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镁合金材料挤压技术发展发展现状分析

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镁合金材料挤压技术发展发展现状分析

发布日期:2016-08-06 00:00 来源:http://www.8fly.cn 点击:

1 挤压成形在轻合金材料加工中的重要地位 ]


挤压成形在轻合金材料加工中占有特殊重要的地位,这是因为近年来随着科学技术的不断进步和国民经济的飞速发展,使用部门对轻合金产品的精度、形状、表面光洁度和组织性能等各种质量指标提出了新的要求。而向用户保证供应符合各种质量要求的轻合金产品,采用挤压加工技术生产比其它压力加工方法(如轧制、锻造等)有更大的优越性和可靠性。归纳起来,挤压加工有下列特点:

上海铝合金

(1)在挤压过程中,被挤压金属在变形区能获得比轧制、锻造更为强烈的三向压缩应力状态,可充分发挥被加工金属本身的塑性。因此,用挤压法可加工那些用轧制法或锻造法加工有困难甚至无法加工的低塑性难变形的金属或合金。对于某些必需用轧制或锻造法进行加工的材料,如7A04、7075、5A06、MB15、粉末钛合金等合金的锻件等,也常用挤压法先对铸锭进行开坯,以改善其组织,提高其塑性。目前,挤压仍然是可以用铸锭直接生产产品的最优越的方法。


(2)挤压法不但可以生产断面形状较简单的管、棒、型、线产品,而且可生产断面变化、上海铝合金形状极复杂的型材和管材,如阶段变断面型材、逐渐变断面型材、带异形加强筋的整体壁板型材、形状极其复杂的空心型材和变断面管材、多孔管材等。这类产品用轧制法或其它压力加工法生产是很困难的,甚至是不可能的。异形整体型材可简化冷成形、铆焊、切削、化铣等复杂的加工工程,这对于减少设备投资、节能、提高金属利用率、降低产品的总成本具有重大社会、经济效益。


(3)具有加工灵活性很大,只需要更换模子等挤压工具即可在一台设备上生产形状、规格和品种不同的制品,更换挤压工模具的操作简便易行、费时少、功效高。这种加工方法对订货批量小、品种规格多的轻合金材料加工生产厂最为经济适用。


(4)挤压制品的精度比热轧、锻造产品的高,制品表面质量也较好。随着工艺水平的提高和模具品种的改进,现已能生产壁厚为(0.15-0.2)0.05mm、表面粗糙度达Ra0.8m的超薄、超高精度、高品质表面的轻合金型材。这不仅大大减少了总工作量和简化后部工序,同时也提高了被挤压金属材料的综合利用率和成品率。


(5)对某些具有挤压效应的轻合金来说,其挤压制品在淬火时效后,纵向强度性能(b、0.2)远比其它方法加工的同类产品要高。这对挖掘轻合金材料潜力,满足特殊使用要求具有实用价值。


(6)工艺流程减短、生产操作方便,一次挤压可获得比模锻或成形轧制等方法面积更大的整体结构部件,而且设备投资少、模具费用低、经济效益高。


(7)轻金属及轻合金具有良好的挤压特性,可以通过多种挤压工艺和多种模具结构进行加工。近年来,由于平面分流组合模的不断改进和发展,通过焊合挤压法来生产复杂的空心铝合金和镁合金制品获得了广泛的应用和推广,前景十分看好。


尽管用挤压法生产轻合金制品仍存在几何废料损失较大,挤压速度远低于轧制速度,生产效率低,组织和性能的不均匀程度大,挤压力大,工模具消耗量较大等尚待改进的缺点,但随着现代科技迅猛发展、新挤压工艺、设备和新结构模具的出现,上述缺点也被迅速克服之中,尤其对轻合金来说,挤压加工方法仍不失为一种确保产品品质、综合效益最好的先进加工方法。


近30年来,轻金属及轻合金的挤压型材和棒材、管材、线材的生产能力获得了持续的增长,挤压材在轻合金加工材中所占的比重增长很快,2011年全球轻合金挤压材达1800万t/a左右(其中型材1500万t/a以上),占世界轻合金材料总量的40%以上。中国是轻合金挤压大国,2011年轻合金挤压材达1000万t/a左右,占全年总量的55%以上,成为全国轻合金加工材的第一产品。轻合金挤压材用途十分广泛,扩展到了所有的产业部门和人民生活的各个方面,成为国防军工、国民经济和社会生活的重要基础材料。


2011年我国轻合金管、棒、型、线材年产能达1200万t/a以上,年实现产量达1000万t/a左右,成为世界轻合金挤压大国、轻合金型材大国和贸易出口大国。近年来,铝、镁、钛合金的挤压材已获得快速发展,不仅在航空航天和军工兵器上的应用倍增,在民用方面,如在汽车、交通运输、石油化工、船舶3C电子产品等方面的应用也大大增加。


2 世界镁挤压工业进入了一个新的发展阶段


镁工业与铝工业几乎是同时进入市场的,铝及其合金很快被市场接纳,并在各行各业获得了广泛的应用。而镁及镁合金,由于它本身的特点,如密排六方晶系的塑性低,难于加工成形;耐高温性能差;耐腐蚀性能差以及在大气中易氧化甚至燃烧等,阻碍它的广泛应用,虽经过三次起落的波折,仍主要用于冶金、照明、军工和3C等少数行业。


但是,镁毕竟是目前地球上资源最丰富的金属,镁及镁合金是21世纪的绿色金属材料,也是目前世界上最轻的工程结构材料。在全球能源十分紧缺和生态环境极度脆弱的背景下,镁及其合金在减重(轻量化)、节能、环保和可循环利用等方面的巨大潜力,引起了人们的越来越普遍的关注。


经过近二十年的快速发展,各国政府、企业界和学术界集中了大量人力、物力和财力,针对阻碍镁及镁合金材料发展与应用的技术难题进行了基础理论与应用研究,通过科技攻关、技术开发、研制、试制和产业化工作,解决了一大批关键技术和一系列技术质量难题,取得了突破性的进展。镁及镁合金材料工业和挤压工业进入了一个新的发展阶段。2007-2012年,世界镁金属产能已逾150万t/a大关,最大年产销量达75万t/a以上。更可喜的是,镁及镁合金材料的品种显著增加,应用领域也大大拓宽。镁及镁合金加工材(板、带、管、棒、型、线、锻件等)已由20年前的1.5%提升到了3%以上,其中,镁及镁合金挤压材占1%左右。最大用户是制作保护钢质热交换器、输气管道、舰体外壳的牺牲阳极,其次是汽车、摩托车、自行车等交通工具用型材和管材,以及军工、轻工和家用电器上的零部件。


热挤压适合于镁及镁合金成型的最佳压力加工方法,在350C-400C左右可充分发挥镁及镁合金的塑性,挤压出各种规格和形状的管、棒、型、线材产品,目前全世界有各种规格的立式和卧式铝挤压机7000多台,产能达2000万t/a以上。从理论上来说,铝挤压机完全可能用于挤压镁,仅仅是在加热系统、工模具系统和拉矫装置等方面进行少量修改即可挤压生产镁合金产品。目前最主要的问题是如何扩大镁材的应用领域和解决一些阻碍镁及镁合金材料扩大应用市场的技术问题,如开发一些新的镁合金,提高镁材的生产效率、成品率和降低生产成本等,以提升镁材的市场竞争力。从技术前景来看,等静压挤压似乎可提供一种解决常用镁合金材料的直接或间接生产率低,成品率低,成本高等问题的方法。


总之,随着科技的进步,国民经济高速发展对镁材需求的日益高涨,镁及镁合金挤压生产和技术的发展将获得快速发展,出现一个新的发展高潮。估计到2015年镁及镁合金挤压材的产、消量将占世界镁金属产消量的3%左右。


3 我国镁挤压工业与技术的发展概况与趋势[1,2,3]


经过近二十年的快速发展,我国的镁工业与技术获得了跨越式进步,成为了全球镁的第一资源大国、第一生产大国和第一供应(出口)大国。目前,中国镁金属产能已近100万t/a,最大年产量达60万t/a左右,占世界镁产量的75%以上,是真正的镁业大国。但目前中国的镁自己应用很少(年消费量仅15万t/a左右),大部分(70%以上)出口到世界各地(真正的出口大国),而且出口的镁产品主要是原镁锭和少量的压铸镁合金。高性能镁合金和镁及镁合金加工材的生产主要还是控制在西方工业发达国家企业手中。


我国镁的消费量(应用量)尚不大,而且应用的产品结构也不合理,大多为中、低档产品,技术含量和附加值不高的原材料、压铸件等。而高档的镁加工材所占比例仍非常低。据统计,我国目前只有十多家镁挤压厂拥有专用镁挤压机三十余台,而且主要是生产保护牺牲阳极或阴极,而高档的管材、棒材和型材、线材产品尚不多。但2011年山西闻喜银光镁业投产了一台3600t卧式液压镁挤压机,可生产3x500mm镁合金挤压带卷和各种型材和管材;南京宝奇科技公司与德国驶多飞合作建成了多台中小型挤压机,可生产100mm以上薄壁镁合金管材,大大促进了我国镁及镁合金挤压工业与技术的发展。


我国有发展镁及镁合金挤压产品的良好条件,首先是我国有丰富的镁资源,是世界的镁业大国。近年来我国政府和地方及个人投入了大量资金与产业界、学术界一道集中人力、物力和财力对镁企业进行了大刀阔斧的改造,促进了镁业技术的大发展,研发了一大批新的镁合金和生产工艺。引进应用和配置了一大批先进的工艺装备,如先进的熔炼炉和铸造机列、专用的大型镁挤压机及其配套的辅助设备(如热处理设备、温矫机列等)以及大型的先进的深加工设备(如表面处理设备,接合设备,机加工设备等),大大提高了镁挤压的生产和技术水平。加之,我国已是铝挤压大国和铝材出口大国,拥有4000多台铝挤压机,先进的铝挤压技术和人才及多年挤压生产经验,只要稍加修改就可以完全适用于镁材的挤压生产。同时,我国的产业调整和产品调整也正在向有利于镁材挤压方向发展。国家正在大力推广镁材的应用,以镁代铝、以镁代钢的势头不可扭转。因此,中国镁业必须而且可能依靠其资源、能源优势和业已形成的产业基础向下游(镁加工和深加工)方向发展,变资源优势为技术优势、经济优势,大幅降低挤压生产成本,拓展应用领域,使中国成为真正意义上的镁合金材料的世界强国。


一种镁合金挤压变形加工方法,采用双向挤压径向流动变径成型的挤压模,把模具加热后在挤压通道腔内均匀涂抹润滑剂,然后将经过均匀化处理的镁合金坯料加热后放人已加热模具的挤压通道中,通过挤压模的两个相向运动的凸模,同时以1.5m/min~2.5m/min的挤压速度、2.5MPa~5MPa的挤压力,分别从镁台金坯料的两端进行双向等速挤压,使镁合金坯料由中部向模具挤压通道径向的变径型腔通道流动挤压变形。


4 小结


本文详细阐述了挤压成形在轻合金材料加工中的重要地位,指出热挤压成形是镁及镁合金材料最重要的加工方法,介绍了国内外镁及镁合金挤压工业与技术的发展概况与趋势。挤压成形在轻合金材料加工中占有重要地位,也是镁及镁合金材料最重要的加工方法之一,镁及镁合金特别适宜于挤压成形。由于科学技术的进步和国民经济的高速发展,世界镁挤压工业进入了一个新的发展阶段。经过近20年的快速发展,我国镁挤压工业与技术也获得了跨越式进步,不仅兴建了一批现代化的镁挤压企业,投产了一批3600t左右的现代化镁合金挤压机及其配套设备,而且开发了大批新技术、新工艺和新产品,大幅度降低了生产成本和提高了生产效率,拓展了应用领域,成为世界镁挤压大国。但是,与世界先进水平相比,仍有一定差距,特别是在研发新材料、新产品,提高质量与降低生产成本方面还要下大力气,才能成为真正的世界镁挤压强国。


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