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  第二节、铝材加工工艺简介
用塑性加工方法将铝坯锭加工成材，主要方法有轧制、挤压、拉伸和锻造等。铝加工在20世纪初开始以工业方式进行生产，30年代以前，基本上沿用铜加工的生产设备，产品主要用于飞机制造。60年代后，铝材生产发展很快，每年大约增长4～8％，产品广泛应用于航空、建筑、运输、电气、化工、包装和日用品工业等部门。产量仅次于钢铁，居金属材料第二位。中国于50年代中期建成较大型的铝加工厂，形成了生产体系，产品已系列化,品种有七个合金系,可生产板材、带材、箔材、管材、棒材、型材、线材和锻件（自由锻件、模锻件）八类产品。
　　铝和铝合金的塑性加工，应保证产品达到稳定、一致的所需尺寸精度、力学性能和良好的表面质量。还要注意防止机械损伤和腐蚀，控制晶粒度和组织结构。这些质量要求主要靠生产工艺及设备来保证。铝及其合金一般具有较好的塑性，易于塑性加工。硬铝的相组分较复杂，存在低熔相和金属间化合物等脆性组织，它的塑性加工具有一些特点：如进行均匀化处理消除坯锭冷却时产生的内应力和晶内偏析；坯锭表面要进行铣削加工，去掉低熔相产生的表面偏析物。某些铝合金为提高耐蚀性和加工性还要进行包铝。铝合金有过热敏感性，必须严格控制加热温度。
   一、 熔炼和铸造  是为塑性加工提供坯锭。熔炼炉多用燃气反射炉或燃油反射炉，一般容量为20～40吨或更大；也采用电阻加热反射炉，容量一般为10吨左右。为缩短装炉时间，提高熔化效率，减少吸收气体和卷入氧化膜，工业上已采用倾转式顶装料圆型炉。熔炼时最好应用快速分析仪器分析合金成分，并及时调整。为保证熔体纯洁，防止有害气体的污染和控制化学成分，除了尽可能缩短熔炼时间外，宜用以氯化钾和氯化钠为主的粉状熔剂覆盖，一般用量为炉料重量的0.4～2％。熔炼温度通常控制在700～750℃。
　　熔化后的金属还需进行精炼和过滤，以除掉金属中的有害气体氢和非金属夹杂物，以提高金属纯洁度。精炼通常用固体精炼剂或气体精炼剂。固体精炼剂一般以氯盐为主，也用以六氯乙烷代替氯盐的精炼剂。早期使用活性强的氯气作气体精炼剂，净化效果虽好，但对环境污染严重,因此发展出氮-氯混合气体、惰性气和三气体（N2、Cl2、CO）精炼剂,效果较好。为保证精炼效果，精炼气体中的氧和水分含量一般应分别小于0.03％（体积）和 0.3克/米3。动态真空除气法也具有较好的除气和除钠效果。
　　过滤是让熔体金属通过中性或活性材料制成的过滤器，除去熔体中处于悬浮状的夹杂物。常用玻璃丝网、微孔陶瓷管和板、氧化铝粒作过滤床进行过滤，也可用电熔剂精炼、熔剂层过滤。
　　铸造一般采用立式或水平式水冷半连续铸造法。为改善立式铸造的坯锭组织和表面质量，还发展出电磁结晶槽、矮结晶槽和热顶铸造法（见金属的凝固）。水冷半连续铸造法是通过流槽将液体金属导入用水冷却的结晶器内，使液体金属冷却形成凝固的外壳，由铸造机底座牵引或靠自身重量均匀下降而脱出结晶器，形成坯锭。工艺参数因合金成分和坯锭尺寸的不同，差异很大。一般应尽量提高铸造速度和冷却速度，降低结晶槽的高度。铸造温度通常比合金的液相线高50～110℃。此外,还发展出铝板带连续铸轧工艺。
　　二、板材、带材生产
采用平辊轧制，基本工序为热轧、冷轧、热处理和精整。对化学成分复杂的LY12、LC4等硬铝合金，热轧前应进行均匀化处理。处理温度一般低于合金中低熔点相的共晶温度10～15℃，保温12～24小时。硬铝合金的包铝是将包铝板放在经过铣面的坯锭两面，借助于热轧焊合。包铝层的厚度一般为板材厚度的4%。热轧一般在再结晶温度以上进行。热轧可在单机架可逆轧机上进行，或在多机架上实行连轧。为提高成品率和生产效率发展大铸锭轧制，锭重达10～15吨以上。年产量在10万吨以下的工厂，一般用四辊可逆热轧和采用热上卷工艺，热轧带材厚度为6～8毫米左右。产量10万吨以上的工厂，多在四辊可逆热轧机开坯后采用单机架或两机架、三机架、五机架连轧，实行热精轧，带材厚度可达2.5～3.5毫米。热轧带材成卷后作为冷轧坯料。为保证金属有最佳的塑性，应在单相组织状态下进行热轧。LY11、LY12等合金的热轧开坯温度为400～455℃。前几道道次变形率一般在10％以内，以后逐渐增大。纯铝和软铝合金道次变形率可达50％，硬铝合金则为40％左右。热轧总变形率可达90％以上。




冷轧常在室温下进行，通过冷轧可获得尺寸精确、表面光洁和平整的较薄的板材和带材，并可获得具有特定力学性能的加工硬化的板材和带材。冷轧主要采用带式法生产工艺，应用四辊可逆轧机或四辊不可逆轧机进行冷轧，当前发展不可逆轧机进行冷轧。轧机装备有液压压下、液压弯辊、厚度自动控制系统或测辊缝的厚度自动控制系统及板形控制仪，由微型电子计算机控制、记录、储存各种参数，以获得尺寸精确、板形平整的板带材，如0.18毫米带材公差可达±5微米。小工厂也有块式法生产板材的。退火后铝的冷变形率可达90％以上。多相的硬铝合金冷加工硬化明显，需中间退火。中间退火后的冷变形率为60～70％。热轧用乳液润滑，冷轧已由乳液发展为全油润滑。采用单独控制喷嘴的多段冷却系统，以减少铝板和轧辊的摩擦，冷却轧辊，控制辊型，洗除铝粉及其他杂质，以获得良好的表面质量及板形。
　　经冷轧和热处理后的带卷常在辊式矫直机上或在拉弯连续矫直机列上进行精整。平整淬火后的板片应在时效孕育期内进行，一般在淬火后30～40分钟内完成。淬火板的平直压光总变形量不应超过2％。
　　1955年试验成功的铝板带连续铸轧可生产薄板和铝箔坯料。中国于70年代初开始用此法生产薄板。
　　三、箔材生产
铝箔材可分为工业铝箔和包装铝箔。工业铝箔化学成分较纯，厚度为0.005～0.2毫米，主要用作电气工业和电子工业的电容器、绝热材料、防湿材料等。包装铝箔厚度一般为0.007～0.1毫米，有平箔、印花箔、涂色印花箔和裱纸铝箔等多种产品，主要用作食品、茶叶、纸烟等的包装材料。铝箔用带式生产法生产的最小厚度可达0.0025毫米，宽度达1800毫米。铝箔轧制为无辊缝轧制，轧辊始终处于弹性压扁状态。轧制时通过调整轧制力、轧制速度和控制张力来实现对箔材厚度的控制。粗轧时，采用轧制力控制箔材厚度；精轧时，箔材的厚度随着轧制速度的增加而减薄；张力愈大，厚度亦愈小；为了防止断片，张力选择通常为箔材的条件屈服强度σ0.2的0.2～0.4。低速轧制时常在润滑油中加入“厚油”或“稀油”调整铝箔的轧制厚度。润滑剂和轧辊状态对箔材质量有十分重要的影响。铝箔坯料来自冷轧铝卷，一般经340～480℃预先退火,其厚度为0.4～0.7毫米。轧制时道次变形率为50％左右,总变形率可达95％以上。成品厚度小于0.01～0.02毫米的箔材应进行合卷、双张叠轧。


四、管材、棒材、型材的生产通常的工序是：先采用热挤压制成坯料，再经轧制（或拉伸）、精整和热处理制成成品。也可用热挤压法直接制成成品，现已由短锭发展为长锭挤压，按挤压机的挤压力用统一直径的铸锭，由分流组合模和舌形模挤制各种型材、管材，制品长度可达60米以上，经拉伸矫直后，切成所要求的长度。用于铝材生产的最大挤压机为20000吨。可挤成直径为800毫米的带肋管。建筑型材是60年代发展起来的挤压制品，已占挤压制品总量35％以上，其中80％用做门窗框。建筑型材几乎全部采用铝镁硅系合金（LD30和LD31）。这种制品经阳极氧化和着色处理，表面形成各种颜色氧化膜,具有良好耐蚀性,制成门窗美观耐用，密封性好。除热挤压外，还发展出冷挤压，等温挤压、无残料挤压和静液挤压等方法（见铝的氧化着色）。
　　铝和铝合金的挤压采用正向挤压法和反向挤压法。应依据不同合金选择适宜的挤压速度。为获得组织和性能良好的铝合金挤压制品，一次挤压成品时，型材，棒材的挤压系数（λ）大于8～12，供锻造用坯料的λ大于5。挤压模对挤压产品质量影响很大。挤压棒材、型材常用平模，管材则常用锥形模。挤压形状复杂的空心型材和管材，则广泛使用分流组合模和舌形模。有的采用液氮冷却挤压模，延长模子寿命和保证制品精度，一个模子可挤压30吨铝材。某些铝合金的挤压制品易出现“粗晶环”,即制品经热处理后,周边出现一层粗大晶粒区。高温挤压可以减轻这种现象。一些热处理可强化的铝合金挤压制品经固溶时效处理后，强度提高而塑性下降。
　　管材拉伸采用多条快速和盘筒拉伸，游动芯头盘管拉伸机卷筒直径达 630～2900毫米，拉伸管坯直径可达40～50毫米。拉管拉伸力为 16～18吨，拉伸速度为 24米／分，道次加工率一般为25～40％，此种工艺生产管材长度可达6000米。
　　线材生产 主要采用拉伸工艺生产。产品有铆钉线、焊条和导线。坯料用挤压、轧制或连铸连轧法生产。挤压法生产坯料，灵活性较大，制品性能较好。轧制法和连铸连轧法适于单一合金品种的坯料生产，生产效率高。
锻件生产主要用于飞机和机器制造上。锻件分自由锻件和模煅件，其坯料采用铸造和挤压坯料。最大的模锻水压机为70000吨，锻件最大尺寸的投影面积为4.5米2。铝合金的临界变形率约为5～15％，为避免形成粗晶，模锻的变形率一般应大于15％。为减少不均匀变形，常采用多向自由锻。
　　热处理保证制品最终性能的热处理称为成品热处理，包括成品退火、固溶处理、淬火、自然时效和人工时效处理；此外，还发展出分级时效和形变热处理工艺。时效处理不仅改善制品的力学性能，而且改善制品的抗应力腐蚀性能和断裂韧性。固溶加热后至淬火前的转移时间一般应控制在30秒以内。淬火的冷却速度，既要保证获得过饱和固溶体，又要不使制品产生过大的淬火应力和弯曲变形。带卷和板材在强有力循环通风的箱式炉、井式炉、立式板材连续退火炉或气垫式连续退火炉中进行退火，新式炉采用保护气氛。淬火一般在盐浴槽中进行加热，新工艺采用气垫式连续淬火炉淬火。







第三节几种铝加工产品的简介
1．铝箔材
铝箔具有无毒、无味、遮光、防潮、耐腐蚀、反射率高、易加工以及美观卫生等一系列优越的使用性能，被广泛地用做包装材料以及重要的结构材料和功能材料。例如：利用其密闭性、耐腐蚀性、防潮等性能，用于卷烟、饮料、糖果、医药、日用品、化工、机械等的包装；利用其导电性、无磁性、易加工等特性，用作电容器箔；建筑、车船、电缆工业主要用做光、热、磁的反射和屏蔽材料；服装和装饰则主要用其易着成各种美丽的颜色；铝箔制成蜂窝结构作为飞机和80多家，其中现代化和较先进的铝箔企业近20家，有辊面长度＞l000mm的轧机约48台，生产能力约28万吨／年。
中国还有自行设计制造的装机水平较高的辊长850, 840, 800,700mm的铝箔轧机近30台，与其他200多台小型二辊箔材轧机一起合计生产能力约为12万吨／年。因此，中国铝箔轧机的总设计生产能力约40万吨／年。
根据有色金属加工协会的不完全统计，2002年铝箔产量估计达到32万吨，年平均增长超过19%。
从产量上讲，可以说我国已进人世界铝箔大国的行列。但是，相当数量的铝箔因质量问题满足不了需求，高精度产品而不得不依赖进口。尤其是双零箔，除少数厂家外，成品率都比较低。目前铝箔质量问题主要是厚度均匀性、针孔数、接头数、接头质量及表面质量等。
国内铝箔的供需状况：铝箔一直是我国铝材消费的短缺品种，由于消费结构的变化和消费水平的不断提高，我国铝箔仍然未能改变供不应求的局面，使得我国每年不得不花大量外汇进口铝箔。年进口量维持在5万吨左右，其中“双零”箔2万吨一3万吨。也就是说国内薄规格铝箔产量和质量远不能满足消费需求。
2002年我国铝箔的表观消费量约为33万吨，人均消费量约0.25kg，基本达到世界平均水平，但还只是美国的1/10，日本的1/3。由此可见，我国铝箱消费水平与世界发达国家相比，还有很大的差距，未来铝箔需求仍有巨大的发展潜力。据有关专家的预测，到2005年，铝箔消费量将达到37万吨，2010年将达到57万吨。
从需求结构来看，目前国内消费量最大的是空调箔，年需求量8万吨左右，其次是烟箔和电缆箔，各自年需求量在3万吨一3.5万吨。除了空调、电缆、电力电容器等传统铝箔应用领域外，食品、医药、饮料、日化用品包装、建筑装饰等生活消费领域，正在支撑起一个潜力巨大的消费市场。双零箔、高档空调箔等高技术含量和高附加值产品成为今后的市场主流。与发达国家相比，医药、无菌包装及家用铝箔在国内的消费量相对较小，属铝箔的新兴市场，正处于快速增长阶段。
2.铭箔坯料
用于提供给铝箔粗轧机的坯料，其厚度规格为0. 3mm一0. 5mmo2002年国内铝箔坯料消费在5万吨左右。预计到2005年我国将需新增铝箔坯料约6万吨。加上原有生产能力，合计铝箔坯料需要量为11万吨；2010年国内铝箔坯料需求量估计将达20万吨左右。
3.制趁料
易拉罐制造用的金属材料主要是铝合金带材，少量为马口铁带材。铝质易拉罐从20世纪60年代诞生后，因与其它包装容器相比具有轻便、保质、可回收等独特优点，在包装行业中应用迅速增长，在饮料、啤酒包装市场占主导地位，目前在全球已形成庞大的生产规模。相应地，制罐料在世界范围内也成为重要的高精铝板带材消费领域。
易拉罐由罐体和罐盖两部分组成，铝罐体使用3004合金，厚度为0. 28mm一0. 35mm；罐盖使用5182合金，厚度为0. 28 mm一0.42mm 。罐盖除与铝罐体配套外，还与马口铁罐配套。
4. PS版基
PS版是一种预涂有感光层的可随时用于晒版的平印版，用于书刊、报纸等印刷。它由两部分组成：感光层和起支承作用的铝基板或版基。铝基材以其密度小、强度较高、耐磨性中等、亲水性强、稳定性高、加工成形性好、表面处理性能好、可回收性高等优点，成为一种相当理想的PS版基材料。用于用冷轧生产的铝PS版基厚度一般在0. 28mm左右，宽度有650mm、 790mm、 830mm、 920mm、970mm、 1000mm、 1130mm、1410mm等几种，主要合金品种为纯铝系（1050、 1060、 1070），还有少量用3003合金。
据统计，2000年，我国有感光PS版生产厂近32家，生产能力8328万平方米，实际生产5007.2万平方米，实际销售量为4902.8万平方米。
我国PS版生产起步较晚，但发展快，1990年仅生产了535 x104㎡，1997年上升为1770 x 104扩，2000年达到5007 x104扩，年均增长率高达25%。预计今后仍会以较快的速度发展，若递增率分别按15％和5％计算，到2005年国内PS版产量为10000 x104M2，2010年将达到12500 x 104M2。
5．防盗盖带材
我国白酒、葡萄酒、果酒、药酒生产企业数万家，产量在800万吨左右。目前有50％的白酒瓶使用铝防盗盖，其他酒类铝防盗盖的使用率约7％一8%。
我国现有防盗瓶盖生产厂160多家，从意大利、瑞士、美国、德国、韩国、荷兰等国引进的瓶盖生产线达几十条。全国防盗瓶盖生产能力约100亿只。平均每年共生产防盗盖80.0亿只，消耗铝带材3.0万吨。
6.建筑装饰用铝板带
用冷轧铝板带，经表面处理或复合，可以进一步深加工成建筑装饰用幕墙板或铝塑复合板。越来越多的高档建筑的外装饰使用铝装饰板进行装修。
7．幕靖板
主要用于高层建筑物的外装修。国外多用纯铝板，厚度为3mm一4mm。我国多采用3003铝合金板，厚度为2.5mm。幕墙板使用前需进行表面涂层处理，我国现有国产氟碳喷涂线10多条，进口生产线20多条，粉末喷涂生产线几十条，合计年消耗铝板材为2.5万吨。预测2005年（年增长7%）消耗铝板材3.5万吨；2010年（年增长5％）消耗铝板材达4.5万吨。
8.铝塑复合板
用0.2mm一0. 5mm厚的铝板带（合金为1100及3003）与塑料复合而成，复合板厚度为2mm -4mm，广泛用于建筑物的内外装修。从1993年生产铝塑复合板以来，国内约有40条生产线，总的生产能力为1600万平方米。年铝塑板产量超过1500万平方米，消耗铝板带3.3万吨。预测2005年铝塑板产量可达2250万平方米，需铝板带5.0万吨；2010年铝塑板产量可达3000万平方米，需铝板带6.6万吨。
9.铝合金车厢板
交通运输工具的轻量化，选用轻质材料是未来发展方向，汽车车身、车厢的铝化是汽车工业发展的趋势。据有关专家预测，未来10年内汽车工业用铝的比重将上升到87%.
10．空调箔涂层
对冷轧生产的铝空调箔进行涂层处理，可以进一步深加工成带亲水涂层的空调箔。随着空调质量的不断提高，越来越多的空调生产厂家使用涂层空调箔，预计其使用比例从目前的50％左右可提高到70％左右。
空调箔的厚度为0. 1 mm～0. 16mm，有光箔和涂层箔两大类，空调箔要求尺寸精度高、板形平整、卷材端面整齐。近年来，我国房间空调器产量增长很快，空调箔的消耗量随之大幅增加。
11.铝塑复合管
用冷轧铝板带，可以进一步深加工成铝塑复合管。铝塑复合管可用于供水管道、供热管道、煤气及天然气输送管道及船舶管道等，用途极为广泛。目前国内市场容量较大，生产厂家也较多。国内很多生产线是进口的，造价很高；而国产的生产线则非常便宜，适合私营企业投资。