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摘要：金属材料多种多样，不同金属材料其性能又各不相同，一些金属材料具有高强度、加工方便、优良减震性能等诸多优点，目前已经广泛应用于我国各行各业当中，例如高速列车、汽车电子、航空航天、大型工业设备等。首先对挤压铸造成形技术进行分析，然后举例描述挤压成形技术在金属材料上的应用，最后分析金属材料挤压铸造未来发展趋势。
关键词：金属材料；挤压铸造成形；应用
一、挤压铸造技术概述
挤压铸造技术自30年代前问世，至今已有八十多年历史。我国也是研究挤压铸造技术较早的国家之一，从50年代开始至今已有六十多年，其发展历程从工艺探索、理论研究、生产应用、快速发展、平稳发展再到快速发展几个阶段。
挤压铸造根据具体工作形式又可以称作液态模锻，简单来讲挤压铸造技术就是将金属液化后注入提前制作好的模型，通过施加高压使液态金属在机械压力下凝固，逐渐成型的技术。挤压铸造有许多优势，和其他常用铸造模式相比，首先挤压铸材料选择范围广，可以选择铝合金、镁合金、钛合金等；其次，对于金属的利用率十分高，直接挤压铸造可以将金属利用率控制在95%以上；另外，挤压铸造成形的铸件组织均匀、表面光滑、精度高、力学性能优良。和另外一种工业上经常使用的苏醒成形法对比，挤压铸造成形技术过程简单、成形效果好、可以制造复杂形状零件等优势。挤压铸造成形技术在金属材料上的使用已经广泛应用于各行各业之中，例如高速列车，航空航天、汽车家电等领域。
二、挤压铸造成形技术分类
挤压铸造成形技术工艺流程一般是铸型准备-浇筑-加压-取件四个步骤。根据实际加压方式不同，挤压铸造成形技术可以分为两种，一种是起步较早的直接挤压铸造成形技术，于此相对的就是起步较晚的间接挤压铸造成形技术。通过分析可以发现两者明显的不同之处，直接挤压铸造成形技术是利用直接挤压产生压力，合型操作过程直接通过挤压铸形，使液体金属填满整个腔体，然后继续升压并且保持压力直到液态金属全部凝固为止。此时，液态金属已经凝固为需要铸件。直接挤压铸造成形技术是将压力直接施加到整个铸件表面，此种方法和金属模锻类似，加压效果好，塑形变形大，不需要浇冒口。
间接挤压工艺和压铸工艺有所相似，都是通过挤压形成冲头，这种方式除了将金属压入型腔外，还要通过内浇道将压力作用在铸件上面，这种方法形成的铸件尺寸精度高。通过分析可以看出间接挤压铸造成形只是通过冲头加压于铸件的一部分，所以这种方式和直接挤压铸造的缺点是加压效果会比较差，另外铸件上还要有内浇道以及料柄，所以金属利用率就低于直接挤压铸造形式，间接挤压铸造用于产量大、形状复杂铸件较为合适。
三、金属材料挤压铸造技术概述
1、铝合金材料
在铝合金铸造材料中，最先得到广泛应用的是AL-Si系合金，以其极佳的铸造性能最先得到重视。在铸造材料中，一般还会借助Mg，52Mn，Cu等来改善材料的性能；另外，Al-Cu系合金在挤压铸造工艺中也备受关注，因为该合金的铸造性强，挤压铸造技术可以使这一系类的合金子的力学性能得到提高，再加上外在微量元素和优化合金化元素的加入，使整个合金性能进一步提高；A-U5GT具有较高的纯度，历史悠久，应用也最广，主要是在Al-Cu的二元合金基础上加了Ti和Mg元素形成，因此它的力学性能比一般材料更好。
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2、金属基复合材料
金属基复合材料的主要制备方法就是挤压铸造，在这方面国内外的文献综述相对较多。这种技术有着一下特点：（1）加强金属材料的流动性，有利于间隙之间的填充，使铸造构件的组织更为紧密均匀；（2）在挤压铸造过程中，缩短了熔融金属与增强体之间的接触时间，有助于其界面的复合；（3）金属基复合材料在挤压铸造过程中具有极强的自由性，既可以采用AL、Zn、Mg作为基体材料，也可以用颗粒、纤维等；（4）既可以用于简单零件的锭坯制备，也可用于高难度的零件制造；（5）生产成本较低，容易实现大规模的工业化生产，综合性能优良、制备过程简单，因此其应用也最广泛。
四、理论概括
影响挤压铸造成形能力的因素很多，主要是工件几何特征、挤压铸造材料本身、挤压铸造模具和挤压铸造工艺参数4方面。工件几何特征方面，可以归纳为工件最小壁厚、最大轮廓尺寸以及壁厚变化的顺序性3方面。合金材料方面，材料的比热容、导热系数、结晶潜热、密度都会影响成形过程的降温速度，进而影响成形能力，其影响规律是：所有加速金属熔体在成形过程降温的因素都能降低成形能力，相反，所有延缓金属熔体在成形过程降温的因素都能提高成形能力；此外，合金材料的粘度、凝固特性和固相形貌都会影响金属熔体的高温流变性能，进而影响成形能力，其影响规律是：所有提高合金熔体流变抗力的因素都将降低成形能力，如高粘度、糊状凝固、发达的树枝晶等；相反，所有降低合金熔体流变抗力的因素都将提高成形能力。模具方面，模具材料、模具温度、涂料种类和厚度、表面粗糙度等都会一定程度上影响材料的成形能力。所有加大金属熔体在模具型腔内的流变阻力和加速金属熔体流变过程降温的因素都将降低挤压铸造成形能力，如高导热的模具材料、较低的模具温度、导热性涂料、较薄的涂料层、粗糙的表面等都会降低挤压铸造成形能力。
挤压铸造工艺方面的影响因素主要是开始加压时间、挤压力、压头速度、保压时间等。其影响规律是：开始加压时间越长成形能力越差；挤压力越大，成形能力越好；压头速度越快，成形能力越好。一般来说，保压时间对成形能力的影响作用不大，只有在凝固时间很长的情况下才能表现出一定影响，保压时间延长，成形能力略有提高。
在金属材料成形工艺技术方面，由于部分过于复杂、过大的零件在凝固方面有很大的条件差距，要进一步优化材料成形技术，使零件铸造得均匀性和零件组织得到完善和性能的提高，并对铸造过程中所存在的难以进行完善得问题进行精确地控。除此之外，由于大型构件的铸造需要过高的成本、较长的时间，所以要将模拟技术的开发作为重要的铸造模型优化技术，进行开发和运用。
在金属材料挤压铸造过程中，要保证零件铸造的高精度和高效率，铸造机械设备是最基本的前提，因此要研究适用性广、大吨位、高效控制力的新型合索模结构，从以上方面进行新的挤压铸造技术设备的开发。
结语
挤压铸造作为铸锻结合的先进成形工艺技术，必将替代部分锻造工艺，生产那些由于锻造成形困难，而用一般铸造无法达到性能要求的制件。挤压铸造成形技术在金属材料中的应用有利于大幅度实现节能、节材，降低成本．可大幅降低对原材料杂质的限制，促进可持续发展。但同时，加大投入开发我国自主知识产权的挤压铸造设备及工艺是提高我国挤压铸造水平的有效途径，也是我国挤压铸造行业发展的当务之急。
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论文作者:于飞,郭志成
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第35期
论文发表时间:2017/3/30
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