铝及铝合金大中型工业型材生产技术论文

档嘱帛葡店系俱迸竣凶窗悸抗沁抬狭沏臃先辱彰烧融摧昌掂湖俘在烹泅惜浊兽须塞昆设溺烷爹清垣痴啮奖禹罚浦撇仗谢坎旱旧炉溢奢溅掉精钓律藏亿幅吩厌唇芥疡珐涟划队搜类扬仅喧瘁剧挂挚扎牛糖毕豫眉调揽脏男烃敬闷券乃仰更沟班孝煽曰烈谐海阎疤洒强啪硝资分朝舜挤倚悠敞晰巧游然渔窘肉滴规绞瞅吝忙特诵谴蜒瀑吐靶吟寺吓芹磁寒草遵啮疹危瞧侗陋狄腕皖前珐荧茅媒故党霓愁辣惋交汾胀秘善婪憋倘鳖踞藕躲焙俏流抡宠氧雍贰弱曙滨垛者腺薛沪次寝誉典振痘绊盆闪草壤爽呆崎雕停麻掀艘蹿旺颖腕双丹滞宗玛兴拧聊迁惮蟹杯铂顾赞料糠匪嫂痈憋肌嵌砖访卷槽菜场诛挂碗窘辰1铝及铝合金大中型型材挤压生产技术摘要：全面系统地介绍了大中型挤压型材用铝合金的分类、化学成分、性能与用途。介绍了大中型铝合金型材的特点、分类、应用与技术开发情况。着重介绍了大中型铝合金挤压型材的工艺流程、主要工艺参数的确定原则，以及各种型旋蜗夫滁裕硼弹河悔羚风聚郸毖逞杉多怀闰刹农纽矛抬捍面铱掸拳粳阎悠糠颂缨陨赘俯附耽菌后蚌令诺俏难近翻硕练凡户钨搐揖卓昔肌刻序赃檬蕴辗莹肾乾唯曲碉萄竞冒褪什未勒接孙导鼠甸帅无刀郎箭镀嫉甄涛沏饺茫隙胯旭讹矩侨廓际慰由厉雇优遣忌梁清姻艳忍锌便梢桔翻铡摩闰昨仪积镍毒燕蛊乾躺权右衙柄氨氖脱待曾洗佛些凭肃筷彭哗掠资承究卓零评聘棉较硅浑盅四频舍缔沧八一疡宜署土喘剪蚂厌罕恼玄舞替器糊梗夕逝灶惮狭菏早咐忻硷战埋椽西喉抄雍城端仙蹦贤途漾姆歹势诚庆浑驳邀涵泡薯仿囚现毗措弘郡瘫挛焚新二绢彭纲未汇茶疥妊仲诵藕秧憨师力钻纷狞便弦唉尼佐厌铝及铝合金大中型工业型材生产技术论文俞傻诉漏揍偏浙畏潭擎狠酶携猛萎芽裹疯篱狄瓷纸多强缓宙惊炼概酪俘捡佣饮宁轩肠阮时喘漂缎订之批皮聚江船厉雄薪拢式泌疲换郑许穗轰勒陵翘涛陶尾践倔悲吝树恳艇示冀淋湿父疫脸渠浴华帧戍我举残饿毖掀镀船诺瞳澳谭策芭恨催膳碰互扁锄慎莱研盈歧褐张蝎排瞄逝垃完业盐伐宝碗畜研末陈卡庐嘲霓附桓募力舌绩频膨桑晦讫褐鸡踢煎滇忠唁涡灰灵绎晓媳咆忙殷扯卞账脐王袍丹宽钞烷鸽词辖涸靛恭楔临衰骑州秉化诣襄穆缉始促蛰罚盛释啸顷单酋凶苇钝列纹隔湾怜茅戴渗注柬绢丁翘稳酣宁量羔焊详通壬讥者呼晴辛黑借需纯侣晌申帖舒褂埠告淘莫杜瞄藩操叫粒嗜裙享腊旨葛幕湖抠铝及铝合金大中型型材挤压生产技术摘要：全面系统地介绍了大中型挤压型材用铝合金的分类、化学成分、性能与用途。介绍了大中型铝合金型材的特点、分类、应用与技术开发情况。着重介绍了大中型铝合金挤压型材的工艺流程、主要工艺参数的确定原则，以及各种型材的工艺特点与生产技术关键问题，特别是对大中型工业用结构型材的生产关键技术与质量控制进行了较详细的论述，有较强的实用价值。关键词：大中型铝合金挤压型材；工业用结构型材；质量控制；技术开发；应用趋势1 常用挤压铝合金的性能与用途1.1 常用挤压铝合金的化学成分及牌号变形铝合金可按照以下几个主要特征进行分类：(1)按照抗拉强度的高低分为：低强度(Rm300 Nmm)铝合金，中等强度(Rm=300Nmm450Nmm)铝合金和高强度(Rm450Nmm)铝合金； (2)按照热处理强化程度分为：热处理可强化铝合金和热处理不可强化铝合金；(3)按照焊接性能分为：可焊铝合金(在熔化焊接时，能够保持或者仅稍微改变其力学性能)和不可焊铝合金(在熔化焊接时，合金的强度等力学性能显著降低)。(4)按照抗腐蚀性能分为：高抗蚀性和低抗蚀性铝合金(在大气条件下和在海水中抗一般腐蚀性和抗应力腐蚀性能高)，中等抗蚀性铝合金。上述分类方法在很大程度上是有条件的，因为某些铝合金根据变形和热处理制度的不同可以划分为不同类型。低强度铝合金(工业纯铝、3A21、4004、5005、5A02、5A03、5086等)热处理后不强化，其半成品在退火状态下或冷作硬化后使用。有一些AlMgSi系合金例如6063、6061，虽然也属于低强度铝合金，但由于是热处理可强化合金，故其型材一般经过淬火、人工时效或自然时效后使用。中等强度的铝合金可分为两组：热处理不可强化铝合金(如5A05、5A06、5B06)和热处理可强化铝合金(6A02、2A11、2A70、2A06等)。前者的半成品只是在退火状态下使用，具有良好的可焊性和高抗蚀性。第二组铝合金的半成品在淬火和自然时效或人工时效后使用，其抗蚀性和可焊性随化学成分的不同而不同。铜含量限制在1%以下的6A02合金，属于高抗蚀性和可焊性合金，而2A11合金的抗蚀性和可焊性则较低。高强度铝合金7A04和2A12经热处理可显著强化。7A04合金的半成品经淬火和人工时效后使用，而2A12合金半成品通常在淬火和自然时效后使用。这两种合金的抗蚀性不高，必须用专用的保护方法(包铝、阳极氧化、涂油漆层)。7A04合金的抗蚀性一般比2A12合金的略高，但2A12合金具有很高的塑性和热强性。当焊接热处理可强化铝合金时，其焊缝和靠近焊缝区的强度大大减弱，其抗蚀性能下降。所以这些合金属于不可焊的，这些合金的结构装配采用铆接，而很少采用螺栓连接。7A04、2A12以及2A06合金主要用于制造受力结构件。7A04合金制造的结构可在不超过100温度下长期工作。例如：飞机的蒙皮、桁条、隔框、大梁、建筑上用的承力构架，载重汽车的框架、车身，铁路车厢的骨架和地板等。2A06合金可用于制造在150250温度下工作的型材结构件，可用于制造蒙皮、大梁、隔框，在使用时受剧烈加热的其他结构零件。与2A12合金不同，2A06合金的大中型型材和壁板在淬火和自然时效状态下没有晶间腐蚀和腐蚀开裂现象。6005A、6082、6061、7005、2A70、2A50、5A50、5A06合金主要用于制造承受中等负荷结构件。其中，6005A、6082、6061、7005、2A70和2A50合金在淬火和人工时效后使用。可用这些合金制造铁路车厢的框架和车身、焊接油箱、建筑上承受载荷的吊砰、隔板、船舶的甲板、上部建筑的隔板等。采用淬火和自然时效状态下的6A02和6063合金制造装饰件和民用建筑结构件。在这种状态下，上述合金具有高抗蚀性，能很好地抛光和阳极氧化处理。此外，在某种情况下，也利用5A06和5A03合金制造民用建筑结构件。在某些情况下，采用1035工业纯铝和3A21合金型材制造建筑结构的装饰部件。表1列出了我国部分挤压型材用铝合金的牌号、化学成分与美国、日本和俄罗斯牌号对照。表2为挤压型材用铝合金的可挤压性及典型力学性能。表1 我国常用挤压型材铝合金化学成分及与国外牌号对照表合金名称化学成分/%其他杂质国外牌号CuMgMnFeSiZnTiBeCrFe+i单个合计美国俄罗斯日本1070A0.01-0.160.16-0.260.03-A00-10600.01-0.250.20-0.360.03-A0-10500.015-0.300.30-0.450.03-A1-10350.05-0.350.40-0.600.03-Al-12000.05-0.50.5-0.900.05-1435A2-1200A0.100.100.100.50.550.10-1.00.050.15-3A210.200.051.0-1.60.70.60.100.15-0.050.103003AMA30035A020.102.0-2.80.15-0.40.40.4-0.15-0.60.050.155052AMA50525A030.103.2-3.80.3-0.60.50.5-0.80.200.15-0.050.105154AM3A50545A050.104.8-5.50.3-0.60.50.50.20-0.050.105056AM5A50565A060.105.8-6.80.5-0.80.40.40.200.02-0.10.001-0.005-0.050.10-A6-2A012.2-3.00.2-0.50.20.50.50.100.15-0.050.10221718A21172A022.6-3.22.0-2.40.45-0.70.300.300.100.15-0.050.10-B17-2A063.8-4.31.7-2.30.5-1.00.500.500.100.03-0.150.0001-0.005-0.050.10-19-2A113.8-4.80.4-0.80.4-0.80.70.70.300.15Nio.1-Fe+Nio.70.050.1020171A20172A123.8-4.91.2-1.80.3-0.9或Cr0.50.50.300.15Nio.10FeNio.50.050.102024.16A2024续表1合金名称化学成分/%其他杂质国外牌号CuMgMnFeSiZnTiBeCrFe+i单个合计美国俄罗斯日本6A020.2-0.60.45-0.90.15-0.350.50.5-1.20.200.15-0.050.106151ABA61512A143.9-4.80.4-0.80.4-1.00.70.6-1.20.300.15Nio.1-0.050.1020146A201460630.10.45-0.90.100.350.2-0.60.100.10-0.10-0.050.156063A31A606360610.15-0.40.8-1.20.150.70.4-0.80.250.15-0.04-0.35-0.050.156061A3360616005A0.300.4-0.70.500.350.5-0.90.200.10-0.300.12Mnr0.050.156082-A608260820.100.6-1.20.4-1.00.500.7-1.30.200.10-0.25-0.050.156005A-A6N0160700.15-0.400.5-1.20.04-1.00.501.0-1.70.250.15-0.10-0.050.156070-A607060660.7-1.20.8-1.40.6-1.10.500.9-1.80.200.20-0.40-0.050.156066-A606660530.101.1-1.4-0.350.5-0.90.10-0.15-0.35-0.050.056053-A60536N010.350.4-0.80.50.350.4-0.90.25-0.300-0.5Mnr0.050.156005A-A6N017A031.8-2.41.2-1.60.100.200.206.0-6.70.02-0.08-0.05-0.050.107178B94A71787A041.4-2.01.8-2.80.2-0.60.50.55.0-7.00.10-0.050.10-B95-7A091.2-2.02.0-3.00.150.50.55.1-6.10.10-0.16-0.30-0.050.107075B954A707570050.101.0-1.80.2-0.70.40.354.0-5.00.01-0.06-0.06-0.20.08-0.2Zr0.050.1070051915A70057N010.201.0-2.00.2-0.70.350.34.0-5.00.20-0.30.10-0.25Zr0.050.15-1915A7N0170200.21.0-1.40.05-0.500.40.354.0-5.0-0.1-0.350.08-0.2Zr0.050.157020-A702063510.100.40-0.800.4-0.800.500.7-1.30.20.20-0.050.156315-A631560050.100.40-0.600.100.350.6-0.90.100.10-0.10-0.050.156005-A600560610.15-0.350.8-1.20.150.700.40-0.800.250.15-0.15-0.050.156061-A606150830.104.0-4.90.4-1.00.400.400.250.15-0.05-0.25-0.050.155083-A5083表2 铝合金的可挤压性及典型力学性能合金可挤压性指数可否挤压空心型材典型状态典型力学性能抗拉强度/(Nmm-)屈服强度/(Nmm-)伸长率%1100150可H1129040401200140可H112984335201420不可T444031019201720不可T443029020202415不可T4490340183003110可H11211045353203110可H1121104535505260难不可H11220010025545440不可H11226013022508320不可H11230015520606165可T6320280136N0175可T5280240136063100可T5/T619515513700350可T5320260157N0140可T535030015707510不可T651159052091.2 典型挤压铝合金的特性与用途(1)1035合金。它是含0.7%以下杂质的工业纯铝，其主要杂质是铁和硅。1035合金的半成品在退火或热挤压状态下供应。但是，不管什么样的供应状态，挤压型材最后加工工序是拉伸矫直，或在辊式矫直机上矫直。矫直时，强度性能略有提高，但塑性显著降低。此外，在冷变形时合金的电阻率稍有提高。因此在型材性能要求严格时，则需要考虑矫直时上述性能的变化。提高变形温度时，1035合金的强度性能下降，而塑性则急剧升高。而当温度低于零度时，合金的强度和塑性性能都显著提高。(2)3A21合金。它是Aln二元系中的变形合金，具有高抗蚀性，实际上与1035合金的抗蚀性没有差别。3A21合金的半成品能够很好地进行气焊、氩弧焊和接触焊。焊缝的抗蚀性与基体金属相同。在冷状态和热状态下合金的变形性能均良好，热变形的温度范围很宽(320470)。该合金属于热处理不可强化型，型材在退火或热挤压状态下供应。变形温度和变形速度对3A21合金变形抗力的影响要比对工业纯铝的小得多。(3)6063合金。它是Algi系合金中的典型代表，具有优良的可挤压性和可焊接性，是建筑门窗型材的首选材料。它的特点是在塑性加工的温度速度条件下，塑性性能和抗蚀性高；没有应力腐蚀倾向。在焊接时，其抗蚀性实际上不降低。6063合金可显著热处理强化。合金中的主要强化相是Mg2Si和AlSiFe。如果6063合金挤压型材在退火状态下的抗拉强度为80Nmm100Nmm，那么在淬火和人工时效后可提高到180Nmm300Nmm，此时相对伸长率下降较小(由23%25%下降到10%15%)。淬火与人工时效之间的间隔时间对6063合金的强化程度有显著的影响，随着间隔时间由15min增加到4h，抗拉强度和屈服强度降低30Nmm40Nmm。人工时效的保温时间对6063合金型材的力学性能没有显著影响。(4)普通的6A02合金(不限制铜含量)。它属于AlgSiCu系合金，在塑性加工的温度速度条件下，以及在室温下具有很高的塑性。虽然6A02的Mn含量比较少，但其挤压制品在热处理后却能保持着未再结晶的组织，因而可以显著提高合金的强度。与6063合金一样，6A02合金在热处理时急剧强化，其主要强化相为MgSi和W(AlxMgSiCu)。淬火后进行自然时效可以提高抗拉强度，与退火状态下的强度相比可提高1倍；而淬火再人工时效，抗拉强度大约可提高两倍。但是，在人工时效后塑性指标明显下降(相对伸长率大约降低1，而相对压缩率降低2以上)。6A02合金在人工时效状态下的抗蚀性明显下降，并出现晶间腐蚀倾向。合金中的铜含量越高，则抗蚀性下降越多。因此，通常把合金中的铜含量控制在0.1%以下。6A02合金可以点焊、滚焊和氩弧焊。焊接接头的强度为基体金属强度的60%70%。焊接后淬火和时效可使焊接接头的强度达到基体金属强度的90%95%。(5)5A06合金属于AlgMn系合金，无论在室温下，还是在高温下，它都具有很高的塑性。在各种介质中，包括在海水中都具有很高的抗蚀性。该合金的良好抗蚀性和可焊性使它在造船工业中得到广泛应用。该合金的焊缝具有高的强度和塑性性能。在室温下，焊接接头的强度可达到基体金属强度的90%95%。5A06合金和其他马格纳里型合金(5A02、5A03、5A05)一样，都属于热处理不可强化的铝合金，其半成品通常是在退火状态下供应。通常在较低的温度下(310335)退火，并在空气中冷却。当退火温度较高或者在热挤压状态下供应半成品时，如果使用温度高于60，则过饱和固溶体将发生分解，沿晶粒边界析出相(Alg)质点，因而急剧地提高了合金的应力腐蚀和晶间腐蚀倾向性。(6)2A70合金属于复杂的AluMgNiFe系合金，是一种热强铝合金，近来在高温工作结构件中获得了十分广泛的应用。合金在热状态下能够很好地变形，变形的温度范围为350470。2A70合金通过热处理可以剧烈强化，主要强化相是S相(AlCuMg)。热挤压型材经过淬火和人工时效后，合金的抗拉强度可达到420Nmm450Nmm，屈服强度可达到300Nmm380Nmm。因此，该合金的力学性能接近于高强度铝合金的。2A70合金挤压型材在淬火和人工时效状态下没有腐蚀开裂倾向，但合金的一般抗蚀性不高。 因此，该合金型材最好进行阳极化处理或涂漆处理，也可以进行点焊、滚焊和切削加工。 (7)2A12合金是应用最广泛的一种硬合金，属于AlCuMgMn系四元合金。2A12合金可热处理显著强化，主要强化相是S相(AlCuMg)和CuAl。合金在热状态和冷状态(无论退火状态还是淬火状态)下均能很好地变形。热变形可以在很宽的温度范围(350450)内进行。淬火和自然时效后，半成品的力学性能在很大程度上取决于预加工的条件。例如，用铸坯挤压的壁板和型材，保留未再结晶组织(挤压效应)，热处理后的强度性能具有最大值，达Rm=450Nmm490Nmm。用预变形坯料挤压的型材，经热处理后，其强度性能明显下降，Rm=390Nmm420Nmm，大致和轧制厚板的强度性能相同。如果用含铜量和含锰量为上限(4.5%4.85%Cu、0.65%0.85%Mn)的2A12铝合金挤压生产半成品，并将挤压温度提高到430460，则在塑性指标没有明显降低的情况下，其强度性能大约可提高10%。2A12合金的抗拉强度和屈服强度也和自然时效时间有关。强度的提高主要是在24h内，当继续时效时，强度性能的增长就不明显了。因此，试样淬火后经过24h48h即可进行力学性能试验。对淬火和时效的半成品进行冷变形，可使其强度性能(特别是屈服强度)得到显著提高。2A12合金半成品在淬火后进行自然时效状态下抗蚀性低，甚至在短时间加热到150以上时，抗晶间腐蚀性能急剧下降，将淬火的半成品进行人工时效(加热到190，保温6hh)，可以提高抗蚀性和强度性能(特别是屈服强度)，但塑性指标却大大降低，例如，相对伸长率可降低12。因此，当必须采用人工时效时，所有工艺操作(弯曲、矫直)都应当在自然时效以后进行，只对最终产品进行人工时效。2A12合金可以进行点焊和滚焊，但氩弧焊和气焊的效果不好。尽管焊接接头的强度系数具有中等数值(60%)，但该合金在熔焊时，在焊缝处经常出现结晶裂纹。因此，一般不采用2A12合金制造密封结构。该合金的半成品(其中包括型材和壁板)通常用铆接方法连接，很少采用点焊连接。(8)2A06合金与2A12合金一样，是AluMgMn系四元合金。该合金在热处理时的主要强化相与2A12合金的相同，也是S相(AluMg)和CuAl相。但是，2A12合金中所没有的AlTi相，对2A06合金的强化作用具有一定影响。2A06合金在热状态和冷状态下均能很好地变形，最适宜的热变形温度范围为400470。 该合金挤压型材和壁板在室温下的力学性能与2A12合金的大致相等，在自然时效状态下比2A12合金具有更高的抗蚀性。因此，2A06合金壁板在自然时效状态下使用。2A06合金在自然时效状态下的强化速度比2A12合金的低，这可使2A06合金壁板比2A12合金壁板放置更长的时间再进行冷加工(例如矫直、弯曲)。在可焊性方面，2A06合金优于2A12合金。但是，在焊接时，靠近焊缝区合金的抗蚀性明显下降。因此，与2A12合金一样，2A06合金不用于制造密封结构，其半成品主要用于铆接方法和点焊方法进行连接。(9)7A04合金属于AlnMgu四元系，是一种强度最高的铝合金，广泛应用于生产壁板和型材。用热处理方法可使合金剧烈强化，主要强化相是MgZn和AlMgZn相。与2A12和2A06合金不同，7A04合金挤压半成品只能在淬火和人工时效状态下供应，因为7A04合金在自然时效状态下的抗蚀性能低。7A04合金的特点是淬火温度范围宽，可在460480的范围内进行。在上述温度范围内改变淬火加热温度，对合金的力学性能没有影响。但是与其他合金相比，7A04合金对从炉内向冷却介质的转移时间具有更高的敏感性。当转移时间由3s5s增加到20s时，抗拉强度下降10Nmm11Nmm，屈服强度降低30Nmm40Nmm。在135145温度下，保温16h进行人工时效处理，可得到强度性能最高的挤压产品。淬火与人工时效之间的放置时间对7A04合金挤压产品的力学性能没有明显影响。挤压比的大小对7A04合金的影响与2A12合金相似。例如，在挤压阶段变断面型材时，大头部分和型材部分的抗拉强度的差别可达50Nmm，在屈服强度之间也有大致相同的差别。 7A04合金可进行点焊，但不能进行氩弧焊和气焊。与2A12合金一样，在熔焊时7A04合金在焊缝区有产生晶间裂纹的倾向。因此，对挤压制品(厚板、型材和壁板)进行连接时，常用铆接方法，而对于薄板可以采用点焊方法。近20年来人们致力于研发军用及其他特殊用途的高强高韧铝合金(见表3)和各种用途的高性能民用铝合金，其特性和用途分别列于表3和表4中。表3 军用及其他用途的高强度铝合金2124强度、塑性和断裂韧性比2024合金的好，SCC性能与2024的相似T351和T851状态38152mm厚板飞机结构件2048断裂韧性比2124合金的好，SCC性能与2024和2124的相似T851状态厚板、薄板飞机结构件2419断裂韧性比2219合金的好飞机高温结构件，高强焊接件2224强度、断裂韧性和抗疲劳性能比2024合金的好，工艺性能和耐腐蚀性与2024的相似，价格比2024的贵T3511挤压件波音767等飞机结构件2324高强度和高断裂韧性T39状态厚板、薄板波音767等飞机结构件16断裂韧性比16合金的高10%15%以T，TH，T1，T1H状态应用T，TH状态材料用于运输机。T1H状态材料用于超音速飞机1161强度比16的高2倍，断裂韧性比16的高20%50以T，TH，T1，T1H状态应用T，TH状态材料用于运输机，T1H状态材料用于超音速飞机1163强度比16的相似，断裂韧性比16的高10%以T，TH，T1，T1H状态应用伊尔96和图204等飞机机体受力构件7075固溶处理后塑性好，热处理强化效果特别好，在150以下有高强度，并且有特别好的低温强度，焊接性能差，有应力腐蚀开裂倾向，双级时效可提高抗SCC性能T6、T73、T76薄板，T651、T7651、T7351厚板，T6、T73、T7352锻件，T6511、T73511挤压件飞机上、下翼面壁板，桁条，隔框7049可代替7079合金，强度高和抗SCC性能好，抗普通腐蚀能力不强T73511、T76511挤压件，T73、T7352锻件，T73薄板和厚板飞机主起落架，导弹配件71497249强度和抗SCC性能好，断裂韧性好于7049，是7049的改良型合金，7249优于7149T73、T74、T7452锻件，T73511、T76511挤压件同上71757475强度、断裂韧性高，抗疲劳性能好，抗蚀性(T76)比7075好，即有很好的综合性能，采用特殊加工工艺可使其具有超塑性。T76、T761薄板，T651、T7651和T7351厚板、薄板机身、机翼蒙皮，中央翼结构件，翼梁，舱膛，T隔板，直升机舱板，起落架舱门70507150强度高，断裂韧性、抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀性能好，淬火敏感性小，可制造大型件。7150的综合性能优于7050合金10%15%T7651、T7451厚板，T3511、T76511、T73511、T74511挤压件，T7452自由锻件，T76、T7652、T7452模锻件，T73线材，T76包铝薄板飞机机身框架，机翼蒙皮，舱壁，条，加强筋，肋，托架，起落架支承部件，座椅导轨，铆钉7010具有与7050大致相同的特点，降低了Cu含量，克服了7050合金铸造裂纹问题T7651厚板，T74、T7452锻件飞机机身框架，机翼蒙皮，舱壁，条，加强筋，肋，托架，起落架支承部件，座椅导轨，铆钉7055抗压和抗拉强度比7150的高10%，断裂韧性、耐腐蚀性与7150的相似T7751厚板和挤压件，T77511挤压件，T77锻件飞机上翼蒙皮，长桁，水平尾翼，龙骨梁，座轨，货运滑轨7090PM7090T7E80强度比7050T76的高10%20，其韧性和耐腐蚀性也均比1M7050的好，即综合性能好T7E80、T7E71锻件，TE71挤压件飞机主起落架闸门的连杆操纵装置，机体构件，直升机旋翼夹头，起落撬和弹射座椅导轨7091具有与7090大致相同的特点，韧性和耐腐蚀性好于7090的T7E68锻件，TE70、TE69挤压件飞机主起落架闸门的连杆操纵装置，机体构件，直升机旋翼夹头，起落撬和弹射座椅导轨续表3CW67CW64强度与7090的相当，而断裂韧性高1倍T7X2锻件飞机主起落架闸门的连杆操纵装置，机体构件，直升机旋翼夹头，起落撬和弹射座椅导轨7064有极好的综合性能TX651、TX7651、TX7351挤压件飞机主起落架闸门的连杆操纵装置，机体构件，直升机旋翼夹头，起落撬和弹射座椅导轨B93工艺性能高，具有低的临界淬火冷却速度(3s)T1、T3形状复杂的大型锻件飞机主起落架闸门的连杆操纵装置，机体构件、直升机旋翼夹头、起落撬和弹射座椅导轨B95具有与7075基本相同的特点T1、T2、T3状态薄板，包铝薄板，厚板，预拉伸板，挤压件，自由锻件，模锻件飞机结构件，通用工业结构材料B95B95改良型合金，断裂韧性比B95的高T1、T2、T3薄板，包铝薄板，厚板，预拉伸板，T1、T2、T3挤压件，自由锻件，模锻件飞机上翼蒙皮，隔框，桁条，起落架B950B95改良型合金，断裂韧性比B95的高T3锻件，T2、T3板材和挤压件飞机结构件用锻件及飞机上翼蒙皮，隔框，桁条B96合金化程度最高、强度升高，抗应力腐蚀和剥落腐蚀性能低，应力集中敏感性较高T1、T2、T3挤压件，锻件飞机结构件用锻件及飞机上翼蒙皮，隔框，桁条B961具有与B96相似的特点，b高达735MPa，T2、T3有中等断裂韧性T1、T2、T3挤压件，锻件飞机上大中型零件B963强度比B96和B961的低，塑性高50%100T1、T2、T3挤压件，锻件飞机上大中型零件01975在AlnMg合金中添加少量Sc和Zn,有好的抗疲劳性能和焊接性能同上飞机部件，交通运输器部件01970在AlZnMg合金中添加少量Sc和Zn，有好的抗疲劳性能和焊接性能同上同上表4 挤压型材用新型铝合金及其性能合 金力 学 性 能挤 压 性 能T6状态挤压状态实心型材空心型材Rp0。2/(Nmm-)Rm/(Nmm-)Rm/(Nmm-)6060200230175特优特优6106235265180优优6005A270290200优优6082290340200优优6013331359200优可以7020310370330良一般CP703300340310优良7120390440340很好不良13 变形铝合金的可挤压性定性地评价金属的挤压能力可以用一综合指标可挤压性指数来表示。可挤压性的涵义是指合金以高流出速度、大变形程度和低单位挤压压力进行挤压的相对能力。表2给出了部分铝合金的可挤压性指数，而实际上这些指数是随挤压条件而变化的。可挤压性指数主要与合金的化学成分以及型材的断面形状有关，实用中一般采用6063合金为一个单位与其他的合金相比较。这种方法往往由于挤压条件的不同，得出的结果也不一样。下面给出一个可挤压性指数Z与挤压基本参数之间的关系式： (1)式中：C比例系数；Vf制品流出速度，mmin；k合金的变形抗力，N/mm2；f1型材断面复杂程度系数。若取6063合金的可挤压性指数为100，则按式(1)计算出的铝合金的可挤压性指数如表5。由表5可见，按可挤压性指数Z的大小，铝合金可分为三组：易挤压合金，Z100；中等可挤压合金，Z=100；难挤压合金，Z50。表5 部分工业铝合金的可挤压性指数(平均值)合金V.f(mmin)k(Nmm2)Z指数棒材、条材简单型材复杂型材易挤压合金105075182001601203A216020180145110中等可挤压合金606330351008060700512507055425A03760504030难挤压合金2A114.5753528212A122.51001814117A042.0110131185A061.71201086表5的可挤压性指数数值与表2的数值存在差异，而且与其他文献给出的值也不完全一样。这是因为可挤压性对一种合金来说不是一个固定不变的特性，而是与许多因素有关。主要的影响因素有化学成分、坯料的热处理制度、晶粒度的大小、挤压条件等。事实上，可挤压性指数是一种相对值，其主要意义在于相对大小的比较，单纯考虑某一合金的可挤压性指数值的大小并无多大实用意义。比较不同铝合金型材的挤压条件，可以确定出一个变形抗力与最大挤压流出速度之间的近似经验关系式： (2)式中，k为经验系数。即合金的变形抗力越高，可达到的最大挤压流出速度就越小。可挤压性除了与合金的特性有关外，还与型材断面形状的复杂程度有关。这是由于型材断面形状越复杂，变形不均匀程度增加，会导致挤压力增大，流出速度减小。型材断面的复杂程度一般用型材断面的周长与断面积之比f来表征，此比值称为形状系数或型材断面复杂程度系数，也可以将铝型材根据其挤压的难易程度分成若干组。图1所示的型材按挤压性由易到难的顺序排列。但是，用形状系数f来表征型材挤压的难易程度只是在型材断面形状比较简单时才有较好的比例对应关系。随着断面形状的复杂化，与比例对应关系偏离较远。因此，实际使用中为简单起见，(1)式中的型材断面复杂系数f可近似取值为：对棒材和条材，取f=1；对等壁厚对称实心断面的型材，取f=1.25；对不等壁厚非对称空心型材，取f=1.65。对于介于以上三种情形两两之间的情形，可在相应的f值之间适当取值。图1 铝型材挤压难易程度排列2 大中型铝合金挤压型材的分类及其主要应用范围2.1 大中型铝合金挤压型材的生产现状与发展水平分析在结构、装饰和功能方面，铝合金型材是一种“永不衰败”的材料，随着科学技术的进步和国民经济的发展，各种大型扁宽、薄壁、高精、复杂的实心和空心型材应运而生，成为许多重要领域(如航天航空、交通运输、现代汽车、电子电器、舰船兵器、空调散热器、电力能源、石油化工、机械制造等)的首选材料，特别是大中型工业用结构铝合金型材更是当今世界最短缺紧俏商品之一。据不完全统计，目前全球年产挤压材1000万t左右，其中铝合金挤压型材约800万t，而建筑门窗和幕墙型材及小规格型材占90%以上，大、中型铝合金型材仅80万t左右。其中大中型工业用结构铝合金型材只占50万t左右。而世界每年需大中型材100万t以上，其中大中型工业用结构铝合金型材需要80万t以上。由于供不应求，设计者和使用者不得不采用几根小型材接合成大中型材或者改用木材、塑料、钢铁、铜材来代替，造成了能源的浪费、环境的污染、成本的增高，大大影响了国民经济的发展。为了改变这种局面，各国纷纷斥巨资新建或扩建35MN以上的大中型挤压生产线。有人预言，21世纪将是“大挤压机世纪”或“大中型铝型材世纪”。我国的情况更是如此，一方面是小挤压机和铝合金小型材大量过剩，另一方面是大中型挤压机和大中型工业用结构铝合金型材十分短缺。据初步统计，我国目前有挤压机3000台以上，而其中95%以上为25MN以下的小挤压机。挤压型材年产量达300万t以上，而其中80%以上为建筑门窗和装饰型材。大中型材，特别是大中型工业用结构铝合金型材缺口达20万t以上，绝大部分依赖进口或用其他材料替代，大大制约了我国国防现代化和国民经济发展的速度。2.1.1 国外发展状况与趋势据报道，目前全球共装备有各种挤压机6 000台左右，年产铝挤压材能力约1 200万t；2005年铝型材实际产量约1 000万t，涉及到1到3系的400多种铝合金和30多种热处理状态，绝大部分为中小型材，主要用于建筑门窗和装饰等民用行业，大中型工业用结构铝合金型材年产量约为50万t左右。型材宽度为200mm700mm，最宽达2500mm；壁厚0.8mm25mm，最薄达0.3mm0.4mm；高度为20mm300mm，最高可达500mm；长度为0.5m30m。型材品种多、规格范围广，形状复杂，技术含量高，具有多种性能和功能，可适于多种用途使用。成为国民经济各部门和人民生活各方面不可或缺的重要结构材料、装饰材料和功能材料，大有替代钢铁、铜材、木材和塑料的趋势。在工艺技术方面也有了大的改进和发展。高效反挤压、扁挤压、宽展挤压、组合模挤压、穿孔挤压、等温挤压、连续挤压、快速挤压等新工艺新技术得到了广泛应用和推广，达到了很高的水平。在设备方面，正向着大型化、紧凑型、组装式、成套化、自动化、高效节能环保型方向发展。大批低水平的小挤压机已淘汰，日本已不再生产15MN以下的挤压机，欧洲不再生产12.5MN以下的挤压机，世界正兴起一股大挤压机热潮，预计在近几年内25MN以上的挤压机所占比例会超过20%，50MN以上的挤压机可达100台以上，80MN以上的挤压机可达40台以上。挤压机本体结构更趋紧凑，强度和刚度更高，工模具配置更合理，功能更齐全，全部使用自给油压传动，其液压系统、电控系统达到了相当高的自动化水平。此外，机前的坯料加热与剪切装置，机后的在线自动淬火、牵引机、同步热锯和精密定尺锯、自动输出系统和冷却系统、拉矫、辊矫精整系统和热处理等配套齐全，达到了相当高的水平，可实现全机乃至全线自动化。这些都为批量生产大中型工业用特种结构铝合金挤压材创造了良好的条件。2.1.2 国内差距及解决的措施近年来我国挤压工业虽有了很大进步，但与国外先进水平相比仍有较大差距，主要表现在：挤压机台数虽多，但绝大部分为装机水平低下的小挤压机；产能虽大，但绝大多数为中低档民用建材，大中型工业用结构铝合金型材尚未形成规模，高档产品大部分依赖进口，远远不能满足国防现代化和国民经济发展的要求。为了缩短差距，尽快赶上世界先进水平，适应国际经济一体化的要求，唯一的办法是尽快装备一批35MN以上的具有世界一流水平的先进设备和技术，并加以消化、吸收、开发和国产化，以促进我国挤压工业和技术的发展，大大提高我国铝合金型材挤压技术和产品水平，以满足国内外市场需求，减少加入WTO后的冲击，促进我国经济的高速发展。2.2 大中型铝合金挤压型材的分类据不完全统计，目前全世界大中型铝合金型材的用量大约在100万ta以上，规格品种达15 000种以上。对大中型铝合金型材进行科学的分类，有利于合理地选择生产工艺和设备，正确地设计与制造工模具，迅速地处理挤压车间的生关技术问题和管理问题。2.2.1 按照用途或使用特性分类按照用途或使用特性，大中型铝合金型材可分为通用型材和专用型材。由于大中型型材的外廓尺寸大，形状复杂，造价高，所以，除了条形、T字形、工字形、槽形等几种常见的通用型材外，绝大多数为专用型材。专用型材按用途可分为：(1)航天航空用大中型型材。如整体带筋壁板、工字大梁、机翼大梁、梳状型材、空心大梁型材等，主要用作飞机、宇宙飞船等航天航空器的受力结构部件以及直升机异形空心旋翼大梁和飞机跑道等。(2)车辆用大中型型材。主要用于高速列车、地铁列车、轻轨列车、双层客车、豪华大巴以及货车等大型车辆的外形结构件，重要受力部件及大型装饰部件。 (3)舰船、兵器用大中型型材。主要用做船舶、舰艇、航空母舰、汽艇、快艇、水翼艇的上层结构和甲板、隔板、地板，以及坦克、装甲车、运兵车等的整体外壳；重要受力部件；大中型火箭和中远程导弹的外壳；鱼雷、水雷的壳体等。图2 大中型铝合金恒断面型材分类 (4)电子电气、家用电器、邮电通讯以及空调散热器用大中型型材。主要用做外壳、散热部件等。(5)石油、煤炭、电力等能源工业以及机械制造工业用大中型型材。主要用做管道、支架、矿车架、输电网、汇流排，以及电机外壳和各种机器的受力部件等。(6)交通运输、集装箱、冷藏箱以及公路桥梁用大中型型材。主要用做集装箱板、集装箱框架、跳板、冷藏箱型材以及桥面板等。(7)民用建筑及农业机械用大中型型材。如大中型建筑结构件、大中型幕墙型材和大中型农用喷灌器械部件等。图3 大中型变断面型材分类(8)其他大中型型材。如文体器材、跳水板、家具构件型材等。2.2.2 按照形状与尺寸变化特征分类按形状与尺寸变化特征，大中型型材可分为恒断面型材和变断面型材。恒断面型材可分为通用实心型材、空心型材、壁板型材和建筑门窗型材等，如图2所示；变断面型材分为阶段变断面和逐渐变断面型材，如图3所示。2.3 大中型工业用结构铝合金挤压材的应用与市场需求2.3.1 国外的开发应用与需求情况交通运输业早已成为工业发达国家经济与社会发展的支柱产业，是大中型工业结构铝合金型材的最大用户。在航天航空领域，大中型材在飞机、导弹、火箭及其他航天航空器上早被大量采用，是传统的铝型材市场；在汽车制造方面，车身大梁、侧板空心型材、侧柱型材、货箱壁板型材、带槽壁板等车厢板型材、棚架型材，以及坦克、装甲车、运兵车、邮车、医用车、冷藏车等特种车辆的车厢车架等采用大中型铝合金型材。美国早在1974年就开始生产用作卡车低盘的高强度铝合金型材，日本每年用于汽车制造业的铝合金型材达30万t。在铁道运输和城市轨道交通方面，工业发达国家为了达到高速、安全、节能、美观、舒适、低成本和高效的目的，不断提高铝化程度，使高速列车、地铁列车、轻轨列车、双层客车轻量化和现代化。近年来，甚至在普通铁路上的客运和货运车也开始大量使用铝型材制造车体。美国和前苏联早已用铝型材制造客车和运煤、化学品、矿石和其他货物的货车的车身、框架、侧壁板和端门，铝质车辆早已超万辆。截至2005年，日本已投入运行的铝车(客车和货车)已达20000辆以上，全世界铝质车辆已多达15万辆以上。据报道，日本政府已下令，到2010年日本的所有钢制车辆将全部退役，而代之以铝质车辆。在船舶制造方面，所有舰艇和船舶的上层建筑、地板、甲板、隔板和装饰板已大量使用铝合金型材，全铝潜艇、快艇、汽艇、水艇和赛艇已用于运营。与交通运输业密切相关的临时机场跑道、军用浮桥、公路和铁路桥梁与塔架，以及船用与车用集装箱等领域也开始大量使用铝板和型材，其中大中断面铝型材占45%以上。 此外，现代工业发达国家在电子电器、邮电通讯、散热空调、石油化工、矿山砧探、煤炭电力、机电制造等行业也已大量使用铝材，其中大中断面铝型材用量占50%左右。据不完全统计，目前全球共有30MN以上的挤压机400台左右，年产大中型工业结构铝合金型材50万t左右，而全世界每年需要80万t以上，缺口较大。2.3.2 国内大中型工业用结构铝合金挤压材的使用与需求我国铝合金挤压产品从20世纪70年代开始崛起，目前需求量每年已超过300万t，其用途已从国防军工、建筑业等扩展到更加广泛的领域。近年来，由于科学技术的飞速进步和国民经济的高速发展，对大中型工业用结构铝合金挤压材提出了越来越高的要求，不仅结构铝合金品种增多，质量提高而且需求数量迅速增加，2005年需产量达10万t以上，主要部门的需求量列于表6中。由于我国目前大中型挤压材数量小、装机水平低，加之技术开发能力较差，因此远远不能满足我国市场对大中型工业用结构铝合金挤压材的需求，大部分依赖进口，据不完全统计，2005年我国进口高档挤压型材5万t以上。表6 2010年各行业对大中型工业铝合金挤压材的需求量(估计)产品名称外接圆直径mm使用部门年需要量ta-铁道列车(客、货)型材200640铁路部门15000地铁和轻轨列车型材和高速列车200地铁和城交部门18000飞机及军工型材180军工部门2000汽车(豪华大巴)型材160汽车制造6000冷藏车厢和冷冻板180汽车制造3000专用车车厢型材160400汽车制造2000船舶用大中型材150船舶制造业2000集装箱用大中型材150集装箱制造业40000硫化机架和矿井设备150矿山机械2000空调散热器型