試析鋁合金加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

張 燕，鄭汝寧

（昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650000）

熔鑄是鋁合金加工中的第一道工序，熔鑄技術(shù)水平的高低直接影響到鋁材的質(zhì)量。近幾年，我國(guó)的鋁型材行業(yè)快速發(fā)展，新產(chǎn)品、新用途和新工藝的鋁型材不斷出現(xiàn)，大大的推動(dòng)了國(guó)家的科技進(jìn)步與行業(yè)發(fā)展。鋁合金具有很好的塑性，便于塑性加工。同時(shí)，鋁合金還有過(guò)熱敏感性，在加工過(guò)程中需要控制好加熱的溫度。

1 鋁合金加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

鋁合金材料具有強(qiáng)度好、比重小、導(dǎo)熱性能好和耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于建筑工程、道路交通、航空航天和機(jī)械電子等領(lǐng)域。鋁合金在金屬材料的應(yīng)用中僅次于鋼鐵排名第二，鋁合金是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要材料，人們的生活與國(guó)家科技發(fā)展離不開(kāi)鋁合金。隨著鋁合金的社會(huì)需求量不斷增加，鋁合金加工技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，當(dāng)前的鋁合金加工技術(shù)具有以下發(fā)展特點(diǎn)。

（1）工藝裝備更新快。鋁合金的加工工藝設(shè)備更新?lián)Q代的時(shí)間比較快，在信息時(shí)代下，鋁合金的加工設(shè)備開(kāi)始往大型化、精密化、自動(dòng)化和緊湊化的方向發(fā)展。

（2）節(jié)能技術(shù)。國(guó)家堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展的道路，在發(fā)展工業(yè)的同時(shí)注重節(jié)能減排。在這種發(fā)展形勢(shì)下，鋁合金的加工技術(shù)不斷創(chuàng)新，開(kāi)始往節(jié)能降耗、高速高效和精簡(jiǎn)連續(xù)的方向發(fā)展。

（3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整。鋁加工企業(yè)重視工具和模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇，不斷改進(jìn)鋁加工工藝、熱處理工藝和表面處理工藝等。那些傳統(tǒng)的、低檔次的產(chǎn)品逐漸被淘汰，新型的高科技產(chǎn)品快速占據(jù)市場(chǎng)，滿足人們的物質(zhì)需求和文化需求。

（4）加工過(guò)程現(xiàn)代化管理。為了適應(yīng)市場(chǎng)的變化和社會(huì)發(fā)展，鋁加工企業(yè)對(duì)鋁合金加工生產(chǎn)的過(guò)程進(jìn)行調(diào)整，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化和現(xiàn)代化管理，制定科學(xué)的管理機(jī)制。重視科技創(chuàng)新與信息開(kāi)發(fā)[1]。

2 鋁合金加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）鋁合金材料的發(fā)展趨勢(shì)。鋁合金的材料種類(lèi)有上千種，常規(guī)使用的多達(dá)450種，很多新型的鋁合金還在研發(fā)階段。隨著科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和裝備工業(yè)的需要，人們對(duì)鋁合金材料提出了高強(qiáng)度、耐磨性、高韌性、耐疲勞、耐低溫、防火、防爆、可表面處理、可焊接等多項(xiàng)和綜合性能的要求。最具代表性的是為適應(yīng)航空航天器高機(jī)動(dòng)性、高載荷、高抗壓和高耐疲勞及高速與高可靠性的要求而研制的高強(qiáng)高韌鋁合金，高性能除應(yīng)用于航空航天工業(yè)外，交通運(yùn)輸?shù)牡罔F、輕軌、高速列車(chē)、重載煤車(chē)等，弱電的電子電容產(chǎn)品、精密機(jī)械制造以及滿足不同用途的功能膜材料，薄化及強(qiáng)化的包裝材料等都在輕量化、高性能、均質(zhì)性以及特殊功能方面有著越來(lái)越多的要求。

最適應(yīng)航空航天器的高強(qiáng)高韌鋁合金具有高載荷、高抗壓、高耐疲勞、高可靠性的特點(diǎn)，主要包括PM粉末冶金法制造的鋁合金、鋁基復(fù)合材料、SF噴射成型法制備的鋁合金、超塑性鋁合金等。

（2）熔鑄技術(shù)。鑄坯的質(zhì)量對(duì)鋁材的最終質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生很大的影響，在鋁合金加工中工作人員會(huì)使用新科技手段提高鋁合金鑄錠的冶金質(zhì)量。熔鑄技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要是：優(yōu)化鋁合金的化學(xué)成分、主要元素配比、微量元素的含量等，提高鋁錠的純度；優(yōu)化鋁熔體在線凈化處理技術(shù)，減少熔體匯總的氣體、夾雜物的含量；優(yōu)化變質(zhì)處理技術(shù)和細(xì)化處理技術(shù)，不斷完善AI-Ti-C、AI-Ti-B的細(xì)化工藝，改進(jìn)P、Na、Sr等變質(zhì)處理工藝；使用先進(jìn)的鑄造方法，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，節(jié)能降耗等等。①熔鑄設(shè)備。傳統(tǒng)的熔鑄設(shè)備追求大型、節(jié)能、高效和自動(dòng)化的發(fā)展方向，西方國(guó)家使用傾動(dòng)式靜置爐和大型頂開(kāi)圓形爐，實(shí)現(xiàn)了熔鋁爐裝料的完全機(jī)械化。熔煉爐燃燒系統(tǒng)使用快速切換蓄熱式燃燒技術(shù)，也稱(chēng)“第二代再生燃燒技術(shù)”，采用迅速頻繁切換、機(jī)械性能可靠的四通換向閥，采用的蜂窩型蓄熱體維護(hù)簡(jiǎn)單可靠、壓力損失小。使用計(jì)算機(jī)控制熔鑄生產(chǎn)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)熔鑄自動(dòng)化生產(chǎn)是目前熔鑄技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[2]。

②晶粒細(xì)化。在鋁液中加入晶粒細(xì)化劑，改變鑄錠的組織。晶粒細(xì)化的方式較多，目前使用最廣泛的是二元合金AI-4Ti和三元合金AI-Ti-B。國(guó)外常將細(xì)化劑做成棍棒形，加入到鑄造流槽中能夠提升細(xì)化效果，常用產(chǎn)品有AI-3Ti-1B、AI-6Ti等。

（3）軋制技術(shù)。鋁合金板、箔材的產(chǎn)量占鋁加工材料總產(chǎn)量的60%左右，鋁材的用途十分廣泛，軋制技術(shù)也有了新的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段的熱軋機(jī)開(kāi)始向大型化、自動(dòng)化和精密化的方向發(fā)生，二人轉(zhuǎn)的老式軋制將被淘汰，熱粗軋+熱精軋的生產(chǎn)方式在鋁材加工中應(yīng)用較為廣泛。美國(guó)研制出的那臺(tái)高速薄壁連鑄軋機(jī)組能夠生產(chǎn)厚度為2mm、寬2000mm的連鑄軋板材，可以直接供給鋁箔毛料，也可以是易拉罐的毛坯料。1+3、1+5的熱連軋生產(chǎn)方式大大的提高了生產(chǎn)的效率與鋁產(chǎn)品質(zhì)量。連鑄軋開(kāi)始向高速、高精、超寬、薄壁的方向發(fā)展。冷軋向高速、寬幅、高精和自動(dòng)化的方向發(fā)展，冷連軋技術(shù)大幅度的提高了生產(chǎn)效率。鋁箔軋制向更寬。更薄、更精的方向發(fā)展，噴霧成形的方式在鋁箔生產(chǎn)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

（4）鍛壓技術(shù)。鍛壓液壓機(jī)開(kāi)始往大型化和精密化的方向發(fā)展，鍛壓技術(shù)主要生產(chǎn)重要受力結(jié)構(gòu)件，鋁合金模鍛間的品種較多、批量小、模具成本高，目前有多家企業(yè)使用數(shù)控加工的方法代替大型模鍛件。我國(guó)的300MN、美國(guó)的450MN、法國(guó)的650MN、俄羅斯的750MN都屬于重型鍛壓水壓機(jī)，最大的模鍛件能夠達(dá)到3.5m2，最大重量在1.5t以上。多向模鍛、精密模鍛和等溫模鍛等新工藝成為鍛壓技術(shù)的發(fā)展方向。

（5）擠壓技術(shù)。鋁合金擠壓型材的用途較廣，在新技術(shù)不斷創(chuàng)新的發(fā)展中鋁合金擠壓型材開(kāi)始網(wǎng)大型化、薄壁化、扁寬化、自動(dòng)化、復(fù)雜化、高質(zhì)量和高效率等方面發(fā)展。350MN歷史反向擠壓機(jī)是世界上最大的擠壓機(jī)，能夠生產(chǎn)直徑為1500mm的管材，80MN的擠壓機(jī)可以生產(chǎn)大型、扁寬和薄壁的空心/實(shí)心型材，多坯料擠壓、半固態(tài)擠壓和連續(xù)擠壓的新技術(shù)不斷被應(yīng)用到生產(chǎn)中，提高了鋁合金生產(chǎn)制造的自動(dòng)化水平。

（6）質(zhì)量檢測(cè)。要想提高鋁合金產(chǎn)品的質(zhì)量，需要在企業(yè)中建立質(zhì)量保證體系，將新研發(fā)出來(lái)的新產(chǎn)品、新工藝和新技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，保證鋁合金產(chǎn)品的形位精度、化學(xué)成分、內(nèi)部組織、力學(xué)性能和表面質(zhì)量等能夠達(dá)到技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的變革下，很多企業(yè)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)型。先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備不斷被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，我國(guó)的鋁產(chǎn)業(yè)從最初的電解鋁冶煉進(jìn)入到精深加工階段中，鋁合金加工技術(shù)越來(lái)越嫻熟，鋁型材行業(yè)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，國(guó)家對(duì)工業(yè)生產(chǎn)提出了節(jié)能、環(huán)保、高效、安全的新要求，使用先進(jìn)的技術(shù)達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。我國(guó)的鋁合金加工行業(yè)面臨著新一輪的改革，鋁作為一種可再生能源，是一種綜合性選擇的最佳材料之一，再生節(jié)能效果好。目前，我國(guó)的鋁加工企業(yè)開(kāi)始網(wǎng)大型化、集團(tuán)化、規(guī)?；F(xiàn)代化和國(guó)際化方向發(fā)展，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)不斷調(diào)整，鋁加工技術(shù)呈現(xiàn)出高效、節(jié)能、自動(dòng)化、高精度發(fā)展趨勢(shì)。

[1]黃亮.溫度對(duì)鋁合金加工技術(shù)的影響分析[J].硅谷,2013,(14):45-45,49.

[2]方靜.淺談溫度對(duì)鋁合金加工技術(shù)的影響[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2013,(22):57-57.