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高强度铝合金替代铜、锌、不锈钢和铸铁的技术经济分析

浏览量:893  发布日期:2018-11-12

  经济回暖,铜、锌及不锈钢大幅度涨价时,铝则相对来说往往能保持价格的稳定;铸铁件由于其表面质量低、比重高,业内人士都希望能找到好的替代品。不光对于水暧器材和装饰行业,包括广阔的机械制造行业,用高强度变形铝合金代替铜与锌、铸铁,不但具有工业技术可行性,更会带来良好的经济效益。

1.  从综合机械性能看高强度变形铝合金对铜合金、锌合金、铸铁的替代

1.1抗拉强度的对比
  用量最多最广铜合金为HPb59-1黄铜,其抗拉强度为370-450Mpa。锌合金的抗拉强度则只有250-320Mpa。铸铁HT200、HT250抗拉强度则只有200-250Mpa,超300Mpa的少。 由于变形铝合金,如LD2-2(6070)、LD10(2014)、LD30(6061)、LD31(6063)、LY12(2024、2124)、LY16(2219)、LC4(7075)的抗拉强度在310-570Mpa之间。 对照下表可知,2024与2124牌号的抗拉强度恰好与黄铜的相对应,而6061变形铝合金的抗拉强度为310Mpa,可与锌合金相对而高于铸铁。

1.2硬度方面
  HPb59-1的硬度一般大于HB80,与6061的硬度HB95差不多,而2024、2124的硬度则大于HB135。 压铸锌合金的硬度为HB80-95,与6061的硬度HB95差不多。灰口铸铁的硬度为HBl70~240。

1.3延伸率方面
  HPb59-1挤压材的延伸率为10-16%,铸态的要比这个数值低,与6061、7075硬铝合金的10-12%相当。 压铸锌合金的延伸率只有1-2%,非常低。随便一种变形铝合金都要比它高得多。 灰口铸铁的延伸率几乎为零。

1.4抗腐蚀、阳极氧化与表面装饰处理比较
  与铝合金相比,黄铜与锌基合金的抗腐蚀性能差距较大,未加表面处理时,后者装饰性很不好,所以一般都需要用其它的表面处理方式如电镀等进行保护或装饰。 现时铝合金的镀装饰铬技术十分成熟,生产成本与铜、锌的镀装饰铬差不多。 变形铝合金经阳极氧化后,不但具有极好的抗腐蚀性,而且也有很好的装饰性。由于铝合金阳极氧化比镀铬成本更低,这种装饰性表面的竞争优势,使得它有不错的市场份额。

1.5焊接性能与成形工艺特点
  变形铝合金的另一个特点是可以焊接,这个性能是传统所有的铸造铝合金与铜、锌合金所不能比拟的。但变形铝合金一定要求要消除内部的气孔,所以,其成形工艺要求是挤或锻。 灰口铸铁的装饰性与可焊性就不能与铝合金相比了。


典型铝合金的机械性能(Typical Mechanical Properties)
5052-H112
175
195
60
12
5083-H112
180
211
65
14
6061-T651
310
276
95
12
7050-T7451
510
455
135
10
7075-T651
572
503
150
11
2024-T351
470
325
120 
20


2 经济性的简单分析
  因铜合金比重为铝合金的3倍,其单价是铝合金3.3倍,单位成本则为3.33×3=10倍。如能用变形铝合金代替铜合金,可降低成本80%,其效益无可比拟。
而锌的比重为铝合金的2倍,现时锌的售价约为铝的1.5倍高,单位成本2×1.5=3倍。用变形铝合金代替锌,可节约成本近一半。
  由于铸铁的比重为铝合金的三倍,现时普通铸造铝合金的吨售价不足其三倍,因此,同样尺寸的毛坯,铸铝件成本比铸铁的还要低,单价方面完全具有替代效应。而高强度铝合金的成本替代基本相同。对于使用商来说,相同的成本,能获得轻2/3重量的毛坯,本身就有很大的意义了。如再加上铝合金装饰、防腐等优势,高强度铝合金替代普通铸铁是完全以的。
用变形铝合金生产不锈钢类装饰制品,其生产成本也可降一半,有相近的意义。

3. 高强度变形铝合金毛坯的生产工艺
  由于我国连铸连锻技术取得了显著的进步,运用“挤压压铸模锻机”,不但能生产出压铸件结构一样复杂的变形铝合金毛坯,其车间成本相近,且生产出来的锻压毛坯,表面光洁度达到7级,内部金相为破碎组织,比传统铸造方法,还具有更好更高的综合机械性能。现已生产出包括极限运动摩托车、踏板车等高端装饰与耐冲击性产品,出口欧美等市场。
  因此,使用变形铝合金替代传统的铸造铝合金、铜合金、锌合金,甚至铸铁与不锈钢生产毛坯,其技术经济性都是完全可行的。
  从市场反馈的信息看,这已成为一种潮流与趋势了。