鋁合金應用于起重機械關鍵技術研究

吳亢（浙江省質量技術監(jiān)督局，浙江 杭州 310013）

鋁合金應用于起重機械關鍵技術研究

吳亢（浙江省質量技術監(jiān)督局，浙江 杭州 310013）

起重機械是一種大型機電設備，是特種設備中的一種，其主要作用是實現(xiàn)對重物的升降、水平移動和垂直升降，一般起重機械的額定起重重量要超過1噸。隨著我國科技與經(jīng)濟的發(fā)展，起重機械應用范圍更為廣泛，在車間、工地、碼頭等場所隨處可見。起重機械因其在跨間內裝卸和搬運物料過程中起到巨大作用，越來越受重視，關于起重機械本身應用材料的研究也越來越深入。鋁合金材料是近幾年發(fā)展最為迅速的材料，其具有耐腐蝕、斷裂韌性、疲勞強度高等很多優(yōu)點。目前，起重機械關鍵部分開始應用鋁合金材料，在使用過程中性能突出。鋁合金作為一種新型的高性能材料，會在起重機械應用越來越廣泛。

鋁合金；起重機械；應用研究

起重機械種類繁多，而且結構各異。隨著我國基礎設施大量建設，起重機械發(fā)揮重要的作用，應用越來越廣泛。傳統(tǒng)的起重機械中都是采用鋼鐵做原料，其應用場所受限，隨著對機械設施不斷的改進和創(chuàng)新，新材料的不斷應用，起重機械材料的可選性也越來越多。鋁合金材料具有良好的可成型性、可焊接性、可機加工性等諸多優(yōu)點，鋁合金材料在起重機械中應用正在逐步鋪開。

1 鋁合金

鋁是地殼中分布最廣的金屬元素,具有非常高的塑性，具有易于加工、抗腐蝕性能好的優(yōu)點。鋁合金質輕還能具有較高的強度，σb值分別可達24-60kgf/mm2。是一種理想結構材料，因此鋁合金廣泛用于輕量化設計，尤其在機械制造、運輸機械、工程機械等方面。

鋁合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類，其中形變鋁合金能承受壓力進行加工，可加工成各種各樣的鋁合金材，通過熱處理來提高機械性能，性能優(yōu)越；鑄造鋁合金主要鑄態(tài)下使用，鑄造性能優(yōu)越。

合金元素不同對鋁合金性能影響也不同：（1）1000系列（高純鋁）：含鋁量99%以上，加工性好，耐蝕性強，強度低，應用如熱交換器。（2）2000系列（硬鋁）：Al-Cu或Al-Cu-Mg系合金，銅是主要合金元素，強度高，主要用作力學結構材料，如飛機、航天器。（3）3000系列：Al-Mn、Al-Mn-Mg系合金，錳是主要合金元素，加工性好，耐蝕性高，應用如廚房用品。（4）4000系列（特殊鋁）：Al-Si系合金，硅是主要合金元素，深拉性能好，耐蝕性高。應用如燈泡頭。（5）5000系列（防銹鋁）：Al-Mg、Al-Mg-Mn系合金，鎂是主要合金元素，最典型的中等強度合金鎂，具有良好的焊接性和耐腐蝕性,應用廣泛如車輛、建筑材料。（6）6000系列（鍛造鋁）；Al-Mg-Si系合金，硅和鎂是主要合金元素是可熱處理合金,中等強度,具有非常好的成形性和耐腐蝕性,廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。（7）7000系列：Al-Zn-Mg、Al-Zn-Mg-Cu系合金，鋅是最主合金元素，主要特點焊接性能優(yōu)良，強度高。應用于航空結構與體育器材。

2 鋁合金在起重機械應用

2.1 起重機械選鋁合金的原因

起重設備經(jīng)常在工作環(huán)境惡劣的地方使用，如潮濕的地方、太陽暴曬的地方，有化學污染的地方，還有起重機械有些地方需要復雜的形狀，用鋼做材料會遇到諸多問題，用鋁合金做材料就能達到部分鋼材達不到的效果，鋁合金相對于鋼材有如下優(yōu)點：

2.1.1 耐腐蝕性強，基本不需要特別維護。鋁合金在空氣下會生成一層氧化膜，該氧化膜的存在能防止鋁合金被腐蝕。相對于鋼鐵易生銹的特點，鋁合金特別適合應用于腐蝕性施工環(huán)境中，尤其在我國北方地區(qū)，鋁合金非常適用，使用鋁合金材料，可以延長機械使用的壽命。

2.1.2 比強度高。相比較鋼材，鋁合金的密度要小的多，約為2．79，而鋁合金強度甚至超過了碳素鋼，有利于起重機械的輕量化發(fā)展。

2.1.3 重量輕。密度小，重量輕，正因為如此，用鋁合金作為結構材料使用，能夠降低工人勞動強度，減少建筑施工時間，鋁合金在制造加工過程中更簡單，有利于提高起重機械的生產(chǎn)效率，降低成本。

2.1.4 鋁合金外表美觀、很適合用于裝飾，而且鋁合金清潔環(huán)保、可回收再利用，性價比高，起重機械與工作環(huán)境更加協(xié)調，而且起重機械報廢時有回收利用價值。

2.1.5 跟鋼材比較，鋁合金最大的優(yōu)勢在于其更易擠壓成型，對于工藝復雜的件，可以成型，從而能夠得到良好的構件截面，有利于起重機械的多樣化。

2.1.6 鋁合金沒有磁性，可應用于有特殊條件要求的場合，尤其是起重機械搬運鐵屑之類物品，用鋁合金更好。

2.1.7 吸音性好，且耐低溫，降低起重機械使用噪音。

2.2 鋁合金在起重機械的應用中仍然有不足之處

2.2.1 易變形且穩(wěn)定性較低。這是由鋁合金本身特性決定的，鋁合金彈性模量相對較低約為70GPa，容易在一定條件下會扭曲變形，影響起重設備搬運重量大的物體。

2.2.2 價格相對較高。市場上，鋁合金型材的價格差不多是鋼材價格的7-10倍，雖說鋁合金密度小，但鋁合金相對價格比鋼材貴了3倍左右，因此，市面上的鋁合金起重機價格要比普通起重機高。

2.2.3 抗疲勞效果不如鋼材，另外焊接性能不如鋼材。

2.2.4 對溫度非常的敏感。鋁合金的線膨脹系數(shù)約是鋼材的2倍，鋁合金對周圍溫度的變化要敏感許多，在溫差變化大的環(huán)境下，鋁合金起重機不適用。

3 起重機械應用鋁合金的實例

特殊地方的軌道用鋁合金材料，近年來AMB高強度鋁合金軌道系統(tǒng)已應用于實際生產(chǎn)中，如圖1是ambesco安倍斯科品牌的產(chǎn)品，為領先創(chuàng)新的物料搬運設備與技術進而開發(fā)的物料輸送軌道系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)物料的空中線性輸送，并且滿足不同行業(yè)的不同物料在不同工位的搬運需求，該鋁合金軌道系統(tǒng)強度高、操作輕松、安全、健康的工作環(huán)境，比鋼鐵軌道更有優(yōu)勢。

圖1

鋁合金在手扳葫蘆應用，日本IVAGAKI鋁合金手扳葫蘆是手動工具的先鋒，手扳葫蘆主要材質為鋁合金，不僅輕巧耐用，且又美觀大方，尤其是在沒電源和空間狹窄的環(huán)境下更能凸顯出它獨特的優(yōu)勢，鋁合金材料的繩磨損率低，特殊鋁合金高耐磨，抗腐蝕，材料變形小，適用于工廠、礦山、建筑工地碼頭、運輸?shù)雀鞣N場合。使用壽命長，使用安全可靠，相對于鋼材，鋁合金應用越來越多，尤其是技術發(fā)達的國家，鋁合金材料應用率越來越多。

還有專門的鋁合金升降機，其采用高強度優(yōu)質鋁合金材料，具有造型美觀、體積小、重量輕、運轉靈活，推行方便。升降平穩(wěn)、安全可靠等優(yōu)點。它外觀輕盈，能在極小的空間內發(fā)揮最高的舉升能力。廣泛用于工廠、賓館、餐廳、車站、影劇院、展覽館等場所，是保養(yǎng)機具、油漆裝修、調換燈具、電器、清潔保養(yǎng)等用途的最佳起升設備，舉升機構采用高強度錳鋼合金鉅形管制作。

4 結語

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，起重機械在現(xiàn)在社會生產(chǎn)和建設活動中起到越來越重要的作用，新時期對起重機械有了更高的要求，對節(jié)能、環(huán)保、安全提出了新要求。靈活性、輕量化、節(jié)能性是未來起重機械發(fā)展方向。鋁合金可再生利用，安全、環(huán)保，質輕，加工的相對簡易。鋁合金在起重機械中的應用會越來越廣泛，越來越重要。

[1]陳寶春,楊亞林，孫潮.鋁橋的應用與發(fā)展[J].世界橋梁，2004(2):68-70,77.

[2]陳奇芳.鋁合金在建筑結構工程中的應用[J].中國新技術新產(chǎn)品,2010(24):112-113.