1 擠壓成形在輕合金材料加工中的重要地位 ^]

擠壓成形在輕合金材料加工中占有特殊重要的地位，這是因?yàn)榻陙黼S著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，使用部門對(duì)輕合金產(chǎn)品的精度、形狀、表面光潔度和組織性能等各種質(zhì)量指標(biāo)提出了新的要求。而向用戶保證供應(yīng)符合各種質(zhì)量要求的輕合金產(chǎn)品，采用擠壓加工技術(shù)生產(chǎn)比其它壓力加工方法（如軋制、鍛造等）有更大的優(yōu)越性和可靠性。歸納起來，擠壓加工有下列特點(diǎn)：

（1）在擠壓過程中，被擠壓金屬在變形區(qū)能獲得比軋制、鍛造更為強(qiáng)烈的三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，可充分發(fā)揮被加工金屬本身的塑性。因此，用擠壓法可加工那些用軋制法或鍛造法加工有困難甚至無法加工的低塑性難變形的金屬或合金。對(duì)于某些必需用軋制或鍛造法進(jìn)行加工的材料，如7A04、7075、5A06、MB15、粉末鈦合金等合金的鍛件等，也常用擠壓法先對(duì)鑄錠進(jìn)行開坯，以改善其組織，提高其塑性。目前，擠壓仍然是可以用鑄錠直接生產(chǎn)產(chǎn)品的最優(yōu)越的方法。

（2）擠壓法不但可以生產(chǎn)斷面形狀較簡(jiǎn)單的管、棒、型、線產(chǎn)品，而且可生產(chǎn)斷面變化、形狀極復(fù)雜的型材和管材，如階段變斷面型材、逐漸變斷面型材、帶異形加強(qiáng)筋的整體壁板型材、形狀極其復(fù)雜的空心型材和變斷面管材、多孔管材等。這類產(chǎn)品用軋制法或其它壓力加工法生產(chǎn)是很困難的，甚至是不可能的。異形整體型材可簡(jiǎn)化冷成形、鉚焊、切削、化銑等復(fù)雜的加工工程，這對(duì)于減少設(shè)備投資、節(jié)能、提高金屬利用率、降低產(chǎn)品的總成本具有重大社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

（3）具有加工靈活性很大，只需要更換模子等擠壓工具即可在一臺(tái)設(shè)備上生產(chǎn)形狀、規(guī)格和品種不同的制品，更換擠壓工模具的操作簡(jiǎn)便易行、費(fèi)時(shí)少、功效高。這種加工方法對(duì)訂貨批量小、品種規(guī)格多的輕合金材料加工生產(chǎn)廠最為經(jīng)濟(jì)適用。

（4）擠壓制品的精度比熱軋、鍛造產(chǎn)品的高，制品表面質(zhì)量也較好。隨著工藝水平的提高和模具品種的改進(jìn)，現(xiàn)已能生產(chǎn)壁厚為（0.15-0.2）0.05mm、表面粗糙度達(dá)Ra0.8m的超薄、超高精度、高品質(zhì)表面的輕合金型材。這不僅大大減少了總工作量和簡(jiǎn)化后部工序，同時(shí)也提高了被擠壓金屬材料的綜合利用率和成品率。

（5）對(duì)某些具有擠壓效應(yīng)的輕合金來說，其擠壓制品在淬火時(shí)效后，縱向強(qiáng)度性能（b、0.2）遠(yuǎn)比其它方法加工的同類產(chǎn)品要高。這對(duì)挖掘輕合金材料潛力，滿足特殊使用要求具有實(shí)用價(jià)值。

（6）工藝流程減短、生產(chǎn)操作方便，一次擠壓可獲得比模鍛或成形軋制等方法面積更大的整體結(jié)構(gòu)部件，而且設(shè)備投資少、模具費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益高。

（7）輕金屬及輕合金具有良好的擠壓特性，可以通過多種擠壓工藝和多種模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工。近年來，由于平面分流組合模的不斷改進(jìn)和發(fā)展，通過焊合擠壓法來生產(chǎn)復(fù)雜的空心鋁合金和鎂合金制品獲得了廣泛的應(yīng)用和推廣，前景十分看好。

盡管用擠壓法生產(chǎn)輕合金制品仍存在幾何廢料損失較大，擠壓速度遠(yuǎn)低于軋制速度，生產(chǎn)效率低，組織和性能的不均勻程度大，擠壓力大，工模具消耗量較大等尚待改進(jìn)的缺點(diǎn)，但隨著現(xiàn)代科技迅猛發(fā)展、新擠壓工藝、設(shè)備和新結(jié)構(gòu)模具的出現(xiàn)，上述缺點(diǎn)也被迅速克服之中，尤其對(duì)輕合金來說，擠壓加工方法仍不失為一種確保產(chǎn)品品質(zhì)、綜合效益最好的先進(jìn)加工方法。

近30年來，輕金屬及輕合金的擠壓型材和棒材、管材、線材的生產(chǎn)能力獲得了持續(xù)的增長(zhǎng)，擠壓材在輕合金加工材中所占的比重增長(zhǎng)很快，2011年全球輕合金擠壓材達(dá)1800萬t/a左右（其中型材1500萬t/a以上），占世界輕合金材料總量的40%以上。中國是輕合金擠壓大國，2011年輕合金擠壓材達(dá)1000萬t/a左右，占全年總量的55％以上，成為全國輕合金加工材的第一產(chǎn)品。輕合金擠壓材用途十分廣泛，擴(kuò)展到了所有的產(chǎn)業(yè)部門和人民生活的各個(gè)方面，成為國防軍工、國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的重要基礎(chǔ)材料。

2011年我國輕合金管、棒、型、線材年產(chǎn)能達(dá)1200萬t/a以上，年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量達(dá)1000萬t/a左右，成為世界輕合金擠壓大國、輕合金型材大國和貿(mào)易出口大國。近年來，鋁、鎂、鈦合金的擠壓材已獲得快速發(fā)展，不僅在航空航天和軍工兵器上的應(yīng)用倍增，在民用方面，如在汽車、交通運(yùn)輸、石油化工、船舶３Ｃ電子產(chǎn)品等方面的應(yīng)用也大大增加。

2 世界鎂擠壓工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段^[1,3,4]

鎂工業(yè)與鋁工業(yè)幾乎是同時(shí)進(jìn)入市場(chǎng)的，鋁及其合金很快被市場(chǎng)接納，并在各行各業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。而鎂及鎂合金，由于它本身的特點(diǎn)，如密排六方晶系的塑性低，難于加工成形；耐高溫性能差；耐腐蝕性能差以及在大氣中易氧化甚至燃燒等，阻礙它的廣泛應(yīng)用，雖經(jīng)過三次起落的波折，仍主要用于冶金、照明、軍工和3C等少數(shù)行業(yè)。

但是，鎂畢竟是目前地球上資源最豐富的金屬，鎂及鎂合金是21世紀(jì)的綠色金屬材料，也是目前世界上最輕的工程結(jié)構(gòu)材料。在全球能源十分緊缺和生態(tài)環(huán)境極度脆弱的背景下，鎂及其合金在減重（輕量化）、節(jié)能、環(huán)保和可循環(huán)利用等方面的巨大潛力，引起了人們的越來越普遍的關(guān)注。

經(jīng)過近二十年的快速發(fā)展，各國政府、企業(yè)界和學(xué)術(shù)界集中了大量人力、物力和財(cái)力，針對(duì)阻礙鎂及鎂合金材料發(fā)展與應(yīng)用的技術(shù)難題進(jìn)行了基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究，通過科技攻關(guān)、技術(shù)開發(fā)、研制、試制和產(chǎn)業(yè)化工作，解決了一大批關(guān)鍵技術(shù)和一系列技術(shù)質(zhì)量難題，取得了突破性的進(jìn)展。鎂及鎂合金材料工業(yè)和擠壓工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。2007-2012年，世界鎂金屬產(chǎn)能已逾150萬t/a大關(guān)，最大年產(chǎn)銷量達(dá)75萬t/a以上。更可喜的是，鎂及鎂合金材料的品種顯著增加，應(yīng)用領(lǐng)域也大大拓寬。鎂及鎂合金加工材（板、帶、管、棒、型、線、鍛件等）已由20年前的1.5%提升到了3%以上，其中，鎂及鎂合金擠壓材占1％左右。最大用戶是制作保護(hù)鋼質(zhì)熱交換器、輸氣管道、艦體外殼的犧牲陽極，其次是汽車、摩托車、自行車等交通工具用型材和管材，以及軍工、輕工和家用電器上的零部件。

熱擠壓適合于鎂及鎂合金成型的最佳壓力加工方法，在350C-400C左右可充分發(fā)揮鎂及鎂合金的塑性，擠壓出各種規(guī)格和形狀的管、棒、型、線材產(chǎn)品，目前全世界有各種規(guī)格的立式和臥式鋁擠壓機(jī)7000多臺(tái)，產(chǎn)能達(dá)2000萬t/a以上。從理論上來說，鋁擠壓機(jī)完全可能用于擠壓鎂，僅僅是在加熱系統(tǒng)、工模具系統(tǒng)和拉矯裝置等方面進(jìn)行少量修改即可擠壓生產(chǎn)鎂合金產(chǎn)品。目前最主要的問題是如何擴(kuò)大鎂材的應(yīng)用領(lǐng)域和解決一些阻礙鎂及鎂合金材料擴(kuò)大應(yīng)用市場(chǎng)的技術(shù)問題，如開發(fā)一些新的鎂合金，提高鎂材的生產(chǎn)效率、成品率和降低生產(chǎn)成本等，以提升鎂材的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。從技術(shù)前景來看，等靜壓擠壓似乎可提供一種解決常用鎂合金材料的直接或間接生產(chǎn)率低，成品率低，成本高等問題的方法。

總之，隨著科技的進(jìn)步，國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展對(duì)鎂材需求的日益高漲，鎂及鎂合金擠壓生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展將獲得快速發(fā)展，出現(xiàn)一個(gè)新的發(fā)展高潮。估計(jì)到2015年鎂及鎂合金擠壓材的產(chǎn)、消量將占世界鎂金屬產(chǎn)消量的3%左右。

3 我國鎂擠壓工業(yè)與技術(shù)的發(fā)展概況與趨勢(shì)^[1,2,3]

經(jīng)過近二十年的快速發(fā)展，我國的鎂工業(yè)與技術(shù)獲得了跨越式進(jìn)步，成為了全球鎂的第一資源大國、第一生產(chǎn)大國和第一供應(yīng)（出口）大國。目前，中國鎂金屬產(chǎn)能已近100萬t/a，最大年產(chǎn)量達(dá)60萬t/a左右，占世界鎂產(chǎn)量的75%以上，是真正的鎂業(yè)大國。但目前中國的鎂自己應(yīng)用很少（年消費(fèi)量?jī)H15萬t/a左右），大部分（70%以上）出口到世界各地（真正的出口大國），而且出口的鎂產(chǎn)品主要是原鎂錠和少量的壓鑄鎂合金。高性能鎂合金和鎂及鎂合金加工材的生產(chǎn)主要還是控制在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家企業(yè)手中。

我國鎂的消費(fèi)量（應(yīng)用量）尚不大，而且應(yīng)用的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也不合理，大多為中、低檔產(chǎn)品，技術(shù)含量和附加值不高的原材料、壓鑄件等。而高檔的鎂加工材所占比例仍非常低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前只有十多家鎂擠壓廠擁有專用鎂擠壓機(jī)三十余臺(tái)，而且主要是生產(chǎn)保護(hù)犧牲陽極或陰極，而高檔的管材、棒材和型材、線材產(chǎn)品尚不多。但2011年山西聞喜銀光鎂業(yè)投產(chǎn)了一臺(tái)3600t臥式液壓鎂擠壓機(jī)，可生產(chǎn)3ｘ500mm鎂合金擠壓帶卷和各種型材和管材；南京寶奇科技公司與德國駛多飛合作建成了多臺(tái)中小型擠壓機(jī)，可生產(chǎn)100mm以上薄壁鎂合金管材，大大促進(jìn)了我國鎂及鎂合金擠壓工業(yè)與技術(shù)的發(fā)展。

我國有發(fā)展鎂及鎂合金擠壓產(chǎn)品的良好條件，首先是我國有豐富的鎂資源，是世界的鎂業(yè)大國。近年來我國政府和地方及個(gè)人投入了大量資金與產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界一道集中人力、物力和財(cái)力對(duì)鎂企業(yè)進(jìn)行了大刀闊斧的改造，促進(jìn)了鎂業(yè)技術(shù)的大發(fā)展，研發(fā)了一大批新的鎂合金和生產(chǎn)工藝。引進(jìn)應(yīng)用和配置了一大批先進(jìn)的工藝裝備，如先進(jìn)的熔煉爐和鑄造機(jī)列、專用的大型鎂擠壓機(jī)及其配套的輔助設(shè)備（如熱處理設(shè)備、溫矯機(jī)列等）以及大型的先進(jìn)的深加工設(shè)備（如表面處理設(shè)備，接合設(shè)備，機(jī)加工設(shè)備等），大大提高了鎂擠壓的生產(chǎn)和技術(shù)水平。加之，我國已是鋁擠壓大國和鋁材出口大國，擁有４０00多臺(tái)鋁擠壓機(jī)，先進(jìn)的鋁擠壓技術(shù)和人才及多年擠壓生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，只要稍加修改就可以完全適用于鎂材的擠壓生產(chǎn)。同時(shí)，我國的產(chǎn)業(yè)調(diào)整和產(chǎn)品調(diào)整也正在向有利于鎂材擠壓方向發(fā)展。國家正在大力推廣鎂材的應(yīng)用，以鎂代鋁、以鎂代鋼的勢(shì)頭不可扭轉(zhuǎn)。因此，中國鎂業(yè)必須而且可能依靠其資源、能源優(yōu)勢(shì)和業(yè)已形成的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)向下游（鎂加工和深加工）方向發(fā)展，變資源優(yōu)勢(shì)為技術(shù)優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，大幅降低擠壓生產(chǎn)成本，拓展應(yīng)用領(lǐng)域，使中國成為真正意義上的鎂合金材料的世界強(qiáng)國。

一種鎂合金擠壓變形加工方法，采用雙向擠壓徑向流動(dòng)變徑成型的擠壓模，把模具加熱后在擠壓通道腔內(nèi)均勻涂抹潤滑劑，然后將經(jīng)過均勻化處理的鎂合金坯料加熱后放人已加熱模具的擠壓通道中，通過擠壓模的兩個(gè)相向運(yùn)動(dòng)的凸模，同時(shí)以1．5m／min～2．5m／min的擠壓速度、2．5MPa～5MPa的擠壓力，分別從鎂臺(tái)金坯料的兩端進(jìn)行雙向等速擠壓，使鎂合金坯料由中部向模具擠壓通道徑向的變徑型腔通道流動(dòng)擠壓變形。

4 小結(jié)

本文詳細(xì)闡述了擠壓成形在輕合金材料加工中的重要地位，指出熱擠壓成形是鎂及鎂合金材料最重要的加工方法，介紹了國內(nèi)外鎂及鎂合金擠壓工業(yè)與技術(shù)的發(fā)展概況與趨勢(shì)。擠壓成形在輕合金材料加工中占有重要地位，也是鎂及鎂合金材料最重要的加工方法之一，鎂及鎂合金特別適宜于擠壓成形。由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，世界鎂擠壓工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。經(jīng)過近20年的快速發(fā)展，我國鎂擠壓工業(yè)與技術(shù)也獲得了跨越式進(jìn)步，不僅興建了一批現(xiàn)代化的鎂擠壓企業(yè)，投產(chǎn)了一批3600t左右的現(xiàn)代化鎂合金擠壓機(jī)及其配套設(shè)備，而且開發(fā)了大批新技術(shù)、新工藝和新產(chǎn)品，大幅度降低了生產(chǎn)成本和提高了生產(chǎn)效率，拓展了應(yīng)用領(lǐng)域，成為世界鎂擠壓大國。但是，與世界先進(jìn)水平相比，仍有一定差距，特別是在研發(fā)新材料、新產(chǎn)品，提高質(zhì)量與降低生產(chǎn)成本方面還要下大力氣，才能成為真正的世界鎂擠壓強(qiáng)國。