中国的铝合金锻造产业

何梅琼

(西南铝业（集团）有限责任公司，重庆401326)

0 前言

锻造是一种古老的工艺，几乎与纯金属的规模化生产同时诞生，人类发现和使用金属的几千年历史都伴随着锻造技术的发展。锻造是机械制造工业的基础工艺之一，锻造零件在机械与装备中占有很重要的地位。但是在铝材中，锻件占的比例并不大，例如在1956-1983年的28年中，中国东北轻合金有限责任公司（下称东轻）共生产铝材2 335.8 kt，其中模锻件17.6 kt，自由锻件3.7 kt，分别占总量的0.75%、0.16%。工业发达国家相关企业所产锻件的占比稍大一些，但也不超过2%。

1 铝合金锻造产业的简明发展历程

世界铝合金锻件的工业化生产始于上世纪初，中国铝合金锻件的现代化工业生产始于1961 年东北轻合金有限责任公司二期工程锻压车间的建成，设计生产能力：模锻件3 700 t／a、自由锻件800 t／a。主要装备从苏联引进：100 MN 模锻机1台、50 MN模锻机1台、30 MN 模锻机1台、3 MN锻压机1台、靠模铣床2台。

西南铝业（集团）有限责任公司（以下简称西南铝）锻造厂拥有被誉为中国国宝的第一重型机器公司设计制造的8 柱立式300 MN 水压模锻机1 台、60 MN 立式自由锻造机1 台，锻件生产能力24.5 kt／a。现在该公司还有1 台自由锻压机、1 台5 000 mm径轴向数控轧环机，它们都是中国自行设计制造的首台铝合金锻造机。

近40 年是中国铝合金锻压工业大发展时期，2019 年中国可生产铝合金锻件的企业约35 家（不含车轮锻造厂），总生产能力约100 kt／a。目前中国已跻身铝锻件世界先进行列，是世界生产能力最大的国家之一，拥有全球最大的800 MN 锻压机，全国保有锻压机约140台，可生产国民经济建设所需的各种铝、镁、钛和高温合金钢、复合材料锻件，不但可以满足国内的需求，而且可以大量出口，西南铝与南山铝业股份有限公司生产的铝合金锻件已在成千上万架波音和空客飞机上获得应用。

以西南铝为代表的锻压工业不仅为中国“长征”系列火箭、“神舟”系列飞船、“嫦娥”系列探月卫星、“天宫”系列空间站及国产诸多机器提供了所需的模锻件、锻环等，还获得美国波音公司精密航空模锻件和锻坯生产许可证，法国BVAS 9100和美国PRI Nadcap热处理、超声波探伤及实验室认证。西南铝还取得了波音、空客公司、赛峰公司航空铝材供应商资格，通过了中国商飞公司质量体系审查认证。

2005 年11 月至2006 年2 月，西南铝为了提高300 MN 模锻水压机的自动化程度以提高劳动生产效率、降低劳动强度并提高产品质量，对其操控系统进行了全面的现代化改造，各项指标显示，改造工作全部达到了预定目标。

2013 年12 月西南铝生产的航空用特大型弧形模锻件通过用户各项技术检测达到使用标准，填补了国内在此锻件上的生产空白。此锻件是飞机上的关键零件，因其厚度薄、弧度大、易变形等特点，对模锻工艺要求很高，故属高技术含量、高附加值产品。特大型弧形模锻件的试制成功，不仅为西南铝生产特大型模锻件积累了宝贵的工作经验及试验数据，还极大地提升了西南铝对航空航天建设所需模锻件的保障能力。西南铝已建成7085 铝合金自由锻件生产线，生产能力1 000 件／a。

2 典型企业简介

铝合金锻造厂大致可分为三类：一是以生产航空航天、国防军工锻件为主的企业，如中国第二重型机械集团有限公司、南山铝业、贵州安大航安航空锻造有限责任公司、西安三角防务股份有限公司、东北轻合金有限责任公司、西南铝等；二是以生产汽车、摩托车锻件为主或是专业的汽车锻件企业，如神钢苏州铝业有限公司、渤海活塞股分有限公司、上海爱知缎造有限公司等；第三类是什么锻件都生产，但专业特点不甚明显，完全以当时的市场需求为主的企业，如一机集团富成锻造有限公司、包头汇众锻造铝合金有限公司等。中国典型铝锻造企业除前面介绍的西南铝外，还有如下的一些企业。

2.1 第二重型机械集团有限公司（以下简称二重）

二重锻压厂共有5 台锻造机，分别为800 MN、400 MN、200 MN、45 MN、16 MN 的各1 台，可以生产当前国民经济建设所需的高温合金、钢、钛合金、铝合金、镁合金的所有锻件，但铝合金锻件占75%以上，航空航天、国防军工用约占60%。二重的800 MN锻造机是世界锻造机的霸主，其锻造力比俄罗斯的750 MN的还大6.7%。

二重锻造厂产品包括航空航天器用超大型钛合金、超强钢和结构钢、高温合金、铝合金锻件等，产品覆盖航空、航天、能源、舰船动力系统以及轨道交通领域，是中国航空模锻件的主要供应商和航天基础装备功勋企业之一。公司具备完善的航空锻件设计制造能力，拥有完善的质量保证体系。在产品的锻造设计、制造、机械加工、热处理、酸洗、理化检验及模具加工制造等领域均具有领先优势。

2.2 南山铝业公司锻压公司

南山铝业锻压公司有4 台锻压机：2 台模锻机（125 MN 和500 MN），从德国新贝尔康普公司引进。这台500 MN模锻机为中国第二大模锻机；2台自由锻造机（25 MN 和6O MN），由德国韦普科海得里克公司设计制造，设计生产能力为14 kt／a。

在锻件生产应用方面，南山锻件公司与法国飞卓宇航合作成立了航空部件深加工生产线，为国内外主流飞机主机厂提供最适宜、准确的产品解决方案，真正实现资源共享、优势互补、互惠共赢；与罗罗再度达成锻件产品供货协议，产品供货范围进一步扩大。另外，南山铝业还与空客以及中国商飞等知名公司达成多项合作协议。

2.3 东轻锻造厂

东轻锻造厂1961 年投产，是中国第一个现代铝合金锻造厂，有4 台锻造机：100 MN、50 MN、30 MN 的模锻机各1 台，3 MN 的自由锻造机1台，设计模锻件生产能力3 700 t／a ，自由锻件的为800 kt／a。1962年生产了36 t模锻件，1972年开始生产自由锻件，当年模锻件产量1 122 t，自由锻件产量895 t。在1956-1983 年的28 年间共生产模锻件17 614 t，自由锻件372.8 t。

2.4 西安三角防务股份有限公司

西安三角防务股份有限公司有400 MN 模锻机与31.5 MN自由锻造机各1台。前者是目前世界上最大的单缸模锻机，是清华大学颜永年团队设计的，采用了国际一流的控制系统。清华大学以其在钢丝预应力缠绕领域40 余年的技术积累为基础，应用最先进的预应力钢丝缠绕部分一坎合技术设计而成，总体性能达到了世界先进水平，是中国“产学研”结合实践科技创新的典范工程。这台400 MN 大型模锻液压机是中国独立研发的，是拥有完全自主知识产权的锻造力≥200 MN 的13 台大型模锻机之一，具有刚性强、压力稳定、精度高、生产工艺范围广、批量锻件一致性好等特点，总体性能达到世界先进水平。

三角公司主营业务为航空航天、船舶、舰艇等领域的锻件产品的研发、生产、销售、服务，包括关键结构件和发动机盘件在内的各类大型模锻件和自由锻件。按产品功能的不同，公司的主要产品可分为大飞机机身结构件、起落架系统结构件、直升机结构件、发动机和燃气轮机盘类件。

该公司拥有雄厚的技术研发实力和生产制造能力，建有的“陕西航空大型部件锻压工程研究中心”和“西安市难变形材料成型工程技术研究中心”拥有一批从事军工锻造技术开发的专家和国家重点院校毕业的高素质青年人才，科研技术人员已形成新老搭配的梯队结构。

2.5 江西景航航空锻铸有限公司

经40 多年的产业实践，江西景航航空锻铸有限公司（下称景航）已具备较高水平的锻造生产能力，可生产单件质量在50 g～1 000 kg 的各类大、中、小型结构复杂、精度高、性能可靠的锻件，涉及各种牌号的铝合金、钛合金、合金钢、不锈钢等100 多种。公司能够熟练执行ASTM、 DIN、BS、API等国际标准，产品涉及航空器、舰船制造、高铁制造、汽车摩托车制造、矿山机械、石油机械等多个领域，与国内及国际诸多知名企业建立了良好的合作关系。有8 MN 电动螺旋锻造机，63 MN 摩擦压力机，63 MN 热模锻压力机，100 kN、30 kN、20 kN、10 kN模锻锤，30 kN、20 kN和750 kN自由锻锤，20 MN 油压机、5 MN 油压机，5 m 加工中心、3 m 加工中心、大型龙门铣、龙门刨等加工设备90台。可加工以下最大投影面积模锻件：1.2 m2铝合金、0.85 m2结构碳钢、0.65 m2钛合金、0.5 m2高温合金；可加工质量为800 kg 的模锻件和2 000 kg的自由锻件，以及铝合金、镁合金、钛合金等等温精锻，为沈飞、成飞、哈飞、上飞、成发等提供产品和服务。2018 年景航通过了航空工业Nadcap热处理现场审核。

2.6 贵州安大航空锻造有限责任公司

航空工业贵州安大航空锻造有限责任公司建于1966 年，是专门从事航空发动机、飞机和燃气轮机锻件生产的专业化企业，拥有各类加工、检测、试验设备千余台，成为向航空航天、舰船、汽车、石油化工、工程机械、电力等行业提供各类锻件、环轧件的供应商；具备辗环、轧盘、自由锻、热模锻、等温锻、闪光焊、模具加工、机械加工等系列生产线及先进的理化检测设备、质量保证体系；可生产高温合金、钛合金、铝合金、镁合金、不锈钢、合金结构钢等材料的锻件，产品已远销美国、加拿大、英国、德国、以色列和日本等国家。

贵州安大航空锻造有限责任公司是国内航空锻造行业主要企业之一，专业为国内外航空、航天、兵器、核电等领域提供优质锻件。公司具备难变形材料环锻件、盘锻件（等温锻／常规模锻）、轴类锻件、复杂飞机结构件等优质高端材料的研发实力，形成了多项核心技术，被工业与信息化部评为国内航空锻件领域单项冠军培育企业。

该公司在环锻件领域开创了国内轧制钛合金、高温合金航空环锻件的先例，是我国国防科技工业精密锻造与环轧技术创新中心唯一的应用依托单位，占据国内航空环锻件的70%以上的市场。公司具有一流的环锻件生产线，涵盖大中小型环锻件生产能力，其中民用航空环锻件生产线引进国际先进的精密数控辗环机、三工位大吨位压机、锻造机器人、以色列加热电炉等成套进口设备，为精密环锻件研发注入强大实力。

在近等温锻件领域，该公司在国内率先拥有10 MN、80 MN、250 MN 近等温锻生产线，并采用近等温锻技术生产出各类近等温锻盘件、近等温锻轴径类锻件、近等温锻异型锻件等。最大锻件可实现高温合金ϕ 1 500 mm盘锻件，投影面积1.8 m2结构件；钛合金ϕ 2 000 mm盘锻件，投影面积3 m2结构件。该公司在国内首次成功研制GH4169近等温锻涡轮盘，填补了国内空白。所研发的粉末盘等温锻造技术获原国防科工委科学技术二等奖，成果转化20余件。

在大型整体模锻件领域，公司凭借250 MN大型压机形成了大型飞机结构件的整体模锻能力，生产的航天铝基复合材料动环锻件（用于火箭捆绑支座）与直升机传动环锻件在国内属领先水平。

2.7 日本神钢苏州铝业有限公司

该公司位于苏州，是日本神户钢铁公司（占60%股份）、丰田贸易公司（占15%）和三井物业公司（占25%）合资建设的，注册资本3 770万美元，投资总额8 800万美元，建筑面积7 000 m2，员工250名。项目分两期建设，分别于2012年、2013年投产，各有1台63 MN模锻机，专业生产乘用车悬挂系统零件，共400 万件／a。锻造机等设备都是日本高新技术工业公司提供的。日本神户钢铁公司共有3个这样的锻造厂，分别位于日本、中国与美国。

汽车锻件通常多用曲柄压力机或螺旋压力机锻造，但最好用液压模锻机，压力为5～32 MN，锻件质量可从几十克至35 kg。现代自动化锻造生产线的生产能力可达几百万件／a，德国莱贝铝业公司与力拓－加铝公司各有一条自动化的汽车锻件生产线。

3 中国铝合金锻造公司

中国主要铝合金锻造公司（不含车轮锻造企业）简介见表1。

4 半固态模锻

半固态金属（SSM）加工技术是20 世纪70 年代美国研发的，其原理是在金属凝固过程中进行强力搅拌，打碎枝晶，在金属母熔体中获得一种均匀悬浮着一定量固相组分的固-液混合浆料（固相组分15%～60%）。该浆料具有很好的流动性，利用普通的加工工艺即可制成产品，被称为半固态加工或半固态模锻。

从工艺方面看，半固态模锻的成型温度低，模具寿命比压力铸造和液态模锻的长，变形阻力比液态模锻的小，可实现精密成形；从适应性方面看，适用于各种壁厚工件，而液态模锻不适用于薄壁件，压力铸造不适用厚壁工件。不过半固态模锻只适于大批量生产，工件数量宜大于60万件／a，另外增加了一道制坯工序，同时这道工序很关键，必须确保固相的等轴性和弥散均匀分布。半固态加工技术自问世以来，就受到世界模锻和铸造产业的高度关注。

半固态模锻设备属于液压机类型，既要有足够大的压力，又要有持续的作用时间。天津市锻压机床厂推出了两款半固态模锻机：TDY 33-200A 和TDY 33-315。它们的技术参数见表2。

表2 天津市锻压机床厂半固态模锻机的技术参数

2019 年中国采用半固态模锻工艺制造铝合金工件的企业大约有10 家，并且多数是生产车轮的。典型企业（不含车轮）或项目主要有：

（1）广州和德1 700 万件／a 汽车轻量化结构件项目，约合45 kt／a 半固态铝合金模锻件产能，达产后可实现销售收入25 亿元／a，利润总额5 亿元／a，税收1.5 亿元／a。该项目分期建设，一期规划投资2.1 亿元，计划2020 年10 月投产，有25台套挤压铸造机，形成年产380 万件精密结构件的产能。

（2）湖南文昌新材料科技股份有限公司的高硅铝合金半固态铸锭及高端零部件、碳化硅颗粒增强铝基制动盘已经在车用空调、轨道交通车辆领域得到规模化应用，替代了进口产品。

（3）华孚精密科技（马鞍山）有限公司轻金属精密合金产品制造项目（二期）已于2020年5月27 日在马鞍山举行了开工仪式，占地36 000 m2，预计2021年2月投产，是台资企业华孚科技股份有限公司投资建设的，采用半固态成形工艺为新能源汽车、医疗器械、通讯、运输等装备提供高端轻合金零部件。

（4）立中集团为中国第二大铝合金车轮生产企业，主要工艺为低压铸造法，也建成了半固态成形生产线，采用约含30%液体的6061 合金锭坯，模锻机为30 MN的。