該文是本刊幾年前特約唐教授撰寫的文章，現(xiàn)在微信上發(fā)表，您可參考一下，看鋁鎂合金鑄造行業(yè)的技術(shù)發(fā)展有多大的變化！
一、我國鎂合金鑄造的現(xiàn)狀及問題
鎂合金在汽車材料方面的應(yīng)用符合節(jié)能、降低污染氣體排放、資源再生利用以及清潔生產(chǎn)等環(huán)保要求，因此在全球范圍的應(yīng)用呈迅猛發(fā)展之勢。隨著加工技術(shù)的不斷發(fā)展以及生產(chǎn)成本逐漸降低，可循環(huán)再利用的鎂合金材料也逐漸受到以3C產(chǎn)品為代表的其他行業(yè)的青睞。
迄今為止，壓鑄（高壓鑄造，下同）占據(jù)著鎂合金結(jié)構(gòu)件制造得主導(dǎo)地位。進入21世紀，鎂合金壓鑄結(jié)構(gòu)件呈現(xiàn)出持續(xù)、快速的增長趨勢（見圖1）。隨著全球范圍內(nèi)解決環(huán)境問題的步伐加快，眾多行業(yè)對高性能鎂合金結(jié)構(gòu)件的需求更為強烈，由于塑性加工可進一步改善鎂合金的組織并提高其性能，因此在國際上日益受到人們的重視。
圖1 鎂合金壓鑄的發(fā)展
與鋁相似，生產(chǎn)鎂原料的能源消耗遠大于回收利用的能源消耗，因此鎂合金完全可以再循環(huán)利用。以鎂合金壓鑄為例，鎂合金錠除了用于鑄件之外還會產(chǎn)生其他消耗（見圖2），正規(guī)的鎂合金壓鑄工廠應(yīng)建立起完善的物料流動管控體系（見圖3），以最大限度地減少資源耗費。
圖2鎂合金鑄錠消耗
圖3鎂合金壓鑄廠物料流程
我國是鎂的資源大國，生產(chǎn)大國和出口大國，但我國的鎂工業(yè)目前尚屬于以犧牲資源和環(huán)境為代價的原料出口型工業(yè)，對鎂材料進行更深層次的利用是擺在我們面前的一個十分緊迫的任務(wù)。
我國生產(chǎn)的鑄造鎂合金及壓鑄件在3C產(chǎn)品方面有廣泛的應(yīng)用，除少數(shù)企業(yè)的之外，無論是鎂合金材料還是壓鑄都沒有達到可大批量生產(chǎn)高性能汽車零部件的水平，我國鎂產(chǎn)業(yè)正面臨著十分嚴峻的形勢和挑戰(zhàn)。
目前，我國鎂合金鑄造產(chǎn)業(yè)仍存在著許多著亟待解決的問題，主要歸納如下：
?。?）產(chǎn)業(yè)鏈需要完善和整合。原輔材料、合金材料、成形加工以及最終整機產(chǎn)品各個產(chǎn)業(yè)部門之間技術(shù)經(jīng)濟關(guān)聯(lián)松散，鎂產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)聚集還沒有形成集群優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需要不斷調(diào)整和優(yōu)化升級。以鎂合金壓鑄為例（見圖4），完善的產(chǎn)業(yè)鏈才會使鎂加工的循環(huán)再利用良性發(fā)展，而政府引導(dǎo)、行業(yè)推動、技術(shù)開發(fā)以及標準化建設(shè)則是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的根本。
圖4鎂合金壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈及循環(huán)再利用
?。?）合金材料綜合質(zhì)量差，鑄件檔次低。我國國防系統(tǒng)的大型鎂合金件一般采用砂型鑄造，而3C產(chǎn)品和汽車零部件主要采用壓鑄，還有少數(shù)臺資企業(yè)采用thixomolding工藝。汽車壓鑄件以代工為主，產(chǎn)品主要包括方向盤、儀表盤等。整體而言，鎂原材料質(zhì)量差、生產(chǎn)設(shè)備和工藝落后、技術(shù)開發(fā)能力低、核心技術(shù)缺失是制約高附加值鎂合金鑄件生產(chǎn)的根本因素。
（3）鑄造工藝裝備基礎(chǔ)條件差。工藝裝備不配套，模具設(shè)計與制造主要移植鋁合金鑄造，專業(yè)水平有待提高。原輔材料的生產(chǎn)設(shè)備簡陋、技術(shù)落后、測試手段短缺，原輔材料品種不一，質(zhì)量不穩(wěn)定。此外，我國的許多標準制定后多年不加修訂，給產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售等都帶來諸多不便。
?。?）環(huán)保、能耗問題嚴重。許多鎂合金廠及壓鑄廠由于經(jīng)營理念、生產(chǎn)工藝及裝備落后，生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量的有害氣體和粉塵，不僅嚴重污染環(huán)境，還有害人的健康。由于整體專業(yè)化程度、技術(shù)水平和管理水平低，產(chǎn)品能耗大、廢品率高，品質(zhì)較差。
?。?）技術(shù)落后，人才缺乏，新工藝新產(chǎn)品開發(fā)能力不足，產(chǎn)品附加值低、市場單一。高品質(zhì)的產(chǎn)品有賴于技術(shù)長期積累及核心能力形成，這也是開拓多元化市場的基礎(chǔ)。
?。?）目前還沒有建立起完善的鎂回收和再生體系。再生鎂無論是每噸消耗能量還是生產(chǎn)時產(chǎn)生的CO2量均比生產(chǎn)新鎂材料大幅度減少。所以從節(jié)能，省資源和環(huán)保諸方面看，鎂的回收再生是時代的要求。從技術(shù)層次上看，鎂的回收難度大于鋁，鑄造鎂合金行業(yè)應(yīng)從發(fā)展戰(zhàn)略的高度對此予以十足的重視。
二、我國鋁合金鑄造的現(xiàn)狀及發(fā)展
發(fā)達國家目前70%~90%的鋁鑄件用于汽車業(yè)，鋁合金鑄件對促進汽車輕量化具有重要的作用。自改革開放以來，隨著汽車業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國鋁合金鑄造業(yè)也取得了令人矚目的成績，正在邁向成熟發(fā)展。
但是，鋁合金的加工難度比鋼材高，成形性還有待繼續(xù)改善。除此以外，成本控制也是未來進一步擴大鑄造鋁合金應(yīng)用的重要研究課題。
（1）進一步提高自主創(chuàng)新能力和產(chǎn)品品質(zhì)。未來鋁合金鑄件將向著薄壁、形狀復(fù)雜、高性能、高品質(zhì)等方向發(fā)展。因此，傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)的改進和創(chuàng)新將成為鋁合金鑄造的重要任務(wù)（見圖5）。另外，鑄造技術(shù)的選擇和應(yīng)用要權(quán)衡生產(chǎn)成本、性能以及鑄件品質(zhì)，對于各個環(huán)節(jié)要統(tǒng)籌分析（見圖6）。
圖5 鋁合金鑄造技術(shù)的發(fā)展
圖6鑄造工藝對比
為了滿足高品質(zhì)鑄件的要求，與鑄造工藝匹配的合金改良及熔鑄技術(shù)開發(fā)必須要引起人們足夠的重視，而提高鋁液質(zhì)量仍然是鋁合金鑄造業(yè)關(guān)注的焦點問題。
?。?）縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，有效控制鑄件成本，擴大應(yīng)用范圍?？s短開發(fā)周期可以更好滿足用戶的需求和削減開發(fā)成本，以達到提高產(chǎn)品競爭力的目的。隨著計算機模擬技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，產(chǎn)品開發(fā)時間也大幅度減少，當(dāng)前以經(jīng)驗為主的開發(fā)模式未來也會隨之逐漸上升到理性主導(dǎo)。
（3）鋁回收再生的發(fā)展。近年來，隨著汽車鋁合金鑄造業(yè)的發(fā)展以及市場競爭的加劇，我國已相繼建立起現(xiàn)代化的二次鋁錠的生產(chǎn)基地，并引進了一批先進的設(shè)備。今后的研究課題是：開發(fā)從復(fù)合材料和混有異種材料的廢料中有效分離鋁的技術(shù)；建立起廣域的廢棄鋁料的經(jīng)濟回收社會體系；通過精煉技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，提高再生料在高性能鋁合金鑄件和壓鑄件中的應(yīng)用比例。
三、注重基礎(chǔ)研究占領(lǐng)國際競爭的制高點
今后，我國鋁鎂合金鑄造業(yè)的發(fā)展仍要以基礎(chǔ)研究為重點，為技術(shù)創(chuàng)新提供支撐，縮短與西方發(fā)達國家的差距，占領(lǐng)國際競爭的制高點。
?。?）材料及制備技術(shù)的開發(fā)。原料問題是波及整個鑄造界的問題，對應(yīng)的基礎(chǔ)研究成果和技術(shù)能反映出行業(yè)的研究開發(fā)水平。鑄造鋁合金應(yīng)側(cè)重于傳統(tǒng)鋁合金的改性以及熔體處理新技術(shù)的開發(fā)。例如，在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上，開發(fā)新的組織微細化技術(shù)，一方面可以擴大含有較高濃度雜質(zhì)元素的舊料的用途，另一方可以為高強度材料提供經(jīng)濟的制備工藝。鑄造鎂合金的種類很少，難以滿足未來越來越高的多元化要求，因此新合金材料的開發(fā)仍將會是鑄造鎂合金領(lǐng)域的主要課題（見圖7）。
圖7 鎂合金材料的研究開發(fā)方向
?。?）凈形化成形技術(shù)開發(fā)。傳統(tǒng)的加工技術(shù)對于鋁鎂合金件的精密化、輕量化和高集成化有很大的局限性，凈形化成形可以擴大鑄造零件的成本競爭力，進而獲得國際優(yōu)勢。除了半固態(tài)鑄造這類全新的加工方法與工藝的開發(fā)之外，要以節(jié)能、環(huán)保為目標重視傳統(tǒng)加工方法的改進與工序綜合（見圖8）。鎂合金的成形方法目前主要以壓鑄為主，隨著鎂合金在汽車上的應(yīng)用的增加，成形加工方法也逐漸趨于多樣化（見圖9）。
圖8 壓鑄技術(shù)的開發(fā)課題
圖9 鎂合金在汽車上的應(yīng)用與發(fā)展
?。?）無熱處理鑄造鋁鎂合金的開發(fā)。熱處理一般用于提高鋁鎂合金鑄件的強度和性能，但熱處理會增加消耗能量和生產(chǎn)周期，而且存在著尺寸變形和殘留應(yīng)力等問題，開發(fā)和熱處理產(chǎn)品具有同等力學(xué)性能的鋁鎂合金材料和工藝，對于減少設(shè)備投資、降低制造成本、降低能耗和排放具有十分重要的意義。
?。?）再生料的利用。在鋁鎂合金鑄件要求高性能的條件下，一般采用新合金而不使用舊料以確保滿足性能要求。為了構(gòu)建循環(huán)型社會，對鋁鎂合金再生料的利用是一項十分緊迫的人物。長期來看，為了維持需求和供給平衡，鋁鎂合金再生料最終要承擔(dān)部分新料的用途。因此，有效去除再生料中雜質(zhì)元素的精煉技術(shù)的開發(fā)具有長遠的意義。
?。?）大型、復(fù)雜、高精度鑄件生產(chǎn)技術(shù)。解決大型、關(guān)鍵設(shè)備零部件的鑄造技術(shù)，進一步拓展鋁、鎂合金鑄件在軌道車輛、電力、醫(yī)療、國防及航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用，積累強大的技術(shù)，提升技術(shù)實力。
?。?）改變傳統(tǒng)制造模式。通過科學(xué)技術(shù)進步和技術(shù)創(chuàng)新改變傳統(tǒng)單純追求規(guī)模的制造模式，滿足用戶對產(chǎn)品多樣化、個性化的要求，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)、精益生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)及全球制造。
結(jié)束語
未來鋁鎂合金產(chǎn)品和制造工藝的競爭力主要取決于其對整個環(huán)境產(chǎn)生的沖擊程度，貫穿于原料生產(chǎn)、制造、產(chǎn)品應(yīng)用及產(chǎn)品生命周期終結(jié)后的循環(huán)再利用等各個環(huán)節(jié)。因此，在積極推進綠色鑄造戰(zhàn)略實施的同時，我國鋁鎂合金鑄造必須增強自身核心競爭實力、完善產(chǎn)業(yè)鏈條、提高自主創(chuàng)新能力，以使中國從中低端產(chǎn)品的“加工工廠”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槭澜玟X鎂合金鑄造業(yè)的中心。
來源：《金屬加工（熱加工）》轉(zhuǎn)載請注明出處
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