的方法有很多，如目视金属、加热温度、热电偶测温、红外测温仪测温等。

        当钢加热到530℃以上时，由于温度不同，会产生不同颜色的光波(火)。随着温度的逐渐升高，颜色从深到浅或从暗到亮，所以钢坯在不同温度下的颜色对应钢坯的相应温度。

        视觉测量金属加热温度是锻造车间测量金属加热温度的一种简单方法。然而，由于白天、晚上、晴天、车间亮度和操作人员熟练程度的影响，视觉温度误差较大。一般来说，在明亮的地方测量时，火是黑色的，在黑暗的地方相对明亮。经验丰富的加热工程和锻造工程的视觉温度误差可达±15℃~4O℃。标准色卡也可加热炉，标准色卡一般挂在加热炉旁边，由操作人员控制。

        这种方法的优点是，对于一些钢或高公差锻件，目视温度非常方便和快速，可以判断温度计是否有问题，也可以作为仪器温度测量的补充，误差太大，不适合测量钢坯和精密模锻件的加热温度要求；同时对眼睛有一定程度的刺激。

        普通的模具锻造方法一般不能满足最终部件的形状、尺寸精度和表面粗糙度的要求。主要原因是：空白表面氧化、脱碳等污染现象；不合格表面力学性能或其他缺陷；空白体积变化和最终锻件温度波动，锻件尺寸难以控制；由于锻件的需要，模具侧壁倾斜，锻件相应增加敷料；模具磨损和上下模具脱位导致锻件尺寸偏差。

        因此，机械加工锻件的所有或部分表面。在这些表面上，应留下一个金属层进行机械加工，称为机械加工的余量。所有需要加工的零件都应提供加工余量。加工余量的大小主要取决于零件的形状和尺寸、加工精度和表面粗糙度，以及锻造过程中的加热质量、设备模具的精度和操作技术水平。过多的加工余量会增加加工时间和金属损失；如果加工余量不足，锻件的浪费率就会增加。

        偏析是指钢中化学成分和杂质分布不均匀。一般来说，高于平均成分的人称为正偏析，低于平均成分的人称为负偏析。仍然存在宏观偏析，如区域偏析和微偏析，如分支晶体偏析和晶间偏析。锻件的偏析与钢锭的偏析密切相关。钢锭的偏析程度与钢种、钢锭型、冶炼质量和浇筑条件有关。钢中的合金元素、杂质和气体加剧了偏析的发展。钢锭越大，浇筑温度越高，浇筑速度越快，偏析程度越严重。

国内发展现状和水平分析

        锻压生产在中国有着悠久的历史。在3300多年前的殷墟文化早期，锻压被用于武器生产。解放前，锻压生产非常落后。解放后，锻压生产发展迅速。180MN以下的自由锻压机、300MN模锻压机、160KN以下的模锻锤、16000KN以下的摩擦压机、8000KN以下的热模锻压机已经成为配备各种锻压厂的系列。

        但到目前为止，我国铝加工企业只有300MN、100MN、60MN、50MN、30MN10台大型、中型铝锻压水(液压)压机、100MN多向模压水压机、Φ5m轧机2台，铝锻件年生产能力仅为20000吨左右，最大模锻件投影面积为2.5m2(铝合金)和1.5m2(钛合金)，最大长度为7m，最大宽度为3.5m，锻环最大直径为Φ6m，铝合金绞线板直径为Φ50mm。产品品种相对较少，比如工业发达国家的模锻件已经占到了所有锻件的80%左右，而我国只占到了30%左右。国外模锻件的设计、模具制造已经引进了计算机技术，模锻CAD/CAM/CAE和模锻工艺仿真已经进入实用阶段，而我国许多模锻工艺在这方面刚刚起步。

        根据以上分析，目前我国铝合金锻造行业在技术设备、模具设计制造、产品生产规模、生产效率和批量生产、产品质量和效率等方面与国外先进水平存在较大差距。不仅不能满足国内外市场对铝合金锻件日益增长的需求，而且不能跟上交通（如飞机、汽车、高速列车、船舶等）的轻质要求。

        为此，中国应集中人力、物力和财力，尽快提高铝合金锻造生产工艺设备水平和生产工艺水平，尽快建设若干大中型现代铝合金锻造液压机生产线，尽快缩小与国外先进水平的差距，最大限度地满足国内外市场的需求。令人鼓舞的是，随着中国大型飞机项目、航空母舰等大型重点项目的实施，200MN重型水平挤压机和450MN和800MN巨型垂直模锻液压机正在建设中，向世界铝合金锻造国家和强国迈进。

铝合金锻件的技术开发及应用前景分析

铝合金锻件的产销情况分析

        由于铝及铝合金锻件具有上述一系列优势，在航空航天、汽车、船舶、运输、武器、电信等行业受到青睐，应用范围越来越广。据初步统计，1985年，铝锻件占世界锻件总产量的0.5%(即1.8万吨)，2008年增长到18%左右。目前，世界上消耗的锻件约为450万吨，其中铝锻件约占80万吨/年；钛锻件和高温合金锻件约占1.5%(即约1.8万吨/年)；钢锻件仍然占绝大多数。

        从铝加工行业的角度来看，目前全球铝产量(包括再生铝)约为5000万吨/年，其中85%将成为加工材料，即目前全球加工材料年产量约为4000万吨，其中板材、带材、箔材约占57%，挤压材料约占38%。铝合金锻造材料由于成本高，生产技术难度大，仅用于特别重要的受力部位，所占比例较小。然而，铝锻造材料是增长最快的铝材料。近十年来，由于军工和民用工业的需要，尤其是交通运输行业的现代化和轻量化，用铝代替钢的要求非常迫切。因此，铝锻件的品种和应用迅速增加。其在铝材料中的比例从1985年的0.5%增加到2009年的2.5%，即80万吨/年左右。

        为了满足军事和民用部门对铝和铝合金锻件日益增长的要求，世界各国都集中人力、物力和财力，开发铝锻压生产，设计制造各种锻压设备，特别是大中型水(液)锻压机。但由于锻件设备价格昂贵，制造周期长，锻件生产技术复杂，难以满足市场需求。目前，世界上铝锻件的生产能力约为80万吨/年，不能满足100万吨/年的消费需求。由于我国重型水(液)压锻件设备规模大，生产能力低，远远不能满足工业部门对铝锻件的需求，年差距超过4.0万吨。到2015年，由于中国汽车、飞机、船舶和运输以及机械制造业的数量大幅增加，铝锻件的年消耗量可能达到8万吨/年以上。

分析市场需求及应用前景

        根据以上分析，铝及铝合金锻件主要用于要求轻量化程度较高的工业部门，根据各国目前的应用情况，主要市场分布如下。

        (1)航空（飞机）锻件：飞机上的锻件约占飞机材料重量的70%，如起落架、框架、肋骨、发动机部件、移动环和不移动环。飞机上使用的锻件有上千种，其中除了少数高温部件使用高温合金和钛合金锻件外，大钛合金锻件外，如美国波音公司，每年生产数千架飞机，每年消耗数万吨铝合金锻件。中国的战斗机和其他军用飞机和民用飞机也在迅速发展，特别是在大型飞机项目的启动和航空母舰等重点项目的实施方面，需要消耗的铝锻件也将逐年增加。

        (2)航天锻件:航天器上的锻件主要是锻环、轮辋、翼梁和机座，大部分是铝锻件，只有少数钛锻件。随着宇宙飞船、火箭、导弹火箭、导弹和卫星的发展，对铝锻件的需求越来越大。比如近年来，中国开发的超远程导弹采用AL-Li合金外壳锻件，每件重300多公斤，价值几十万元。Φ1.5~Φ6mm的各种铝合金锻环消耗越来越多。

        (3)武器工业:在坦克、装甲车、运兵车、战车、火箭弹、炮架、军舰等常规武器上使用铝合金锻件作为承载部件的数量大幅增加，基本上取代了钢锻件。特别是铝合金坦克负重轮等重要锻件已经成为轻量化、现代化的重要武器材料。

        (4)汽车是使用铝合金锻件最有前途的行业，也是铝锻件的最大用户。主要用于轮毂（特别是重型车和大中型客车）、保险杠、底座大梁等小型铝锻件。其中，铝轮是使用量最大的铝锻件，主要用于公共汽车、卡车和重型汽车。近年来，它也被用于中小型汽车、摩托车和高档汽车。据统计，在过去几年中，铝车轮的消费量每年增长20%以上，目前的消费量达到数十亿。

        中国刚刚起步，但一汽、二汽等大型汽车企业正在开始研发。随着汽车产量的增加2010年中国汽车产量预计将达到1500万辆/年，世界汽车产量可能超过7000万辆/年），铝车轮和其他铝锻件的数量将取得惊人的发展。目前，铝合金车轮的制造方法主要有两种：铸造法和锻造法。

        铸造方法也分为重力铸造和压力铸造方法。铸造方法生产的车轮产品的组织密度和均匀性较差，机械性能也较低。制造精度（厚度）也较差，后续加工能力较大，不能满足轻型乘用车高可靠性的性能要求，也不能满足商用车车轮的抗冲击性、疲劳寿命和承载能力的要求。

        采用锻造法生产的铝合金车轮具有机械性能好、结构强度高、重量轻（壁厚）、抗冲击性高、耐腐蚀性好、抗疲劳强度好等优点，能够满足商用车车轮的要求。因此，它已逐渐成为汽车的首选配件，尤其是高端汽车和大型、重型、豪华客车和卡车车轮，有逐渐取代铸造铝合金车轮的趋势。例如，美国铝业公司使用80mn锻造水压机生产的6061t6车轮具有相同的颗粒变形流向和应力方向，其强度、韧性和疲劳强度远高于铸造合金车轮，而重量减少20%，伸长率可达12%~16%。此外，它具有较高的减震和承压能力，并具有较强的抗冲击能力。

        此外，锻造铝轮密度高，无松动，针孔，表面无气孔，表面处理性能好。涂层均匀，结合力高，颜色和谐美观。锻造铝轮具有良好的加工性能。因此，锻造铝轮具有重量轻、强度高、韧性、耐疲劳、耐腐蚀、导热性好、加工方便、圆度好、耐冲击、使用安全、维护方便、使用成本低、节能、环保、美观耐用等特点，是汽车车轮等运输部件的理想材料，具有广阔的应用前景。

        (5)在能源和动力行业，铝锻件将逐渐取代一些钢锻件制造机架、护环、动环和不动环、煤炭运输车轮、液化天然气法兰、核电站燃料架等。，这些通常是大中型锻件。

        (6)船舶和船舶上使用铝锻件作为机架，动环和不动环、炮台架等。

        (7)在机械制造行业，目前主要用于制造机架、滑块、连杆、绞盘等。在木工机械和纺织机械中。中国每年只需要几万件，重1500多吨。

        (8)橡胶模具、鞋模等轻工模具均采用铝合金锻件制作。

        (9)在运输机械和火车机车工业中，铝合金锻件被广泛用作气缸、活塞和裙带。中国每年只消耗数万件锻件，如4032合金气缸和活塞裙。

        (10)其他方面，如电子通信、家用电器、文体器材等，也开始用铝锻代替钢、铜等材料的锻件。

结语

        （1）锻造生产是为各工业部门提供机械零件毛坯的重要途径之一，在国民经济的持续快速发展和国防军工现代化中发挥着重要作用。

        （2）由于铝合金锻件具有一系列优良的特点，其应用范围越来越广，市场潜力巨大，应用前景良好。特别是在制造飞机关键部件和汽车车轮方面具有广阔的应用前景。

        （3）锻造生产历史悠久，但发展速度相对较慢。近几十年来，铝合金锻造生产和技术在国外取得了重大进展，我国发展水平与国外仍存在较大差距，应尽快提高铝合金锻造生产工艺水平和工艺设备水平，建设若干60mn~800mn现代铝合金锻造液压机生产线，缩小与国外先进水平的差距，最大限度地满足国内外市场的需求，向铝锻压力大国。