论文部分内容阅读
[摘 要] 本文介绍了铝及铝合金的特点，介绍了铝合金在材料、性能和加工制造方面的发展方向，讨论了铝合金的各种加工性能和环境影响 ，介绍了铝合金塑性加工技术的最新进展。
[关键词]铝合金；制备；加工；塑形成形；
引言
从进入21世纪以来，世界铝及铝加工取得了迅猛的发展，铝及铝加工技术进入了一个崭新的发展时期，并广泛应用于机械、汽车、轨道交通、船舶、建筑、桥梁、化工、电力、电子、仪表、五金以及家庭生活用品等各个领域。而通常所采用的压铸工艺生产的铝合金零件已达不到现有的高性能需求，且该工艺必须消耗一定的浇口肥料，材料利用率较低，在应用上受到了一定限制。在这个背景下，铝合金塑性加工技术越来越受到人们的重视，该技术是利用铝合金的良好塑性，在一定的温度、速度条件下，施加各种形式的外力，克服金属对于变形的抵抗，使其产生塑性变形，从而得到各种形状、规格尺寸和组织性能的铝合金板、带、条、箔、管、棒、型、线和锻件等的加工方法。
1.铝合金的塑性加工技术
1.1锻造成形
铝合金可以在锻锤、机械压力机、液压机、顶锻机、扩孔机等各种锻造设备上锻造、可以自由锻、模锻、顶锻、辊锻和扩孔。一般来说，尺寸小、形状简单、尺寸偏差要求不严的铝合金锻件，可以容易地锤锻造出来；但是对于规格大、要求剧烈变形的铝合金锻件，则宜选用水（液）压机来锻造。目前在铝合金锻压技术上，研发了大量的锻压新工艺、新技术，如液体模锻、半固态模锻、等温锻造、粉末锻造、多向模锻、无斜度精密模锻、分布模锻、包套模锻等。这在简化工艺、减少工序、节省能耗、扩大品质、增加规格、提高质量和生产效率、保护环境、降低劳动强度、提高经济效益等方面发挥了重大作用。铝合金锻件质量受工艺参数（变形温度，变形程度和变形速度）影响大【1】。在变形温度上，铝合金允许的锻造温度范围很窄，一般在120℃以内，某些高强度铝合金的锻造温度范围甚至不到100℃，是因为若加热或锻造温度过高（在低于过烧温度情况下），锻件将形成粗晶组织。晶粒长大而塑性下降，并易起皮；若锻造温度过低，锻件将产生加工硬化，在随后的热处理过程中，因为加工硬化区的激活能大，将首先产生再结晶，随后该部分晶粒急剧长达形成粗晶，从而降低锻件组织和力学性能；在变形程度上，铝合金有临界变形程度，一般在2%～20%，在此临界变形程度内锻造易产生粗晶，导致组织不均匀，从而降低锻件力学性能；铝合金对应变速率比较敏感，变形速度太快，不仅容易使锻件产生起皮、折叠和晶粒结构不均匀等缺陷，而且还增大变形抗力。因此，为了保证锻件具有细小、均匀的晶粒组织和优良的力学性能，应对工艺参数严格控制。
1.2挤压成形
铝合金具有良好的挤压特性，特别适合于挤压加工，可以通过多种挤压工艺和多种模具结构进行加工。在挤压过程中被挤压金属在变形区能获得比轧制、锻造更强的、更均匀的三向压应力状态，可充分发挥被加工金属的塑性。因此，用挤压法可加工用轧制法或锻造法难加工甚至无法加工的低塑性、难变形金属或合金等材料。挤压是可以用铸锭直接生产铝型材制品的最优越的方法，它不但可以生产截面形状较简单的管材、棒材、型材、线材产品，而且可生产截面变化、形状极复杂的型材和管材。挤压制品的精度高，制品表面质量也较好。对于具有明显挤压效应的铝合金挤压制品（如6A02、2A05、2A12、2A11、7A04等合金），要使其获得高强度，必须采用高温挤压，适宜的温度为370℃～450℃。目前，全世界铝合金挤压材的年产量超过1000万吨，民用铝型材应用大量增加，铝挤压材正向大型化、扁宽化、整体化方向发展。我国的铝合金挤压生产也有了很大发展，已建立起完整的大、中、小配套的挤压工业体系，研究开发了conform和castex连续挤压、反挤压和冷挤压管材技术、静液挤压和等温挤压技术、无缝异形材穿孔挤压技术、半固态挤压和多复合管挤压技术等【2】。
衡量铝及铝合金的挤压难易程度的指数称为挤压性指数【3】。它包括：挤压力、制品流出速度、模具寿命、制品形状及尺寸精度、制品的表面质量、成品率等。
1.3轧制成形
在生产铝合金管材和某些异形产品时常用双辊或多辊斜轧。根据辊系不同，铝合金轧制可分为两辊系轧制、多辊系轧制和特殊辊系（如行星式轧制、V形轧制等）轧制。根据轧辊形状不同，铝合金轧制可分为平辊轧制和孔型辊轧制等。根据产品品种不同，铝合金轧制又可分为板、带、箔材轧制，棒材、扁条和异形型材轧制，管材和空心型材轧制等。影响铝合金轧制过程的因素主要有：温度和应变速率。以7050铝合金为例，该合金在400℃时，材料的伸长率为49. 8%。随着温度的升高，材料的伸长率逐渐降低。这是由于400℃时材料的回复再结晶现象最为显著，抑制了加工硬化现象，材料的塑性变形能力最好，而随着温度的升高，金属原子间作用力逐渐降低，最后导致了材料力学性能的下降。
1.4超塑性成形技术
铝合金超塑性属于细晶超塑性，晶粒细化及细晶粒的热稳定性对超塑性铝合金十分重要。超细晶粒是铝合金获得高应变速率超塑性的重要组织条件。一般采用两种方法来细化晶粒和控制晶粒尺寸：沉淀硬化合金（例如AL-Mg-Zn-Cu），可用包括固溶处理、淬火、过时效等特殊的热机械加工产生稳定细微的组织结构；采用晶粒精炼剂（通常用锆）加入合金内，以产生精细的ZrAl3微粒分布，用适当的热滚轧工序产生高程度的冷加工变形，这些合金在（热的）超塑变形早期阶段再结晶，或者通过进一步变形动态再结晶，以保持细微等轴组织（如Supral合金）。常规的铝合金具有超塑性，一般要求晶粒尺寸在10um左右。
结束语
铝加工业正处于高速发展时期， 人们对铝合金材料的要求越来越高，对其塑性加工技术的研究也更加投入，并在科技进步的大推力作用下，未来的研究方向势必更加多元和复杂化。我国现阶段的铝合金加工技术虽已取得了不少成果， 但整体水平与国外先进水平仍有差距， 还有许多工作要做。
参考文献
【1】赵一平.铝合金锻造生产技术[J].金属加工（热加工），2011，（11）：16-17.
【2】郝滨海.金属材料精密压力成形技术〔M〕北京：化学工业出版社，2004.
【3】纪冬冬，朱明超，董阳.铝合金挤压工艺技术[J].高新技术产业发展，2011，（19）：49.
[关键词]铝合金；制备；加工；塑形成形；
引言
从进入21世纪以来，世界铝及铝加工取得了迅猛的发展，铝及铝加工技术进入了一个崭新的发展时期，并广泛应用于机械、汽车、轨道交通、船舶、建筑、桥梁、化工、电力、电子、仪表、五金以及家庭生活用品等各个领域。而通常所采用的压铸工艺生产的铝合金零件已达不到现有的高性能需求，且该工艺必须消耗一定的浇口肥料，材料利用率较低，在应用上受到了一定限制。在这个背景下，铝合金塑性加工技术越来越受到人们的重视，该技术是利用铝合金的良好塑性，在一定的温度、速度条件下，施加各种形式的外力，克服金属对于变形的抵抗，使其产生塑性变形，从而得到各种形状、规格尺寸和组织性能的铝合金板、带、条、箔、管、棒、型、线和锻件等的加工方法。
1.铝合金的塑性加工技术
1.1锻造成形
铝合金可以在锻锤、机械压力机、液压机、顶锻机、扩孔机等各种锻造设备上锻造、可以自由锻、模锻、顶锻、辊锻和扩孔。一般来说，尺寸小、形状简单、尺寸偏差要求不严的铝合金锻件，可以容易地锤锻造出来；但是对于规格大、要求剧烈变形的铝合金锻件，则宜选用水（液）压机来锻造。目前在铝合金锻压技术上，研发了大量的锻压新工艺、新技术，如液体模锻、半固态模锻、等温锻造、粉末锻造、多向模锻、无斜度精密模锻、分布模锻、包套模锻等。这在简化工艺、减少工序、节省能耗、扩大品质、增加规格、提高质量和生产效率、保护环境、降低劳动强度、提高经济效益等方面发挥了重大作用。铝合金锻件质量受工艺参数（变形温度，变形程度和变形速度）影响大【1】。在变形温度上，铝合金允许的锻造温度范围很窄，一般在120℃以内，某些高强度铝合金的锻造温度范围甚至不到100℃，是因为若加热或锻造温度过高（在低于过烧温度情况下），锻件将形成粗晶组织。晶粒长大而塑性下降，并易起皮；若锻造温度过低，锻件将产生加工硬化，在随后的热处理过程中，因为加工硬化区的激活能大，将首先产生再结晶，随后该部分晶粒急剧长达形成粗晶，从而降低锻件组织和力学性能；在变形程度上，铝合金有临界变形程度，一般在2%～20%，在此临界变形程度内锻造易产生粗晶，导致组织不均匀，从而降低锻件力学性能；铝合金对应变速率比较敏感，变形速度太快，不仅容易使锻件产生起皮、折叠和晶粒结构不均匀等缺陷，而且还增大变形抗力。因此，为了保证锻件具有细小、均匀的晶粒组织和优良的力学性能，应对工艺参数严格控制。
1.2挤压成形
铝合金具有良好的挤压特性，特别适合于挤压加工，可以通过多种挤压工艺和多种模具结构进行加工。在挤压过程中被挤压金属在变形区能获得比轧制、锻造更强的、更均匀的三向压应力状态，可充分发挥被加工金属的塑性。因此，用挤压法可加工用轧制法或锻造法难加工甚至无法加工的低塑性、难变形金属或合金等材料。挤压是可以用铸锭直接生产铝型材制品的最优越的方法，它不但可以生产截面形状较简单的管材、棒材、型材、线材产品，而且可生产截面变化、形状极复杂的型材和管材。挤压制品的精度高，制品表面质量也较好。对于具有明显挤压效应的铝合金挤压制品（如6A02、2A05、2A12、2A11、7A04等合金），要使其获得高强度，必须采用高温挤压，适宜的温度为370℃～450℃。目前，全世界铝合金挤压材的年产量超过1000万吨，民用铝型材应用大量增加，铝挤压材正向大型化、扁宽化、整体化方向发展。我国的铝合金挤压生产也有了很大发展，已建立起完整的大、中、小配套的挤压工业体系，研究开发了conform和castex连续挤压、反挤压和冷挤压管材技术、静液挤压和等温挤压技术、无缝异形材穿孔挤压技术、半固态挤压和多复合管挤压技术等【2】。
衡量铝及铝合金的挤压难易程度的指数称为挤压性指数【3】。它包括：挤压力、制品流出速度、模具寿命、制品形状及尺寸精度、制品的表面质量、成品率等。
1.3轧制成形
在生产铝合金管材和某些异形产品时常用双辊或多辊斜轧。根据辊系不同，铝合金轧制可分为两辊系轧制、多辊系轧制和特殊辊系（如行星式轧制、V形轧制等）轧制。根据轧辊形状不同，铝合金轧制可分为平辊轧制和孔型辊轧制等。根据产品品种不同，铝合金轧制又可分为板、带、箔材轧制，棒材、扁条和异形型材轧制，管材和空心型材轧制等。影响铝合金轧制过程的因素主要有：温度和应变速率。以7050铝合金为例，该合金在400℃时，材料的伸长率为49. 8%。随着温度的升高，材料的伸长率逐渐降低。这是由于400℃时材料的回复再结晶现象最为显著，抑制了加工硬化现象，材料的塑性变形能力最好，而随着温度的升高，金属原子间作用力逐渐降低，最后导致了材料力学性能的下降。
1.4超塑性成形技术
铝合金超塑性属于细晶超塑性，晶粒细化及细晶粒的热稳定性对超塑性铝合金十分重要。超细晶粒是铝合金获得高应变速率超塑性的重要组织条件。一般采用两种方法来细化晶粒和控制晶粒尺寸：沉淀硬化合金（例如AL-Mg-Zn-Cu），可用包括固溶处理、淬火、过时效等特殊的热机械加工产生稳定细微的组织结构；采用晶粒精炼剂（通常用锆）加入合金内，以产生精细的ZrAl3微粒分布，用适当的热滚轧工序产生高程度的冷加工变形，这些合金在（热的）超塑变形早期阶段再结晶，或者通过进一步变形动态再结晶，以保持细微等轴组织（如Supral合金）。常规的铝合金具有超塑性，一般要求晶粒尺寸在10um左右。
结束语
铝加工业正处于高速发展时期， 人们对铝合金材料的要求越来越高，对其塑性加工技术的研究也更加投入，并在科技进步的大推力作用下，未来的研究方向势必更加多元和复杂化。我国现阶段的铝合金加工技术虽已取得了不少成果， 但整体水平与国外先进水平仍有差距， 还有许多工作要做。
参考文献
【1】赵一平.铝合金锻造生产技术[J].金属加工（热加工），2011，（11）：16-17.
【2】郝滨海.金属材料精密压力成形技术〔M〕北京：化学工业出版社，2004.
【3】纪冬冬，朱明超，董阳.铝合金挤压工艺技术[J].高新技术产业发展，2011，（19）：49.