金屬鍛造是一種古老的工藝,幾乎與人類(lèi)使用金屬材料同時(shí)誕生，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)與使用金屬的幾千年歷史都伴隨著鍛造技術(shù)的發(fā)展，電解法提取鋁始于1888年，可是此前的拿破侖時(shí)代就用手工錘鍛法以化學(xué)法提取的少量鋁為皇室制造器皿和玩具，當(dāng)時(shí)鋁的價(jià)格比黃金還貴。
鋁的機(jī)械化鍛造始于19世紀(jì)末和20世紀(jì)初歐美國(guó)家。中國(guó)鋁合金鍛造工業(yè)基本是解放后發(fā)展起來(lái)的。1961年，哈爾濱鋁加工廠(chǎng)（現(xiàn)在的東北輕合金有限責(zé)任公司）二期項(xiàng)目鍛壓車(chē)間建成投產(chǎn)，開(kāi)中國(guó)有現(xiàn)代化鋁鍛造工業(yè)的先河，有從蘇聯(lián)引進(jìn)的100MN、50MN、30MN模鍛機(jī)各1臺(tái)，3MN自由鍛造機(jī)1臺(tái)，靠模銑床2臺(tái)，模鍛件設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力370萬(wàn)噸/年，自由鍛件生產(chǎn)能力800噸/年，產(chǎn)品主要為航空工業(yè)服務(wù)。1962年生產(chǎn)了36噸模鍛件，1972年開(kāi)始生產(chǎn)自由鍛件。到1983年，哈爾濱鋁加工廠(chǎng)共生產(chǎn)模鍛件1.76萬(wàn)噸，自由鍛件372.8噸，生產(chǎn)能力20.2噸/（MN·a）。
1973年，西南鋁加工廠(chǎng)（現(xiàn)在的西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司）300MN模鍛水壓機(jī)第三次試車(chē)成功，模鍛件設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2500噸/年。1974年，首批轟六框架H81下線(xiàn)。有八柱立式300MN模鍛水壓機(jī)和60MN立式自由鍛造機(jī)各1臺(tái)，它們都是第一重型機(jī)器制造廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造的。后來(lái)擴(kuò)建，增加了一臺(tái)100MN自由鍛油壓機(jī)、100MN多向模鍛水壓機(jī)、500mm徑軸向數(shù)控軋環(huán)機(jī)，鍛件生產(chǎn)能力達(dá)68t/（MN·a）。
改革開(kāi)放前，中國(guó)冶金系統(tǒng)建成的鋁合金鍛造企業(yè)就是上述兩廠(chǎng)。另外，航空航天系統(tǒng)建成了4個(gè)鍛造廠(chǎng)。
1966年投產(chǎn)的貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司，有引進(jìn)的10MN、80MN、250MN等溫模鍛機(jī)各1臺(tái)，環(huán)軋機(jī)1臺(tái)，鍛件生產(chǎn)能力5200噸/年。
1970年投產(chǎn)的陜西興平鍛造廠(chǎng)（原148廠(chǎng)），有200MN模鍛機(jī)1臺(tái)，15kN、20kN、50kN、100kN鍛造機(jī)各1臺(tái)，全部國(guó)產(chǎn)，鍛件生產(chǎn)能力9500噸/年。
1968年投產(chǎn)的漢中群峰機(jī)械制造有限公司，總鍛造力93.8MN，有國(guó)產(chǎn)40MN、25MN、12.5MN、6.3MN的各1臺(tái)，還有3臺(tái)鍛造力更小的自由鍛造機(jī)，生產(chǎn)能力約405噸/年。
1970年投產(chǎn)的江西景航航空鍛鑄有限公司，有63MN摩擦壓力機(jī)與模鍛機(jī)各1臺(tái)，80MN及10MN模鍛機(jī)各1臺(tái)，其它小型鍛造機(jī)7臺(tái)，都是中國(guó)設(shè)計(jì)制造的，總鍛造力246MN，總生產(chǎn)能力1.11萬(wàn)噸/年。
據(jù)調(diào)查，截至2020年12月，中國(guó)約有40家鋁合金鍛造廠(chǎng)（不含車(chē)輪的），約有115臺(tái)鍛造機(jī)，總鍛造力約8000MN，鍛件生產(chǎn)能力總計(jì)約36萬(wàn)噸/年。據(jù)估算，設(shè)備開(kāi)工率僅約60%，因此2020年的實(shí)際產(chǎn)量?jī)H21.6萬(wàn)噸，不但滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)需求，還有少量出口。
鍛造產(chǎn)業(yè)躋身世界大國(guó)行列
2020年，中國(guó)鋁鍛件與沖擠件（forgingsandImpacts）的產(chǎn)量約34萬(wàn)噸，鋁材產(chǎn)量3600萬(wàn)噸（筆者數(shù)據(jù)），鍛件產(chǎn)量占鋁材總產(chǎn)量的0.94%，比美國(guó)的1%稍小一些，因?yàn)橹袊?guó)航空航天鍛件的產(chǎn)量比美國(guó)的少，但也說(shuō)明中國(guó)鋁材的結(jié)構(gòu)很合理，鍛件占的比例與發(fā)達(dá)國(guó)家的很接近，可以說(shuō)中國(guó)與美國(guó)鋁合金鍛件在鋁材總產(chǎn)量中的占比幾乎相等。2020年，中國(guó)鋁合金鍛件產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的48%，美國(guó)的產(chǎn)量只有中國(guó)產(chǎn)量的68%。中國(guó)穩(wěn)居世界鋁合金鍛件與沖擠件產(chǎn)量第一大國(guó)，美國(guó)第二，日本第三，德國(guó)第四，俄羅斯第五。俄羅斯航空航天鍛件的產(chǎn)量雖比日本和德國(guó)的大，但其它鍛件卻少得多。
中國(guó)擁有世界上最多的大鍛造機(jī)，我們可把鍛造力在100MN到500MN之間的鍛造機(jī)定義為大鍛造機(jī)，把鍛造力大于500MN的定義為重型或超大鍛造機(jī)。截至2020年12月，中國(guó)擁有大鍛造機(jī)約21臺(tái)；重型鍛造機(jī)3臺(tái)，它們是中國(guó)二重集團(tuán)的800MN模鍛機(jī)，南山鋁業(yè)的500MN模鍛機(jī)，山東航橋新材料的500MN模鍛機(jī)。800MN模鍛機(jī)，是全球獨(dú)一無(wú)二的，是天下鍛壓機(jī)的“航母”，是四川德陽(yáng)第二重型機(jī)械集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)制造的，安于該公司的鍛造廠(chǎng)內(nèi)，自2003年投產(chǎn)以來(lái)，一直運(yùn)轉(zhuǎn)正常，為祖國(guó)航空航天工業(yè)等提供了大批優(yōu)質(zhì)的鋁合金和鈦合金鍛件，該公司還有400MN、200MN、45MN、16MN鍛造機(jī)各1臺(tái)，鍛造機(jī)的這種配置結(jié)構(gòu)極為合理。在重型模鍛機(jī)中，俄羅斯有2臺(tái)750MN的，法國(guó)有1臺(tái)650MN的。二重鍛壓廠(chǎng)是中國(guó)最大的鍛壓企業(yè)，鍛壓機(jī)的總鍛壓力1461MN。
南山鋁業(yè)有4臺(tái)鍛壓機(jī)，2015年12月以來(lái)陸續(xù)投產(chǎn)，是中國(guó)2015年以后新建的最大與最先進(jìn)的，由法國(guó)設(shè)計(jì)，在中國(guó)建的鋁加工廠(chǎng)中，這也是首次，所有鍛造設(shè)備全從德國(guó)引進(jìn)。其中125MN、500MN鍛壓機(jī)各1臺(tái)，由德國(guó)新貝爾康普公司（Siempelkamp）制造，于2016年上半年安裝調(diào)試完畢。還有25MN、60MN自由鍛造機(jī)各1臺(tái)，從德國(guó)韋普科海底里克公司（Wepukohypdiulik）引進(jìn)。項(xiàng)目總鍛造力710MN，設(shè)計(jì)鍛件生產(chǎn)能力1.4萬(wàn)噸/年，即約20噸/（a·MN）。此前，南山鋁業(yè)與法國(guó)賽峰公司、英國(guó)羅羅公司進(jìn)行了很好的合作，向前者交付了首批B737機(jī)輪，成為中國(guó)唯一能為民航飛機(jī)提供鍛造機(jī)輪的企業(yè)；與后者合作推進(jìn)了軸類(lèi)鍛件產(chǎn)品的認(rèn)證，完成了羅羅公司某型號(hào)盤(pán)、軸件COSAP檢測(cè)。
第三大鍛造廠(chǎng)是山東航橋航空材料有限公司，2016年8月投產(chǎn)，是北京航空材料研究院與魏橋鋁電有限公司的合資企業(yè)，有1臺(tái)500MN自由鍛造機(jī)，是第一重型機(jī)器制造公司提供的；36MN、25MN、16MN模鍛機(jī)各1臺(tái)；全是天津鍛壓設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)制造的。公司鍛壓機(jī)的總鍛壓力577MN，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1萬(wàn)噸/年，即約17.3噸/（a·MN）。由以上所述可知，國(guó)產(chǎn)鍛壓機(jī)的單位擠壓力年生產(chǎn)能力方面與引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備相比還是有一些差距，但差距不大。
西北鋁業(yè)有限責(zé)任公司為南昌艦聲納系統(tǒng)提供了高精度鋁合金鍛件，鋁合金特別是5系合金對(duì)海水和海洋環(huán)境有很強(qiáng)的抗腐蝕性能，是制造海洋裝備結(jié)構(gòu)件與岸基設(shè)施首選材料之一。西北鋁為我國(guó)南昌艦的“水下之眼”海底聲吶系統(tǒng)提供了高精度高質(zhì)量的鋁鍛件產(chǎn)品。
鍛造加工有利于產(chǎn)品的工藝優(yōu)化，能改善其組織結(jié)構(gòu)，具有晶粒較細(xì)、大小均勻的特點(diǎn)，經(jīng)熱加工后變形抗力減小，提高了金屬的塑性和力學(xué)性能，并具有良好的耐腐性、導(dǎo)熱性和非磁性，能夠滿(mǎn)足特殊產(chǎn)品所需要的特性。為滿(mǎn)足精密鍛件生產(chǎn)需要，西北鋁引進(jìn)了8MN鍛壓機(jī)，研發(fā)和生產(chǎn)部門(mén)密切配合，上下聯(lián)動(dòng)，從模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品試制、工藝完善到形成批量化生產(chǎn)逐層攻關(guān)，為中船重工提供了兩種規(guī)格近5000件鋁鍛件產(chǎn)品。
中國(guó)鋁合金鍛件
向世界航空航天領(lǐng)域挺進(jìn)
自1961年，東北輕合金有限責(zé)任公司鍛造車(chē)間投產(chǎn)以來(lái)，我國(guó)已建成約40家有一定規(guī)模的為航空航天工業(yè)和通用制造工業(yè)服務(wù)的鋁合金鍛造廠(chǎng)（不含車(chē)輪廠(chǎng)），為它們提供所需輕合金鍛件的同時(shí)，還在積極砥礪前行走向世界，取得了可喜的成就。
近十幾年來(lái)，西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)公司的鍛件成功進(jìn)入美國(guó)波音公司、歐洲空客公司的供應(yīng)圈，所產(chǎn)鍛件成功地裝上了它們生產(chǎn)的成千上萬(wàn)的航天器，翱翔藍(lán)天，飛遍天涯海角。
今年1月，貴州安大航空鍛造有限公司在英國(guó)羅羅公司舉行的全球環(huán)鍛件及機(jī)匣項(xiàng)目競(jìng)標(biāo)會(huì)議上，取得全球第三、中國(guó)地區(qū)第一的訂單份額成績(jī)，為安大國(guó)際民用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展譜寫(xiě)新篇章。
此次競(jìng)標(biāo)是繼今年羅羅公司全球機(jī)加件競(jìng)標(biāo)后舉行的環(huán)鍛件及機(jī)匣競(jìng)標(biāo)項(xiàng)目，安大作為羅羅公司戰(zhàn)略鍛件供應(yīng)商應(yīng)邀參加。在公司領(lǐng)導(dǎo)的高度重視和安排部署下，安大競(jìng)標(biāo)團(tuán)隊(duì)幾個(gè)月前就開(kāi)始分組整理競(jìng)標(biāo)技術(shù)方案、生產(chǎn)能力情況、數(shù)字化達(dá)標(biāo)情況、價(jià)格調(diào)整方案等競(jìng)標(biāo)資料，為正式競(jìng)標(biāo)做好準(zhǔn)備。在正式競(jìng)標(biāo)的一周內(nèi)，由于時(shí)差原因，團(tuán)隊(duì)成員每天從下午五時(shí)一直忙到次日凌晨，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議方式向羅羅公司招標(biāo)團(tuán)隊(duì)陳述競(jìng)標(biāo)資料，連續(xù)每天近16小時(shí)的高強(qiáng)度工作，最終，成功中標(biāo)。
近年來(lái)，圍繞建成中國(guó)特種鍛造基地、打造世界級(jí)航天鍛件供應(yīng)商的企業(yè)發(fā)展愿景，安大依托專(zhuān)業(yè)鍛造核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以民用航空等外貿(mào)領(lǐng)域?yàn)橥黄瓶?，積極探索和深化與全球知名裝備制造企業(yè)的合作，現(xiàn)已發(fā)展成為英國(guó)羅羅、美國(guó)GE、西班牙ITP、法國(guó)賽峰、日本IHI等20多個(gè)國(guó)際知名企業(yè)的民用航空鍛件產(chǎn)品的重要供應(yīng)商。
宏潤(rùn)首次用噴射成形錠擠出
大直徑鍛造坯料
今年1月下旬，河北宏潤(rùn)核裝備科技股份有限公司與江蘇豪然噴射成形合金有限公司合作，用其噴射成形的鋁-鋰合金錠擠壓成功用于制造高端航空航天鍛件的大直徑坯料，還成功擠出了大直徑管材。
此前，鋁-鋰合金大型鍛件只有美國(guó)和俄羅斯具備較為成熟的生產(chǎn)能力，該鋁-鋰合金材料的成功擠壓，為我國(guó)鋁-鋰合金行業(yè)發(fā)展及輕量化產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
“這種材料比純鋁材料還要輕3%，但是通過(guò)擠壓成型后，它的強(qiáng)度提高了6%，而且產(chǎn)品附加值高，僅僅完成的大直徑鋁-鋰合金棒材及管材這一項(xiàng)業(yè)務(wù)，就能為企業(yè)創(chuàng)造近800萬(wàn)元利潤(rùn)。”河北宏潤(rùn)核裝備科技股份有限公司生產(chǎn)副總經(jīng)理李福海介紹說(shuō)。大直徑鋁-鋰合金棒材，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)4～7m直徑鋁合金環(huán)形鍛件高精度高性能設(shè)計(jì)制造提供了有力保障，也為企業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，拓寬了發(fā)展領(lǐng)域。
據(jù)悉，鋁-鋰合金大型鍛件擠壓棒坯由該公司與江蘇豪然噴射成形合金有限公司共同合作完成，這是該公司繼2020年以來(lái)完成四代核電快堆壓力管、核級(jí)P11 1079mm管、316H  1020mm管、650℃高溫G115科研三通、P92鋼管、鎳基合金棒材、7075大口徑鋁合金擠壓成形產(chǎn)品等多項(xiàng)特殊產(chǎn)品后的又一創(chuàng)新力作。江蘇豪然噴射成形合金有限公司是目前國(guó)內(nèi)首家專(zhuān)業(yè)從事噴射成形高性能合金研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售的高新技術(shù)企業(yè)，工業(yè)化生產(chǎn)航空航天、先進(jìn)工業(yè)等高端領(lǐng)域亟需的關(guān)鍵合金材料，主要包括鋁合金、硅-鋁電子封裝材料、合金鋼、鋁-鋰合金等。
群星燦爛的鍛造鋁合金
鋁合金具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，因此其鍛件具有等同的優(yōu)秀性能，諸如：低的密度，鋁合金的密度只有鋼的34%，銅的30%，因此等強(qiáng)度鋁合金鍛件質(zhì)量只有鋼鍛件的54%；比強(qiáng)度、比剛度、比彈性模量大，疲勞強(qiáng)度高；顯微組織細(xì)密均勻，很少有可見(jiàn)的缺陷，其可靠性遠(yuǎn)高于鑄件及壓鑄件；良好的成形性，可鍛成種種形狀復(fù)雜的鍛件；高強(qiáng)的抗蝕性，良好的導(dǎo)熱性，又無(wú)磁性，遠(yuǎn)優(yōu)于鋼鍛件；表面性能良好，亮麗光潔，還有優(yōu)秀的表面處理性能（常用的鍛造鋁合金特性及典型應(yīng)用見(jiàn)下表）。

鍛造鋁合金特性及其典型應(yīng)用

續(xù)上表

注：A — 優(yōu)，B — 良，C — 一般，D — 差。