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中国铝业公司镁合金的生产和研究

发布时间:2018-05-14 10:29:15 来源:尚镁网 查看次数:

  摘要:本文介绍了中国铝业股份有限公司在合金生产和研究上的进展,主要涉及郑州轻金属研究院、洛阳铜业有限公司和东北轻合金有限责任公司三家下属单位。郑州轻金属研究院是中国最早进行合金研究的单位之一,主要进行高性能合金及其在航空航天中应用的研究,如超轻锂合金、高强耐热稀土合金、MB15(ZK61M)变形合金以及无溶剂熔炼工艺。洛阳铜业有限公司是中国重要的合金板带材生产和研发的单位,主要777娱乐官网为MB15(ZK61M)、MB8(ME20M)和MB2(AZ40M)中厚板和薄板,此外还开发了连续铸轧工艺。东北轻合金有限责任公司则主要进行合金挤压和锻造方面的生产和研究,同时进行少量熔铸777娱乐官网的生产。

  引言

  合金具有很多优点,如高比强度和比刚度,尺寸稳定性好,导热性好,良好的电磁屏蔽特性和抗振能力,容易回收等,正因为此,合金被广泛应用于航空航天、国防军工、交通运输和3C777娱乐官网产业,是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料[1-3]。此外,具有高度超国家的可获得性(地壳:2 wt.%或排第6位;海水:1.1 kg/m3或在溶解的矿物质中排第3位),随着很多金属矿产资源的日益枯竭,以其资源丰富而日益受到重视[4]。

  中国铝业公司作为中国有色金属生产和研发的重要单位,在合金行业特别是合金早期发展中拥有举足轻重的地位。本文介绍了中国铝业股份有限公司在合金生产和研究上的进展,主要涉及郑州轻金属研究院、洛阳铜业有限公司和东北轻合金有限责任公司三家下属单位。其中郑州轻金属研究院主要进行超轻Mg-Li合金、稀土合金和合金腐蚀与防护等方面研究,洛阳铜业主要进行合金板材的生产,东北轻合金有限责任公司主要进行合金管、棒、型材以及合金锻件的生产。

  中国铝业公司合金的生产和研发

  郑州轻金属研究院:郑州轻金属研究院是中国轻金属领域唯一的大型科研院所,是中国铝业的研发中心,为中国铝工业的快速发展做出巨大的贡献。其研发的硅热法炼技术实现了全球范围内电解工艺向还原工艺的过渡,确立了中国业连续十多年领先于世界的地位。

  郑州轻金属研究院是中国最早进行合金研究的单位之一,主要进行高性能合金及其在航空航天中应用的研究,如超轻Mg-Li合金、高强耐热稀土合金、MB15(ZK61M)变形合金以及无溶剂熔炼工艺。

  Mg-Li合金具有如下优势:①超轻、高比强度、高比模量;②优异的刚性;③导电、导热;④突出的减震性能;⑤优异的电磁屏蔽性能;⑥可焊接;⑦良好的机加工及冷成型性。郑州轻金属研究院主要研究其熔铸、合金化、变形加工、热处理、表面处理和安全防护,主要生产或研发的Mg-Li合金牌号有LA91、LA141、LZ91、MA21和MA18等,其密度在1.35~1.60之间,室温抗拉强度多数在200MPa左右,具体性能如表1所示,其力学性能达到或者优于美国或前苏联生产的锂合金。

  郑州轻金属研究院可生产高质量大尺寸规格锂合金铸锭,铸锭直径达500mm,并对铸锭进行了锻造、挤压和轧制等塑性加工,生产出锂合金锻造板坯、棒材和板材,如图1和图2所示。开发了多种锂合金零部件,客户包括多家军工和民用客户,广泛应用于航空航天、交通运输和3C777娱乐官网。

直径350mm的锂合金铸锭

郑州轻金属研究院Mg-Li合金箔材

  此外,郑州轻金属研究院还主要进行了如下研究:

  (1)高强耐热鎂稀土合金的研究,通过固溶强化、细晶强化和析出强化等手段,在2004年制备出抗拉强度大于400MPa的高强合金。

  (2)  MB15(ZK61M)等温锻造工艺,改善MB15(ZK61M)组织均匀性、挖掘其力学性能潜力,开发出高组织均匀性、高性能和低各向异性的MB15锻造合金。

  (3) 无溶剂熔炼工艺,选用高纯合金原料,以及军工级低钠低钾高纯锂锭,通过无熔剂真空熔铸工艺生产的合金,降低了铸锭金属杂质元素含量和减少非金属夹杂数量,与普通熔炼工艺相比,具有塑性高,耐蚀性好等特点。

   洛阳铜业有限公司:洛阳铜业有限公司是中国第一家生产合金板带的企业,是中国重要的合金板带材生产和研发的单位,1965年2月开始试生产板,一直到上世纪末中国可生产板的企业仅此一家,为中国国防和国民经济发展做出突出的贡献。主要设备:1600mm可逆热轧机,800mm冷(温)轧机,年产能500吨,累计产量10000吨。主要777娱乐官网为AZ31、ZK60和ME20中厚板和薄板.

洛阳铜业有限公司生产的合金中板

  此外还开发了AZ31连续铸轧工艺,使中国成为继德国、澳大利亚之后第三个掌握该技术的国家,并对采用铸轧坯和热轧坯经冷(温)轧制后的板材性能进行了深入研究,如表5所示,铸轧坯生产的板材强度较高而塑性较低。

  东北轻合金有限责任公司:东北轻合金有限责任公司是中国第一个生产变形合金材的企业。1958年铸出中国第一个合格的变形合金铸锭,开始合金加工材的生产,主要进行合金挤压和锻造方面的生产。近50年来为国防军工部门提供了急需的各种合金管、棒、型材,同时也生产了小规格的挤压板、片、条材。此外,东北轻合金有限责任公司还进行少量合金锭的生产和试制,最近在工业化条件下采用半连续铸造方式成功制备出超高强韧 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金铸锭,直径达500mm,是国内外媒体公开报道的最大尺寸稀土合金铸锭。

  轨道交通工具减重可带来更高的性能,还可降低车辆运行的能源消耗,现在的铝合金车体的大量采用已经达到了一个极限, 轻质高强合金在高速轨道车辆领域有着广泛的应用前景。东北轻合金有限责任公司重点开发四种类型的交通用合金:①低成本超高强防燃变形合金;②低成本可高速成型高强韧变形合金;③低成本高阻尼高强度合金;④低成本高导热易成形合金。如其针对民用交通运输工具,开发了不含稀土的低成本超高强防燃耐蚀合金,其屈服强度可超过400MPa,与含大量昂贵稀土的超高强稀土合金相当,在轨道交通工具上有广泛的应用前景,如表7所示。

  结论

  中国铝业股份有限公司在合金生产和研究上涉及三家下属单位。其中,郑州轻金属研究院主要进行高性能合金及其在航空航天中应用的研究,如超轻锂合金、高强耐热稀土合金、MB15(ZK61M)变形合金以及无溶剂熔炼工艺。洛阳铜业有限公司是中国重要的合金板带材生产和研发的单位,主要777娱乐官网为MB15(ZK61M)、MB8(ME20M)和MB2(AZ40M)中厚板和薄板,此外还开发了连续铸轧工艺。东北轻合金有限责任公司则主要进行合金型材的挤压及合金锻件的生产。

  致谢

       作者非常感谢洛阳铜业有限公司和东北轻合金有限责任公司的同行专家提供大量的素材和数据。

  参考文献

  [1] I.J. Polmear, Magnesium alloys and applications, Mater. Sci. Technol., 1994,10(1): 1-16.

  [2]Trevor B Abbott, Magnesium: industrial and research developments over the last15 years, Corrosion, 2014, 71(2): 120-127.

  [3]Michael M Avedesian, Hugh Baker, ASM specialty handbook: magnesium andmagnesium alloys, ASM international Materials Park, OH1999.

  [4]Robert W Cahn, Peter Haasen, Edward J Kramer, Materials Science and Technology:a Comprehensive Treatment. Vol. 8. Structure and Properties of NonferrousAlloys, VCH Verlagsgesellschaft mbH, P. O. Box 10 11 61, Weinheim, D-69451,Germany, 1996.

  (作者:郑州轻金属研究院 肖阳 博士、纪大伟)

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