铝工业展览会|浅谈铝合金锻造行业发展的必然趋势
当前，铝作为能源富集性产业，虽然受能耗双控影响，一些地区的铝生产有所削减，但整体还是呈上升趋势。铝工业展览会小编觉得，铝产量的上升，与铝合金的应用广泛性功不可没，与钢铁材料相比，铝合金优势多，是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。工业经济的飞速发展，对铝合金锻造工艺等方面的要求也逐步升高。
01、铝工业展览会浅谈铝合金锻造在国民经济中的重要地位
锻压生产是向各个工业行业提供机械零件毛坯的主要途径之一。锻压生产的优越性在于：它不但获得机械零件的形状，而且能改善材料的内部组织，提高力学性能。一般来讲，对于受力大、力学性能要求高的重要机械零件，多数采用锻压方法来制造。铝合金由于比重小、比强度、比刚度高等一系列优点，已大量使用在各个工业部门，铝合金锻压件已成为各个工业部门机械零件必不可少的材料。凡是用低碳钢可以锻出的各种锻件，都可以用铝合金锻造出来。铝合金可以在锻锤、机械压力机、液压机、顶锻机、扩孔机等各种锻造设备上锻造，可以自由锻、模锻、轧锻、顶锻、辊锻和扩孔。
一般来说，尺寸小、形状简单、偏差要求不严的铝锻件，可以很容易地在锤上锻造出来，但是对于规格大、要求剧烈变形的铝锻件，则宜选用水（液）压机来锻造。对于大型复杂的整体结构的铝锻件则非采用大型模锻液压机来生产不可。对于大型精密环形件则宜用精密轧环机轧锻。特别是近十年来，随着科学技术的进步和国民经济的发展，对材料提出越来越高的要求，迫使铝合金锻件向大型整体化、高强高韧化、复杂精密化的方向发展，大大促进了大中型液压机和锻环机的发展。
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。
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，在国际国内市场均存在巨大需求。因此，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。
02、铝工业展览会浅谈铝合金锻件的特性
A密度小，只有钢锻件的34%，铜锻件的30%，是轻量化的理想材料。
B强度大、比刚度大、比弹性模量大、疲劳强度高，宜用于轻量化要求高的关键受力部件，其综合性能远远高于其它材料。
C内部组织细密、均匀、无缺陷，其可靠性远远高于铝合金铸件和压铸件，也高于其它材料铸件。
D铝合金的塑性好，可加工成各种形状复杂的高精度锻件，机械加工余量小，仅为铝合金拉伸厚板加工余量的20%左右，大大节省工时和成本。
E铝锻件具有良好的耐蚀性、导热性和非磁性；表面光洁、美观，表面处理性能良好，美观耐用。
变形铝合金可锻性分析
可锻性定义和衡量指标：
（1）铝合金可锻性定义。铝合金可锻性（流动性）是指铝合金在外力作用下充填模具型槽的能力。可锻性高，即坯料充填模具型槽能力强。
（2）可锻性衡量指标。可锻性常用金属的塑性和变形抗力综合衡量，塑性越高，变形抗力越小，则可锻性越好。可锻性取决于铝合金本质（塑性和强度极限）和加工条件。可锻性是衡量金属通过塑性加工获得优良零件的难易程度的工艺性能指标。
铝合金可锻性特点：铝合金可锻性特点是指与碳钢和低合金结构钢可锻性比较而言。
铝合金高温变形抗力特点：
①各种铝合金高温变形抗力相差大。铝合金变形抗力（也称流动应力）随成分不同而有明显改变，一些低强度铝合金和中等强度铝合金，如6000系铝合金高温变形抗力较低，而高强度铝合金尤其是Al-Zn-Mg-Cu铝合金，如7000系铝合金高温变形抗力较高。如锻铝2A50铝合金500℃强度极限20MPa，而硬铝2A12铝合金500℃强度极限40 MPa，两者相差两倍，即所需锻造变形载荷相差约2倍。
②多数常用变形铝合金室温变形抗力比碳钢低，但其高温变形抗力有三种：比碳钢低，与碳钢相当，还有比碳钢高。
③铝合金变形抗力对温度很敏感（随温度增加或降低变化迅速）：随温度下降，其高温变形抗力增长迅速，比碳钢快。由表1和表2比较可知，高温强度极限增长速度比碳钢和低合金结构钢迅速，碳钢和低合金结构钢温度下降100℃，强度极限约增加50％，而铝合金温度下降50℃，强度极限约增加50％～300％。所以铝合金，尤其合金化程度高的铝合金不能在温度低的工况下终锻，故铝合金锻造温度范围窄，操作应迅速。铝合金模锻生产时的变形抗力决定其材料本身强度极限、加工条件以及锻件的复杂程度。
03、铝工业展览会浅谈铝合金锻压生产技术与发展水平
国外：
锻件生产是一个很古老的行业，但铝合金锻件的大量生产应用是从1950年代开始的。经过几十年的现代化改造，无论在工业装备上，模具设计和制造上，生产工艺和技术上，还是在产品品种规格、生产规模和质量等方面都得到飞速发展，尤其是美国、俄国、德国、日本、法国、意大利、捷克、奥地利、瑞士等国的锻压生产的发展达到了相当高的水平。
目前，全世界有锻压厂上千家，锻压机数千台，年产锻件近500万吨/年，其中，铝合金模锻件30万吨/年左右（年消耗近50万吨/年）。全球有大小水（液）压机500余台，其中100MN以上的大型水（液）压机10余台。300MN以上的重型锻压机的分布情况是：俄国4台。其中一台是750MN，为世界之最；美国5台（其中包括2台450MN）；法国1台，为650MN；德国2台；中国1台（中国正在建设和制造450MN和800MN巨型模锻液压机）；罗马尼亚1台；英国1台。这些大型水（液）压机的主要特点是结构紧凑、功能多、自动化程度高、配备有操作机和快速换模装置、平面配置合理、有利于连续作业、生产效率高。
此外随着铝合金模锻件大型化、精密化程度提高，大型精密多向模锻液压机日益受到重视，各国已拥有多台大型多向模压液压机，其中美国3台，最大为300MN；法国1台为650MN；英国1台为300MN；中国1台为100MN，俄国2台为200MN和500MN；德国1台为350MN。多向模锻机属于精密锻压设备，配备了PLC系统和计算机控制系统，可对能量、行程、压力、速度进行自动调节，对关键部件最佳工作点进行控制，对各项工作状态进行监控和显示，对系统故障、设备过载、过温和失控等进行预报和保护，对制品质量进行控制。有的还包括有偏移检测、同步系统、工作台和机架变形补偿、磁包存储器、集成电路、光纤通讯、彩色屏等，可实现全机或全机列，甚至整个车间的自动控制与科学管理。
除此以外为了生产各种规格和品种的大、中型精密锻件，各国还装配了各种型号的精锻机，50吨以上的大型锻锤、平锻机及Φ5～Φ12ｍ的大型精密轧环机，如美国的Φ12M、俄国的Φ10M精密轧环机，中国也装备了多台Φ5M的精密轧环机。
在铝及铝合金锻件技术方向研制开发出了大量的锻压新工艺、新技术，如液体模锻、半固态模锻、等温锻造、粉末锻造、多向锻造、无斜度精密模锻、分部模锻、包套模锻等，对简化工艺、减少工序、节省能耗、扩大品质、增加规格、提高质量和生产效率、保护环境、降低劳动强度、提高经济效益等方面发挥了重大作用。专用的计算机软件对控制锻造温度、锻压力、变形程度（欠压力）和工艺润滑等主要工艺参数，控制制品尺寸和内部组织、力学性能等提供了可靠的保证。
模锻的设计与制造是铝合金锻压技术的关键，锻件CAD/CAM/CAE系统已十分成熟和普及，在美国，CAD/CAM/CAE系统正被CIM（计算机一体化）所代替。CIM包括成套技术、计算机技术、CAD/CAM/CAE技术、机器人、专家系统、加工计划、控制系统以及自动材料处理等，为模锻件的优化设计和工艺改进提供了条件。如汽车工业上，对前梁、羊角、轮毂、曲轴等零件进行设计和工艺过程优化，可使优化设计后的羊角减重15%，轮毂减重30%，曲轴减重20%，而且大大提高生产效率，降低能耗。
在产品品种和质量上获得了突破性进展，目前世界上研制开发的锻造铝合金有上百种，十几个状态，可大批量生产不同合金、不同状态、不同性能、不同功能、各种形状、各种规格、各种用途的铝合金锻件，规模在30000吨/年以上的大型企业已有十来家。目前世界上可生产的铝合金模锻件的最大投影面积达5m2（750MN），最长的铝锻件达15m，最重的铝锻件达1.5吨，最大的锻环直径达11.5m，基本上可满足最大的飞机、飞船、火箭、导弹、卫星、航艇、航母以及发电设备、起重设备等的需要。产品的内部组织、力学性能和尺寸精度也能满足各种用户要求，在产品开发上达到了相当高的水平。
由于近年来，除中国正在建设450MN和800MN巨型模锻机外，世界各国在大、中型锻压机的新建和改造方面力度不大，因此，总的来说，世界铝合金锻件的生产尚不能满足交通运输轻量化对铝锻件的需求，有必要新建若干条现代化的大、中型铝锻压生产线。
国内：
锻压生产在我国有悠久的历史，3300多年以前的殷墟文化早期，锻压已用于兵器生产。解放前，锻压生产十分落后。解放后，锻压生产迅速发展，180MN以下的自由锻水压机、300MN模锻水压机、160KN以下的模锻锤、16000KN以下的摩擦压力机、8000KN以下的热模锻压机已成系列装备了各锻压厂。
但到目前为止，我国铝加工企业仅有300MN、100MN、60MN、50MN、30MN10台大、中型铝锻压水（液）压机和1台100MN多向模压水压机及Φ5m轧环机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2.5 m2（铝合金）及1.5 m2（钛合金），最大长度为7m，最大宽度为3.5m，锻环最大直径Φ6m，以及盘径为Φ534mm～Φ730mm的铝合金绞线盘和Φ650mm左右的汽车轮箍。产品品种相对较少，例如工业发达国家的模锻件已占全部锻件的80%左右，我国只占30%左右。国外模锻件的设计、模具制造方面已引入计算机技术、模锻CAD/CAM/CAE和模锻过程仿真已进入实用化阶段，而我国很多锻压厂在这方面才刚刚起步。工艺装备的自动化水平和工艺技术水平也相对落后。
据以上分析可知，目前我国铝合金锻压工业，无论在技术装备上、模具设计与制造上、产品产量与规模上、生产效率与批量化生产上、产品质量与效益等方面都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，更跟不上交通运输（如飞机、汽车、高速火车、轮船等）轻量化要求以铝锻件代替钢锻件的步伐。
为此，我国应集中人力、物力和财力，尽快提高我国铝合金锻压生产的工艺装备水平和生产工艺水平，并尽快新建若干条大中型现代化铝合金锻压液压机生产线，以尽快缩小与国外先进水平的差距，最大程度地满足国内外市场的需求。可喜的是，随着我国大飞机项目及航母以及其他大型重点项目的实施，正在建造200MN重型卧式挤压机和450MN和800MN巨型立式模锻液压机，向世界铝合金锻压大国和强国迈进。
04、铝工业展览会浅谈铝合金锻件的产销情况
由于铝及铝合金锻件具有以上一系列的优越性，在航空航天、汽车、船舶、交通运输、兵器、电讯等工业部门备受青睐，应用范围越来越广泛。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年上升到18%左右，目前，世界上消耗锻件450万吨左右，其中铝锻件占了80万吨/年左右；钛锻件和高温合金锻件大约占1.5%（即1.8万吨/年左右）；钢锻件依然占绝大多数。
从铝加工工业的角度来看，目前全世界的铝产量（包括再生铝）为5000万吨/年左右，其中85%要变成加工材，即目前世界上加工材年产量为4000万吨左右，其中板、带、箔材占57%左右，挤压材占38%左右。铝合金锻造材由于成本较高，生产技术难度较大，仅在特别重要的受力部位才应用，所占比重不大。但是，铝锻造材是增长速度最快的铝材，近十多年来，由于军工和民用工业，特别是交通运输业现代化和轻量化的需要，以铝代钢的要求十分迫切，因而，铝锻件的品种和应用都得到了迅猛的增长。其在铝材中的比例已由1985年的0.5%增加到了2009年的2.5%，即80万吨/年左右。
为了满足军工和民用各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、物力和财力发展铝锻压生产，设计和制造各种锻压设备，特别是大中型水（液）压锻压机。但是由于锻压设备比较贵，制造周期长，锻件生产技术也比较复杂，因而很难满足市场需要。目前世界上铝锻件的生产能力大约为80万吨/年左右，不能满足消费量100万吨/年的需求。中国由于大、重型水（液）压锻造设备少，生产能力低，远远不能满足工业部门对铝锻压件的需求，年缺口量在4.0万吨以上。到2015年，由于我国的汽车、飞机、船舶及交通运输和机械制造业的大量增加，铝锻件的年消耗量可能达到8万吨/年以上。
市场需求及应用前景分析
由以上分析，铝及铝合金锻件的主要用于要求轻量化程度大的工业部门，根据当前各国的应用情况，主要的市场分布如下。
（1）航空（飞机）锻件：飞机上的锻件占飞机材料重量的70%左右，如起落架、框架、肋条、发动机部件、动环和不动环等，一架飞机上所用的锻件上千种，其中除了少数高温部件使用高温合金和钛合金锻件外，绝大部分已铝化，如美国波音公司，年产飞机上千架，年需消耗铝合金锻件数万吨。我国歼击机等军用飞机和民用飞机也在飞速发展，特别是大飞机项目的启动及航母等大项重点项目的实施，需要消耗的铝锻件也会逐年增加。
（2）航天锻件：航天器上的锻件主要是锻环、轮圈、翼梁和机座等，绝大部分为铝锻件，只要少数钛锻件。宇宙飞船、火箭、导弹、卫星等的发展对铝锻件的需求日益俱增。如近年来，我国研制的超远程导弹用AL-Li合金壳体锻件，每件重达300多公斤，价值几十万元。Φ1.5～Φ6mm的各类铝合金锻环的用量也越来越大。
（3）兵器工业：如坦克、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力件的数量大大增加，基本代替了钢锻件。特别是铝合金坦克负重轮等重要锻件已成了兵器器械轻量化、现代化的重要材料。
（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。主要作为轮毂（特别重型汽车和大中型客车）、保险杠、底座大梁和其它一些小型铝锻件，其中铝轮毂是使用量最大的铝锻件，主要用于大客车、卡车和重型汽车上。近年来，在中小型汽车、摩托车和高级轿车上也开始使用。据统计，世界上几年来铝轮毂的用量的年增长速度达20%以上，目前的使用量达数十亿个。
（5）能源动力工业上，铝锻件会逐渐代替某些钢锻件制作机架、护环、动环和不动环以及煤炭运输车轮、液化天然气法兰盘、核电站燃料架等，一般都是大中型锻件。
（6）船舶和舰艇上使用铝锻件作为机架、动环和不动环、炮台架等。
（7）在机械制造业上，目前主要用于制作木工机械、纺织机械等中的机架、滑块、连杆及绞线盘等，仅纺织机用绞线盘铝锻件，我国每年就需要数万件，重1500多吨。
（8）模具工业上用铝合金锻件制作橡胶模具，鞋模具及其它轻工模具。
（9）在运输机械、火车机车工业上，铝合金锻件大量用作气缸、活塞裙带等。仅国内每年消耗的4032合金的气缸和活塞裙等锻件达数万件。
（10）其它方面，如电子通讯、家用电器、文体器材等方面也开始使用铝锻件替代钢、铜等材料的锻件。
05、铝工业展览会浅谈铝合金锻件的发展趋势
（1）铝合金锻件在国际上是一种发展趋势。因为汽车轻量化具有重要意义（降低油耗，减少环境污染），欧美日汽车巨头都纷纷投入大量人力、财力研究降低汽车重量，采用铝合金代替钢材制作部分零件。例如，日本对铝合金研发投入巨大人力和物力，2009年日本铝合金锻件产量30459t，占模锻件总量2.7%，本田汽车公司2004年10月发表战略报告中指出，每辆轿车将使用200kg铝合金零件（约占轿车总重量20%），其中40kg是铝锻件。
铝合金锻件在国际上是一种发展趋势，大多数锻件用于汽车车桥、底盘构件，例如铝合金轮毂和铝控制臂。据统计，铝锻件在世界锻件总量中的占比由1985年的0.5%上升到2002年15%。随着节能环保的发展，今后铝合金锻件必将有很大发展。
（2）铝合金锻件发展迅速。近年来，汽车用铝合金锻件获得快速发展，由于全球气候变暖，能源紧张。另外，消费者要求乘车舒适，操控灵活，这些都对汽车工业提出严峻挑战，加快汽车工业轻量化发展（轿车重量减轻10%，油耗降低8％～10%）。根据会议资料介绍，美国每辆轿车铝合金使用量（锻件、冲压件）达到36.3%，欧洲和日本每辆轿车铝合金使用量超过自重15%以上，而国产轿车上铝合金使用量较少。专家预测，今后将有越来越多铝合金锻件替代钢质锻件。另外，高速列车轻量化也促使采用铝合金零件，例如，某锻造企业就生产高速列车7075高强度铝合金锻件。
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文章来源：铝高端制造