一、熔鑄技術
熔煉和鑄錠生產是鋁合金壓力加工生產過程中首要的、不可少的組成部分，它不僅給壓力加工部門提供所必需的鑄錠，而且鑄錠在很大程度上影響著加工過程的工藝性以和制品質量。熔鑄生產的主要任務就是提供符合加工要求的優質鑄錠。鑄錠成型方法及設備如下所述：鑄錠成型方法，隨著鋁生產發展的需要，不斷地在發展，現有幾十種以上的鑄錠成型方法。目前我國廣泛采用：塊式鐵模鑄錠法，連續及半連續鑄錠法，連續鑄軋等三種方法。
（一）塊式鐵模鑄錠
塊式鐵模（水冷模）鑄錠是目前我國小型鋁加工廠和鋁制品廠板材鑄錠的主要生產方法，約占板材鑄錠的2/3，其特點是：生產方便靈活，設備費少，利用余熱加工，省去銑面和加熱工序，各向異性小，深沖性能好，但鑄錠質量差，成材率低，勞動條件差。鋁合金常用的鑄鐵模有：對開的厚壁鐵模、對開的水冷漠，以水冷模最多。
（二）半連續鑄錠（DC）
半連續鑄錠特點：由于澆鑄過程是連續地、穩定地進行，允許用較低的鑄造溫度，并減少了液流的沖擊作用，從而減少了夾雜、氣孔和縮孔等缺陷，提高了成材率。缺點是由于鑄錠受強烈直接水冷，產生收縮，應力大，鑄錠裂紋傾向大。
半連續鑄錠設備：主要是半連續鑄造機，該機包括：鑄造平臺、升降臺、傳動裝置、鑄錠底座、水冷系統。
（三）連續鑄軋
連續鑄軋法的分類及特點：連續鑄軋法使液態金屬一次成坯或成材，簡化了生產過程，減少了大量的設備投資和來源消耗，鑄軋結合提高金屬組織的致密性，消除了縮孔、疏松，減少了偏析等缺陷，省去切頭切尾，提高了成材率。按鑄軋的生產方式和特點分以下三類：雙輥連續鑄軋法、輪帶式連續鑄軋法、雙帶式連鑄法。
1、雙輥式連續鑄軋法：在兩個旋轉輥的輥縫間，將液體金屬從一方澆入，從另一方連續鑄軋出板坯，因為金屬在兩輥之間既有結晶過程又有一定熱變形，所以稱之為雙輥鑄軋法。
2、雙輥鑄軋法：有下注式、傾斜式、水平式3種，3種鑄軋機組配置如圖1所示。
圖1 雙輥式連鑄生產方法示意圖
1－流槽；2－浮漂；3－前箱；4－供料嘴
3、雙動式連鑄法：金屬液通過兩條相互平行的無端帶間組成連續的結晶腔而凝固成坯的裝置，其種類如圖2a、圖2b、和圖2c所示。
圖2 雙動式連鑄法的連鑄機
1－美國Hazelett連鑄機；2－瑞士Alusuissell雙履式連鑄機；
3－美國Hunter－Dougles連鑄機
二、壓鑄技術
壓鑄是一種多快好省的先進技術，是美國人布魯斯于1838年發明的，至今已有150余年的歷史，由于壓鑄件具有質量輕、耐腐蝕、導熱、導電性能高等優點，廣泛應用于現代工業的各部門如汽車、精密儀器、電訊器材、醫療器械、日用五金、航空、航海和國防工業等。西南鋁加工廠壓鑄車間已裝備十幾臺各種規格的壓鑄機，生產各種型號的壓鑄件，現在正在生產汽車輪轂，外銷日本，就目前鋁加工發展趨勢來看壓鑄業是很有前途的。
（一）技術理論
壓力鑄造是利用高壓將溶融金屬壓入精密的模具型腔內，并在壓力下冷卻凝固成型，從而獲得高精度產品的一種鑄造方法。
與一般鑄造方法相比，壓鑄工藝具有以下特點：（1）生產速度快；（2）可獲得薄壁、質量輕、強度大、形狀復雜的制品及金屬組合件；（3）尺寸精度高、加工余量少；（4）產品表面質量好；（5）產品的合金種類一般為鋁鋅合金；（6）不適合小批量生產。
（二）壓鑄方法
1、真空壓鑄（GF）法：在壓射溶液前抽同模腔中的空氣，減少壓鑄時氣體的卷入，從而減少壓鑄件的含氣量及氣孔率，提高鑄件質量。
2、無孔壓鑄（DF）法：也稱作加氧保護壓鑄法，將氧氣充滿模腔，在壓鑄時氧與鋁發生反應成微小的氧化鋁顆粒從而阻止鑄件內形成氣孔。
3、層流填充壓鑄法：用比普通壓鑄法澆口截面積大4～10倍低速填充（1.5～1.6m/s）而使溶液以層流狀態流入模腔，由液流的前端排除模腔中的空氣，然后進行壓鑄的方法。
4、立式加壓鑄造法：是介于高壓凝固鑄造法和擠壓鑄造之間的一各鑄造加工方法，此主法主要是在壓鑄件凝固的全過程中保持一定時間所加壓力。
5、雙沖頭壓鑄（ARD）法：具有精密、快速、致密壓鑄法等特點，其優點為：減少廢品，提高密度、強度，質量均勻，可熱處理，焊接和烤漆等。
6、振動壓鑄法：用電動機帶動偏心軸而使安裝在型腔內的型芯產生往復運動，使壓入的金屬液在內腔壁上拋出，并在結晶過程中產生收縮，使芯和金屬液之間形成間隙，保證了模具壓潰性，從而使收縮變得容易。
7、卡爾壓鑄法：卡爾壓鑄法采用立式壓鑄機，壓模水平分型，有上下兩個沖頭，合模后下沖頭上升封閉澆鑄系統，注入金屬液后，上沖頭下壓，使下沖頭下移，金屬液流入型腔，鑄件凝固后上半型上升，上沖頭不動，當上沖頭上升時，鑄件完全退出壓模。該法具有以下優點：不易夾渣，熱量集中在壓室內損失小，不需過熱，減少飛邊，提高鑄模壽命。
8、半凝合壓鑄法：半凝合壓鑄法有兩種方法，一是液固兩相混合體可用漿液狀直接壓鑄，也稱半凝鑄造；二是預鑄成塊，在需要時再重新加熱到鑄造溫度后進行壓鑄，即熔融鑄造。
9、鋁及鋁合金熱室壓鑄：熱室壓鑄具有以下優點：壓室裝料時，空氣不與金屬液接觸；金屬液成分均勻，充分利用設備，生產率高，廢品率低。
（三）壓鑄工藝
壓鑄工藝過程如圖3所示。
圖3 壓鑄工藝過程流程圖
壓鑄工藝參數主要包括：鑄造溫度、模具溫度、脫具溫度、鑄造周期、鑄造壓力、澆口速度、填充時間。壓鑄技術設備以日本榮興社鋁壓鑄廠為例，其技術性能參見表1。
表1 日本榮興社壓鑄廠設備技術性能表
|
技術性能
|
35CT
|
100CT
|
150CT
|
350CT
|
500CT
|
|
鎖模力/kN
|
343
|
980
|
1470
|
3430
|
4900
|
|
合模時間/s
|
0.8
|
0.9
|
1.0
|
1.6
|
|
|
開模時間/s
|
0.6
|
0.8
|
0.9
|
1.3
|
|
|
壓射力/kN
|
34.3
|
112.7
|
152.9
|
323.4
|
480.2
|
|
沖頭直徑/mm
|
30，35，40
|
40，45，50
|
45，50，55
|
55，60，65
|
80
|
|
鑄造壓力/
MPa·cm－2
|
48.7，35.8，27.4
|
93.1，73.6，59.6
|
96.1，77.9，64.4
|
114.6，106.7，97.5
|
5.6
|
|
電機功率/kW
|
5.5
|
7.5
|
11
|
18.5
|
30
|
|
外形尺寸/mm
|
3400×1200×1800
|
3828×1165×1870
|
3800×1270×1900
|
3995×1295×2080
|
5000×1560×2560
|
|
設備總重/t
|
4
|
4.1
|
5
|
8.6
|
20
|
（四）壓鑄設備
壓鑄設備主要包括：（1）壓鑄機；（2）澆注裝置；（3）壓鑄工藝自動控制系統；（4）質量檢測系統；（5）壓鑄優化設計系統。
一套完整的壓鑄機包括：（1）主機部分：合模裝置、壓射裝置、鑄件頂出裝置；（2）輔助部分：供料裝置、鑄件取出裝置、脫模劑噴涂裝置；（3）溶化爐、保溫爐。
隨著壓鑄件應用范圍的不斷擴大，為滿足市場的需要，積極研究開發耐壓、耐磨蝕、易切削高強度以及特殊用途的鋁合金壓鑄工藝，是現代鋁合金壓鑄發展的方向。
三、板帶材軋制技術
在鋁及鋁合金板帶生產中，按板帶材生產厚度分類可以為厚板、中厚板、薄板三類。厚度大于或等于8.0mm的稱為厚板，中厚板厚度為5.0～7.0mm，厚度為0.3～4.0mm的稱為薄板。板帶材軋制按其生產方式分類有以下4種：按軋制溫度可分為熱軋、溫軋、冷軋；按熱軋方式可分為有錠軋制和無錠軋制；按冷軋制式可分為塊片式軋制和帶卷軋制；按軋機排列方式分為單機架軋制、半連續軋制和連續軋制，本文以軋制溫度分為熱軋和冷軋來論述板帶材軋制。
典型的三種板帶材軋制工藝流程如圖4、圖5和圖6所示。
圖4 用鐵模鑄錠軋制板帶材工藝流程
圖5 用半連續鑄錠軋制鋁合金板帶材常用工藝流程
圖6 典型的板帶材軋制工藝流程
工藝流程簡要說明：
（一）蝕洗
為消除銑面與鋸切后錠坯表面的乳濁液，油污殘留刨屑及表面擦傷等缺陷，對LY6、LY7、LY11、LY12、LY16、LD10等合金的錠坯、純鋁錠坯以及包鋁板都需蝕洗。
蝕洗工藝：堿洗－冷水洗－酸法（中和）－冷水洗－熱水洗。
（二）包鋁
為提高合金制品的抗蝕性能，在錠坯表面包上一定厚度的包鋁板，經熱軋后與基體焊合在一起。
（三）加熱
錠坯的加熱溫度根據合金選定。
（四）熱軋
塊式法生產采用二輥或三輥軋機，熱軋后板厚為4～6mm，帶式法生產板帶材采用單機架熱軋，軋后帶坯厚度為6～8mm；雙機架熱軋后帶坯厚度為2.5～5mm；半連續熱軋帶坯厚度為3～6mm。
在熱軋過程中，必須對一些重要項目進行控制，目前所能控制的項目如下：
1、軋制溫度：軋溫與熱處理條件相結合，決定結晶組織方向性等基本的材料特性。
2、表面質量：多數表面缺陷起因于熱軋工序，應當特別注意軋制油的選擇和管理，刷輥的控制與輥道的劃傷等。
（五）冷軋
現代鋁加工廠廣泛采用帶式法生產，所用軋機有單機架帶卷取裝置的可逆冷軋機和多機架半連續冷軋機，冷軋的重要控制項目為：板形控制，板厚控制及表面質量。
（六）精整
采用帶式法生產的帶卷，除成卷供應外，需在矯直前剪切成板材，剪切可在退火或冷作硬化狀態下進行，卷材邊部裂紋、鋸齒等缺陷需剪掉，板材精整矯直采用滾平壓光、多輥矯直和拉伸矯直。
（七）熱處理
鋁合金材料可采用退火、淬火以及時效進行熱處理。
四、型棒材擠壓
目前，鋁和鋁合金型、棒材品種近三萬種，大部分是用擠壓方法生產的，這主要是由于鋁和鋁合金型棒材規格品種繁多，尺寸表面質量要求嚴，批多量少等特點決定的。
擠壓方法的主要優點有：
（一）金屬在擠壓筒內處于三向壓力狀態，因而可充分發揮金屬塑性；
（二）能生產各種復雜斷面的實心和空心型材；
（三）對含有Mg、Mn、Cr、Zr等元素鋁合金來說，可獲得擠壓效應。
擠壓與軋制相比較，其產量低、成本高、成品率低、加工費用高。
典型的擠壓工藝流程如圖7所示。
圖7 典型擠壓工藝流程
現代生產方法中應用最廣泛的擠壓方法有：正向擠壓法、反向擠壓法，其他還有連續擠壓法、側向擠壓法、聯合擠壓法、靜液擠壓法以及由正向擠壓法發展起來的冷擠壓法、寬展擠壓法、潤滑擠壓法、扁擠壓筒擠壓法、異型擠壓法等。下面簡單介紹其中的幾種。
1、正向、反向擠壓法
正向擠壓法特點：擠壓時擠壓筒一端緊靠梁并且被模支承封死，擠壓軸在主柱塞力的作用下向前擠壓，迫使擠壓筒內金屬流出模孔。目前絕大多數型棒材都采用正向擠壓法生產。
反向擠壓法特點：現代專用的反向或反/正用擠壓機有雙擠壓軸，擠壓時模軸固定不動，擠壓筒緊靠擠壓軸，在主柱塞和擠壓筒柱塞力的作用下，擠壓軸和擠壓筒同步向前移動而模軸逐步進入擠壓筒進行反向擠壓，反向擠壓特別適合用于硬合金型棒材及要求精度高，組織細密的制品。
2、康福姆（CONFORM）連續擠壓法
康福姆連續擠壓是一種新的鋁合金連續擠壓法，其特點是利用送料輥和坯料之間的接觸摩擦力而產生擠壓力并同時將坯溫度提高到500℃左右。康福姆擠壓法的優點：可以一次成形，生產出尺寸小、壁薄的型材、管材、成品率高，一般可達98.5%，毛坯無需加熱，設備造價低，可以連續生產，生產效率高。缺點：目前只適應于尺寸小的和軟合金制品的生產，規格品種均受到限制，中國引進的康福姆連續擠壓機與卡斯特克斯連續擠壓鑄機簡明技術參數見表2。
表2 康福姆連續擠壓機與卡斯特克斯連續擠壓鑄機簡明技術參數
|
參 數
|
cnform連續擠壓機
|
Castex連續擠壓機
|
|
形 式
最大輪速/r·min－1
擠壓直徑/mm
驅動功率/kW
驅動方式
鋁桿坯最大直徑/mm
最大模圓直徑/mm 擴展靴
普通靴
鋁管最大直徑/mm 擴展靴
普通靴
（純鋁）最大產量/kg·h－1
6063合金
|
C300H
39
300
130
直流電機
15
90
50
50
30
600
600
|
C300H
20
300
130
直流電機
－
90
50
50
30
300
150
|
3、靜液擠壓法
擠壓筒中的鑄錠周圍充滿高壓機油，鑄錠在無摩擦的條件下擠壓。
各種管棒型材擠壓方法的應用情況見表3。
表3 各種擠壓方法的應用
|
擠壓方法
|
制品種類
|
所需設備特點
|
對擠壓工具要求
|
|
正向擠壓
|
棒材線料
普通型材
管格空心型材
階段變斷面
逐漸變斷面型材
壁板型材
|
普通型棒擠壓機
普通型棒擠壓機
普通型棒擠壓機
穿孔系統型棒擠壓機
普通型棒擠壓機
普通型棒擠壓機
普通型棒擠壓機
帶穿孔系統管棒擠壓機
|
普通擠壓工具
普通擠壓工具
舌形模組合模或隨動針
固定針
專用工具
專用工具
專用工具
專用工具
|
|
反擠壓法
|
管 材
棒 材
普通型材
壁板型材
|
帶有長行程擠壓筒型棒
帶有長行程擠壓筒
穿孔系統管棒擠壓機
專用反擠壓機
|
專用工具
專用工具
專用工具
專用工具
|
|
正反向聯合擠壓法
|
管 材
|
需穿孔系統管棒擠壓機
|
專用工具
|
五、管材生產
（一）生產方法及工藝流程
鋁及鋁合金管材可用熱擠壓、冷擠壓、冷軋制冷拉拔（包括盤管拉伸）冷彎、焊接。旋壓、康福姆擠壓等方法生產。
鋁及鋁合金管材的用途很廣，飛機、火箭上的導管，小型導彈殼體，原子反應堆中的軸棒套管，電訊雷達系統的導波管以及航空交通運輸中要求剛度大、質量輕的結構件都大量采用各種形狀的鋁及鋁合金管材。表4是常用的鋁及鋁合金管材技術標準名稱、代號、合金牌號及規格范圍。
表4 鋁及鋁合金管材
|
項 目
|
技術標準代號
|
合金牌號
|
規格范圍/mm
|
|
|
外 徑
|
壁 厚
|
|||
|
鋁及鋁合金薄壁管
|
YB611－66
|
L2、L3、L6、LE3、LE6、LE21、LE2、LY11、LY12
|
6～120
|
0.5～5.0
|
|
鋁及鋁合金厚壁管
|
YB612－66
|
L2、L3、L6、LE3、LE6、LE21、LE6、KD2、KY11、KY12、KC4
|
25～185
|
5.0～32.5
|
目前，鋁及鋁合金管材生產方法較多，比較有實用意義的方法及其優缺點見表5。
表5 鋁及鋁合金管材的主要生產方法
|
方 案
|
主要加工方法
|
適宜生產的管材品種
|
主要優缺點
|
|
1
|
熱擠壓法
|
厚壁管復雜斷面異形管
|
1、周期短，產品率高，所需投資少；
2、可以生產復雜斷面異形管的變斷面管；
3 、生產壁厚偏差和內外表面精度低
|
|
2
|
熱擠壓－拉砷
|
直徑較大且壁較厚的管、鋁合金等
|
1、設備投資少；
2、可以生產所有鋁合金管；
3、機械化程度差，需較多的勞動力
|
|
3
|
熱擠壓－冷軋－減徑拉伸
|
中小直徑的薄壁管
|
1、能生產所有鋁合金薄壁管；
2、冷變形量大；
3、設備復雜投資大；
4、機械化程度高
|
|
4
|
橫向熱軋－拉伸
|
軟合金管大直徑厚壁管
|
1、設備簡單，投資少；
2、生產小規格管材效率低，周期長；
3、機械化程度低，需較多勞動力
|
|
5
|
熱擠壓、鑄造空心毛坯－橫向旋壓
|
特大直徑厚壁管
|
1、設備簡單，制造容易；
2、能生產特大直徑薄壁管；
3、生產效率低，產品質量波動大
|
|
6
|
冷擠壓
|
薄壁管
|
1、設備少，生產效率高；
2、生產周期短，成品率高；
3、對工具材料要求高，工具損耗大
|
|
7
|
焊接－減徑拉伸
|
直徑較大的管材
|
1、生產效率高，成本低；
2、適于生產中等直徑以上管材；
3、管子有縫；
4、消除內表面焊刺較困難
|
管材生產的工藝流程如圖8、圖9和圖10所示。
圖8 熱擠壓生產工藝流程
圖9 熱擠壓－拉伸生產工藝流程
圖10 熱擠壓－冷軋制－減徑拉伸
（二）擠壓工具和設備
擠壓工具和設備有：
1、擠壓模：擠壓管材所采用的模子主要有錐形模和組合模。
2、擠壓針：擠壓針的基本類型有兩種：固定在沒有獨立穿孔系統擠壓機軸上的隨動針，固定在有獨立穿孔系統擠壓機的針支承上的瓶口狀針或圓柱形針－固定針。
3、擠壓墊片。
4、沖頭。
（三）冷擠壓
這種方法對生產工序復雜的鋁合金薄壁管及難變形材料具有重大技術和經濟效益，它是根據金屬塑性變形原理，在相當大的壓力和較高速度下，迫使冷態金屬在模腔內塑性變形，并一次完成組織過渡，達到所需形狀尺寸和一定性能的產品。
（四）管材軋制
管材軋制可分為熱軋、冷軋兩大類，比較常用的熱軋管方法是穿孔斜軋、橫向輥軋以及熱旋壓等。用冷軋方法生產的管材尺寸精確、表面質量高，因此常用此法生產，它的毛料由熱壓供給，冷軋管的種類很多，目前比較有效和常用的方法是周期式二輥或多輥冷軋管以及橫向多輥旋壓等。
多輥橫向旋壓管其工藝流程：加熱－熱旋壓－切頭尾－冷旋壓－切成品－退火。
（五）管材拉拔
拉拔制品具有高的尺寸精確度和光潔表面，所使用的設備和工具簡單、容易制造。目前，對于直徑100mm以下的管材僅能用拉拔方法生產，管材拉拔方法分為：無芯頭拉拔（空拉）、短芯頭拉拔、長芯頭拉拔、游動芯頭拉拔和擴徑拉拔等。
管材拉拔工藝分：
（1）管坯準備：1、切斷；2、退火；3、打頭；4、外表面修理；5、內外表面潤滑。
（2）拉拔配模。
六、鍛壓生產
鍛壓是金屬壓力加工主要方法之一，其實質在于利用金屬的塑性，使坯料在工具的沖擊或壓力作用下，成為具有一定形狀的工件的加工過程。鍛造加工的目的，不僅為了得到形狀和尺寸最大限度地接近成品零件工件，而且能夠改善金屬組織和提高機械性能，與切削、鑄造以及其他加工方法相比這是一個顯著的優點。
鍛壓加工在機器制造、汽車、拖拉機和國防工業部門中占有很主要的地位，近年來，由于航空工業迅速發展，鍛壓在航空工業生產中的應用越來越廣泛。
自由鍛件的典型生產工藝流程參見圖11。
圖11 自由鍛件和模鍛件的典型生產工藝流程
七、鋁箔生產
鋁箔是很薄的帶材，在不同國家，厚度不同。我國定為0.2mm以下，鋁箔生產以0.4～0.6mm的退火帶卷坯為原料，經3～6道次軋制成所要求的厚度，厚度軋制至0.09～0.014mm時則進行雙合疊軋，鋁箔生產基本工藝流程如下：液體鋁→鑄錠→鋸切→銑面→鑄錠加熱→熱軋→熱軋帶卷→冷軋→切邊/分邊→鋁箔毛料→退火→初軋→合卷→精軋→鋁箔→分切和切邊→成品退火→包裝→發貨。
（一）鋁箔坯料
鋁箔坯料生產有鑄錠熱軋和連鑄軋兩種方法。鋁板帶生產鋁箔采用鑄錠熱軋法、即半連續鑄造出的鑄錠經銑面后，加熱熱軋至0.4～0.6mm。
（二）坯料退火
經冷軋后的帶卷坯料塑性差，為進行箔材軋制必須給予退火爐中進行，退火溫度一般為400～500℃，退火周期6～12h。
（三）軋制
規模較大的鋁箔車間，根據所軋箔材的厚度和軋機專業分工，將軋制工序分為粗軋、中精軋等工序，軋制程序見表6。
表6 鋁箔軋制程序表
|
道 次
|
厚度/mm
|
壓下量
|
||
|
入 口
|
出 口
|
絕對/mm
|
相對/mm
|
|
|
1
2
3
4
5
6
|
0.6
0.24
0.11
0.05
0.025
2×0.014
|
0.24
0.11
0.05
0.025
0.014
2×0.007
|
0.36
0.13
0.06
0.025
0.001
0.007
|
60
54
56
50
46
50
|
（四）分卷
分卷是將疊軋的兩張箔材分開，分別卷在兩個套筒上。
（五）成品退火
箔材成品退火的目的不僅是為了提高作為包裝材料所必需的塑性，而且也是為了消除箔材表面上殘留的軋制油，獲得表面無油漬、光亮的箔材。
（六）剪切
箔材剪切時應避免邊部不齊或損壞的缺陷。其生產的原因是刀片位置不對或刀片不銳所致。
（七）檢查
檢查包括：卷材外觀檢查、尺寸檢查和表面質量檢查。
現代化鋁箔生產向大卷、寬幅高速和自動化的方向發展，現代化鋁工業生產所達到的水平是：軋輥長2200mm，軋速2500mm/min，自控板形和測厚，產量達3t/h，成品率大于80%，鋁箔厚度0.005mm，箔寬2000mm，卷重10t以上。到1997年底，中國共有鋁箔生產企業78家，有軋機322臺，這些小型軋機的生產能力為43.96kt/a，而我國鋁箔需求量以及我國鋁箔進口量見表7。
表7 我國鋁箔需求量及進口量 （t）
|
分 類
|
行 業
|
1985年
|
“七五”末
|
“八五”末
|
“九五”末
|
|
需求量
|
香 煙
電容器制造
軟包裝
藥品包裝
糖果包裝
牙膏包裝
其 他
|
15000
4860
23
150
600
－
9000
|
23575
8030
4600
100
1500
250
9000
|
33892
11440
6300
1500
2000
1000
10000
|
43655
16970
8000
2250
300
3200
10000
|
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總 計
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31910
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47955
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66132
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87075
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進口量
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21523
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23466
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27540
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28640
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八、鋁合金粉末生產
鋁合金粉末的制造方法及其冶金技術，作為下一代材料的制造技術，近幾年頗為引人注目，因為這種方法能夠制造出過去廣為使用的鑄造法無法得到的各種合金的過飽和固溶體粉末及其成形體，能夠制造重量輕而且強度、剛性、耐熱強度、耐磨性均能與鋼鐵材料相匹敵的新型材料。
目前的鋁合金粉末，又稱作PM鋁制品，目前主要分為兩類，其性能及加工工藝如下。
（一）普通PM鋁合金
這類鋁合金特點是：具有與鑄錠合金（IM）鋁合金相應的化學成分，利用常規PM工藝（即冷壓、燒結工藝）直接得到零件。主要用于汽車、儀表等。
1、合金。普通PM合金主要有三類：（1）2014即Al－Cu－Mg系合金；（2）6061即Al－Mg－Cu－Si系合金；（3）7075即Al－Zn－Mg系合金。
2、合金用途：廣泛用于縫紉機、辦公器材、汽車工業等。
（二）高性能粉末冶金合金
1、合金成分。目前高性能PM鋁合金主要有以下幾類：（1）主強度耐腐蝕PM鋁合金；（2）低密度、高剛性PM鋁合金；（3）高溫度PM鋁合金；（4）PM鋁基復合材料；（5）耐磨、低熱膨脹系數粉末鋁合金。典型高性能PM鋁合金成分見表8。
表8 典型高性能PM鋁合金的成分部分性能
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合 金
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成 分
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σ0.2/MPa σb/MPa δ/%
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IM鋁合金
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Al－4.5Cu－1.5Mg－0.5Si－0.5
Al－5.6Zn－2.5Mg－1.6Cu－0.23Cr（7075）
Al－8.0Zn－2.5Mg－1.0Cu－1.5Co（7090）
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395 475 10
510 570 13
590 630 10
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高強、耐蝕PM鋁合金
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Al－6.5Zn－2.5Mg－1.5Cu－0.4Co（7091）
Al－9.0Zn－2.5Mg－1.5Cu－0.14Zr－0.1Ni（7090）
Al－3Li－0.2Zr
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550 590 12
580 620 12
455 490 10.5
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低密度高剛度PM鋁合金
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Al－3.1Li－1.0Mg－2.1Cu－0.45Zr
Al－4Li－1.0Mg－0.2Zr
Al－7.1Fe－6.1Ce（CZ42）
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530 610 6.1
410 510 4.9
520 570 5.7
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高溫PM鋁合金
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Al－8.5Fe－1.3V－1.7Si（FVS0812）
Al－12.4Fe－1.2V－2.3Si（FVS1212）
20vo1%SiCp/2124
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390 440 10
610 640 8.7
400 550 7.0
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PM鋁基復合材料
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20vo1%SiCp/7090
40vo1%SiCp/2124
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660 720 2.5
520 690 1.1
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PM鋁－硅合金
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Al－20Si－3Cu－1Mg
Al－25Si－3Cu－Mg－1Fe
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320 420 4.0
370 460 1.0
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2、生產工藝
生產工藝如下：
（1）冷壓→裝罐→除氣→熱壓→除罐………………→Ⅰ
（2）敞盤除氣→冷壓→裝罐→熱壓→除罐…………→Ⅰ鍛壓
（3）敞盤除氣→冷壓→真空熱壓……………………→Ⅰ擠壓
（4）敞盤除氣→直接成形……………………………→Ⅰ半成品
（5）冷壓→燒結………………………………………→Ⅰ
另外，高性能鋁合金粉末冶金制備工藝的主要特點表現在其制粉與致密化兩個方面。
除了以上所述的粉末冶金制造鋁及鋁合金粉末外，其他各種粉末制造方法及用途參見表9。
表9 粉末冶金鋁合金制造方法
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制造方法
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粉末形狀
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粒 度
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用 途①
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噴霧法
水中滴下法
熔體攪拌法
離心力法
超聲波法
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不規則、球狀
不規則
不規則
不規則、球狀
不規則、球狀
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5～500μm
＜10mm
＜2mm
＜10mm
1～250mm
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（1）（2）（3）（4）（5）（6）
（7）（8）（9）
（2）
（1）（2）
（1）（2）（3）（6）（7）
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搗制粉法
干式球磨機法
濕式球磨機法
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鱗片狀
鱗片狀
鱗片狀
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10～200μm
2～200μm
2～200μm
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（3）（4）（5）（6）（7）
（3）（4）（5）（6）（7）
（3）（4）（5）（6）（7）
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蒸發凝固法
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球 狀
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＜1μm
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（3）（4）（6）
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噴霧法：該法是用高壓氣體沖擊從坩堝等容器底部細流出的鋁或鋁合金熔體使之粉化的方法。
水中滴下法：是把溶體從小孔滴入水中得到粉末的方法。
①用途：（1）保溫材料；（2）脫氧材料；（3）介質；（4）火藥、火箭燃料；（5）水泥發泡劑；（6）粉末冶金；（7）涂料、油墨顏料；（8）制動器材；（9）耐火磚。
熔體攪拌法：是在空氣中激烈攪拌處于半熔融狀態的鋁及鋁合金熔體的方法。
離心力粉化法：該法是利用離心力粉化熔化熔體的方法，其原理是把鋁熔體定量供給側壁有許多孔的旋轉筒，依靠旋轉筒離心力使熔體粒子飛散。
九、線材生產
（一）線材的生產方法
線材是金屬材料中的主要品種之一，它在電氣工業、航空工業及機械制造業等部門中廣泛應用。鋁及鋁合金線材主要分為鉚釘線、焊條線及導線三類。線材常用的生產流程參見圖12。
圖12 常用線材生產工藝流程
目前，生產線毛料的主要方法有擠壓法、軋制法和連續鑄造法3種，在實際生產中鉚釘線多用擠壓線毛料，導線多用軋制和連續鑄造的線毛料，各種線毛料生產方法優缺點見表10。
表10 各種線材毛料生產方法的優缺點比較
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方 法
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優 點
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缺 點
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擠壓示
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1、由于金屬處于三向壓力狀態，故適于生產塑性較差的合金
2、具有很大的靈活性，只需要換擠壓工具即可獲得所需的線毛料。適于批量小，合金、品種、規格多的線毛料生產
3、尺寸均勻，表面質量較好
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1、設備復雜、投資多
2、生產效率比軋制法低
3、幾何廢料較多，線毛料長度較短
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軋制法
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1、軋制速度快，生產效率高
2、線毛料長度長，適于單一品種的連續大批量生產
3、幾何廢料少，成品率高
4、尺寸均勻，效率穩定
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1、設備復雜，占地面積大
2、更換和調整孔型困難，不適于小批量、多合金、多品種的生產
3、尺寸偏差大，表面質量不如擠壓的好
4、孔型設計及制造復雜
5、不適于生產塑性較低的合金
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連續
鑄造法
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1、設備、工具簡單，投資少，上馬快，占地面積小
2、工序少，生產周期短
3、操作方便，易于更換合金和規格
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1、鑄造速度慢，生產效率低
2、線毛料尺寸不易控制，有時出現粗細不均，增加線材拉伸時的斷頭率
3、生產合金線毛料時，其化學成分波動較大
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（二）線材的拉拔
在拉伸力的作用下，通過截面逐漸減小的拉拔模孔，控制線材圓形斷面制品的金屬壓力加工方法。
線材拉拔設備：用于鋁合金的拉線機主要是一次拉線機，多次積蓄式無滑動拉線機。一般情況下，一次拉線機用于生產成品直徑較大、強度較高、塑性較差而且線坯不焊接的線材，而二次積蓄式無滑動拉線機則常用于生產較小規模或中等強度的鋁合金線材，純鋁線常用更多次的積蓄式無滑動拉線機拉伸。
拉伸輔助設備：（1）焊接機；（2）研磨設備；（3）碾頭設備。
（三）鋁線連鑄連軋
在鋁線材的三種生產方法中（擠壓法、鋁桿軋制法和連鑄連軋），從生產成本和后續工序考慮，認為用連軋法生產鋁材具有較大優勢，連鑄連軋法包括普羅泊澤鋁連鑄連軋、賽西姆鋁線連鑄連軋等，下面主要介紹普羅泊澤生產方法。
20世紀50年代，世界上生產鋁線材分兩步：鑄造鋁桿然后軋制，普羅泊澤鋁線連鑄連軋法把兩步合成一步，即把熔融金屬的連續鑄造與連續軋制結合。
該鋁線材生產線的主要設備有：熔煉爐、靜置爐、鑄造機、剪切機、軋線機、探傷儀、線材剪切機、卷取機等，輔助設備有冷卻水系統及連續軋制結合。生產鋁線、鋁桿規格品種見表11。
表11 普羅泊澤法生產鋁桿類別
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合 金
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品 種
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合 金
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品 種
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高純鋁
純 鋁
Al－Cu
Al－Mn
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99.7%～99.99%
1070、1050、1100、1080
2011、2017
3003
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Al－Si
Al－Mg
Al－Zn
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4043
5052、5356、5056、5083
7072
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十、DI罐的生產
隨著我國飲料業的發展，我國飲料業改變了傳統包裝技術，大規模采用鋁制易拉罐。由于鋁制DI罐質量輕，衛生、美觀，易回收等特點，占領了廣大飲料市場，因此鋁制DI罐的加工生產將有廣闊的前途。DI罐生產工藝技術如下：
（一）制罐方法
DI罐生產線的特點是從鋁卷到罐成品采用高速連續的流水線作業方式。其制罐工藝如圖13所示。
圖13 DI罐生產制罐工藝
（二）生產流程簡介
1、沖杯：作為原料的鋁卷經開卷，再由潤滑機涂潤滑劑，后被送往多模的二步工作式的沖杯機進行比較淺的拉深加工。
2、變薄拉伸：送過來的淺杯，通過再拉伸模及第二、第三段變薄模和裝配在沖頭上的沖模一起再拉伸為最終的罐徑，一次成型規定了罐高和壁厚，并在沖程的極點由底模（圓頂型）將罐底成型為規定形狀。
3、切邊：變薄后的罐口徑部由于毛料的刺耳、拉伸毛刺和壓曲等原因而不整齊，所以由切邊機切邊以符合規定的罐高尺寸。
4、清洗及表面處理：因成型加工時帶有潤滑油及其他污物，所以必須洗滌干凈。
5、外表面印刷：由于曲面印刷，所以采用具有特殊結構的多色上漆傳動印輪轉機印刷。
6、內噴涂：為了保持內裝物的顏色、新鮮及風味感，應對內表面采用噴霧方式噴涂涂料。
7、縮頸與翻邊：使罐的口徑部小于罐徑的縮口，其加工叫縮頸，為了將蓋二重卷接在罐體上所需的卷邊加工叫翻邊，它是DI罐成型加工的最后一道工序。
8、檢罐及碼垛：通過自動檢罐機可連續進行泄漏檢查，檢罐后，還要碼垛－包裝－入庫。