浅谈铝合金的加工工艺

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1、 航空航天材料学习报告学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 年 月 日浅 谈 铝 合 金 的 加 工 工 艺纯铝的密度小，大约是铁 的 1/3，熔 点 低，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各种型材、板材，抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度 很低，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元 素 及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度。这样使得其“比强度”胜过很多合 金 钢 ，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，

2、飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢 板 材料的焊接，结构重量可减轻 50%以上。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金结 构 件的需求日益增多，使铝合金的加工性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金加工技术的发展，同时加工技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的加工技术正成为研究的热点之一。一、铝合金的熔炼熔 炼 是 为 塑 性 加 工 提 供 坯 锭 。 熔 炼 炉 多 用 燃 气 反 射 炉 或 燃 油 反 射 炉 ， 一般 容 量 为 20 40吨 或 更 大 ； 也 采 用 电 阻 加 热 反 射 炉 ， 容 量 一 般 为

3、 10吨 左 右 。为 缩 短 装 炉 时 间 ， 提 高 熔 化 效 率 ， 减 少 吸 收 气 体 和 卷 入 氧 化 膜 ， 工 业 上 已 采用 倾 转 式 顶 装 料 圆 型 炉 。 熔 炼 时 最 好 应 用 快 速 分 析 仪 器 分 析 合 金 成 分 ， 并 及时 调 整 。 为 保 证 熔 体 纯 洁 ， 防 止 有 害 气 体 的 污 染 和 控 制 化 学 成 分 ， 除 了 尽 可能 缩 短 熔 炼 时 间 外 ， 宜 用 以 氯 化 钾 和 氯 化 钠 为 主 的 粉 状 熔 剂 覆 盖 ， 一 般 用 量为 炉 料 重 量 的 0.4 2%。 熔 炼 温 度 通

4、常 控 制 在 700 750。 熔 化 后 的 金 属 还 需 进 行 精 炼 和 过 滤 ， 以 除 掉 金 属 中 的 有 害 气 体 氢 和 非 金属 夹 杂 物 ， 以 提 高 金 属 纯 洁 度 。 精 炼 通 常 用 固 体 精 炼 剂 或 气 体 精 炼 剂 。 固 体精 炼 剂 一 般 以 氯 盐 为 主 ， 也 用 以 六 氯 乙 烷 代 替 氯 盐 的 精 炼 剂 。 早 期 使 用 活 性强 的 氯 气 作 气 体 精 炼 剂 ， 净 化 效 果 虽 好 ， 但 对 环 境 污 染 严 重 ,因 此 发 展 出 氮-氯 混 合 气 体 、 惰 性 气 和 三 气 体 精

5、 炼 剂 ,效 果 较 好 。 为 保 证 精 炼 效 果 ， 精 炼 气体 中 的 氧 和 水 分 含 量 一 般 应 分 别 小 于 0.03%和 0.3 克 /米 3。 动 态 真 空 除 气法 也 具 有 较 好 的 除 气 和 除 钠 效 果 。过 滤 是 让 熔 体 金 属 通 过 中 性 或 活 性 材 料 制 成 的 过 滤 器 ， 除 去 熔 体 中 处 于悬 浮 状 的 夹 杂 物 。 常 用 玻 璃 丝 网 、 微 孔 陶 瓷 管 和 板 、 氧 化 铝 粒 作 过 滤 床 进 行过 滤 ， 也 可 用 电 熔 剂 精 炼 、 熔 剂 层 过 滤 。 二、铝合金的铸造铸

6、造 一 般 采 用 立 式 或 水 平 式 水 冷 半 连 续 铸 造 法 。 为 改 善 立 式 铸 造 的 坯 锭组 织 和 表 面 质 量 ， 还 发 展 出 电 磁 结 晶 槽 、 矮 结 晶 槽 和 热 顶 铸 造 法 （ 见 金 属 的凝 固 ） 。 水 冷 半 连 续 铸 造 法 是 通 过 流 槽 将 液 体 金 属 导 入 用 水 冷 却 的 结 晶 器 内 ，使 液 体 金 属 冷 却 形 成 凝 固 的 外 壳 ， 由 铸 造 机 底 座 牵 引 或 靠 自 身 重 量 均 匀 下 降而 脱 出 结 晶 器 ， 形 成 坯 锭 。 工 艺 参 数 因 合 金 成 分 和

7、坯 锭 尺 寸 的 不 同 ， 差 异 很大 。 一 般 应 尽 量 提 高 铸 造 速 度 和 冷 却 速 度 ， 降 低 结 晶 槽 的 高 度 。 铸 造 温 度 通常 比 合 金 的 液 相 线 高 50 110。 此 外 ,还 发 展 出 铝 板 带 连 续 铸 轧 工 艺 。 板材 、 带 材 生 产 采 用 平 辊 轧 制 ， 基 本 工 序 为 热 轧 、 冷 轧 、 热 处 理 和 精 整 。 对化 学 成 分 复 杂 的 LY12、 LC4 等 硬 铝 合 金 ， 热 轧 前 应 进 行 均 匀 化 处 理 。 处 理温 度 一 般 低 于 合 金 中 低 熔 点 相 的

8、共 晶 温 度 10 15， 保 温 12 24 小 时 。硬 铝 合 金 的 包 铝 是 将 包 铝 板 放 在 经 过 铣 面 的 坯 锭 两 面 ， 借 助 于 热 轧 焊 合 。 包铝 层 的 厚 度 一 般 为 板 材 厚 度 的 4%。 热 轧 一 般 在 再 结 晶 温 度 以 上 进 行 。 热 轧可 在 单 机 架 可 逆 轧 机 上 进 行 ， 或 在 多 机 架 上 实 行 连 轧 。 为 提 高 成 品 率 和 生 产效 率 发 展 大 铸 锭 轧 制 ， 锭 重 达 10 15 吨 以 上 。 年 产 量 在 10 万 吨 以 下 的 工厂 ， 一 般 用 四 辊 可

9、 逆 热 轧 和 采 用 热 上 卷 工 艺 ， 热 轧 带 材 厚 度 为 6 8 毫 米左 右 。 产 量 10 万 吨 以 上 的 工 厂 ， 多 在 四 辊 可 逆 热 轧 机 开 坯 后 采 用 单 机 架 或两 机 架 、 三 机 架 、 五 机 架 连 轧 ， 实 行 热 精 轧 ， 带 材 厚 度 可 达 2.5 3.5 毫 米 。热 轧 带 材 成 卷 后 作 为 冷 轧 坯 料 。 为 保 证 金 属 有 最 佳 的 塑 性 ， 应 在 单 相 组 织 状态 下 进 行 热 轧 。 LY11、 LY12 等 合 金 的 热 轧 开 坯 温 度 为 400 455。 前 几道

10、 道 次 变 形 率 一 般 在 10%以 内 ， 以 后 逐 渐 增 大 。 纯 铝 和 软 铝 合 金 道 次 变 形率 可 达 50%， 硬 铝 合 金 则 为 40%左 右 。 热 轧 总 变 形 率 可 达 90%以 上 。 冷轧 常 在 室 温 下 进 行 ， 通 过 冷 轧 可 获 得 尺 寸 精 确 、 表 面 光 洁 和 平 整 的 较 薄 的 板材 和 带 材 ， 并 可 获 得 具 有 特 定 力 学 性 能 的 加 工 硬 化 的 板 材 和 带 材 。 冷 轧 主 要采 用 带 式 法 生 产 工 艺 ， 应 用 四 辊 可 逆 轧 机 或 四 辊 不 可 逆 轧 机

11、 进 行 冷 轧 ， 当 前发 展 不 可 逆 轧 机 进 行 冷 轧 。 轧 机 装 备 有 液 压 压 下 、 液 压 弯 辊 、 厚 度 自 动 控 制系 统 或 测 辊 缝 的 厚 度 自 动 控 制 系 统 及 板 形 控 制 仪 ， 由 微 型 电 子 计 算 机 控 制 、记 录 、 储 存 各 种 参 数 ， 以 获 得 尺 寸 精 确 、 板 形 平 整 的 板 带 材 ， 如 0.18 毫米 带 材 公 差 可 达 5 微 米 。 小 工 厂 也 有 块 式 法 生 产 板 材 的 。 退 火 后 铝 的 冷 变形 率 可 达 90%以 上 。 多 相 的 硬 铝 合 金

12、冷 加 工 硬 化 明 显 ， 需 中 间 退 火 。 中 间 退火 后 的 冷 变 形 率 为 60 70%。 热 轧 用 乳 液 润 滑 ， 冷 轧 已 由 乳 液 发 展 为 全 油润 滑 。 采 用 单 独 控 制 喷 嘴 的 多 段 冷 却 系 统 ， 以 减 少 铝 板 和 轧 辊 的 摩 擦 ， 冷 却轧 辊 ， 控 制 辊 型 ， 洗 除 铝 粉 及 其 他 杂 质 ， 以 获 得 良 好 的 表 面 质 量 及 板 形 。 经冷 轧 和 热 处 理 后 的 带 卷 常 在 辊 式 矫 直 机 上 或 在 拉 弯 连 续 矫 直 机 列 上 进 行 精 整 。平 整 淬 火 后

13、 的 板 片 应 在 时 效 孕 育 期 内 进 行 ， 一 般 在 淬 火 后 30 40 分 钟 内完 成 。 淬 火 板 的 平 直 压 光 总 变 形 量 不 应 超 过 2%。 1955 年 试 验 成 功 的 铝 板带 连 续 铸 轧 可 生 产 薄 板 和 铝 箔 坯 料 。 中 国 于 70 年 代 初 开 始 用 此 法 生 产 薄 板 。三、熔炼及铸造的相关过程为 了 保 证 制 品 最 终 性 能 的 热 处 理 称 为 成 品 热 处 理 ， 包 括 成 品 退 火 、 固 溶处 理 、 淬 火 、 自 然 时 效 和 人 工 时 效 处 理 ； 此 外 ， 还 发 展

14、 出 分 级 时 效 和 形 变 热处 理 工 艺 。 时 效 处 理 不 仅 改 善 制 品 的 力 学 性 能 ， 而 且 改 善 制 品 的 抗 应 力 腐 蚀性 能 和 断 裂 韧 性 。 固 溶 加 热 后 至 淬 火 前 的 转 移 时 间 一 般 应 控 制 在 30 秒 以内 。 淬 火 的 冷 却 速 度 ， 既 要 保 证 获 得 过 饱 和 固 溶 体 ， 又 要 不 使 制 品 产 生 过 大的 淬 火 应 力 和 弯 曲 变 形 。 带 卷 和 板 材 在 强 有 力 循 环 通 风 的 箱 式 炉 、 井 式 炉 、立 式 板 材 连 续 退 火 炉 或 气 垫 式

15、 连 续 退 火 炉 中 进 行 退 火 ， 新 式 炉 采 用 保 护 气 氛 。淬 火 一 般 在 盐 浴 槽 中 进 行 加 热 ， 新 工 艺 采 用 气 垫 式 连 续 淬 火 炉 淬 火 。 （ 1） 按 工 件 在 变 形 过 程 中 的 受 力 与 变 形 方 式 分 类按 此 法 铝 及 铝 合 金 加 工 可 分 为 轧 制 、 挤 压 、 拉 拔 、 锻 造 、 旋 压 、 成 形 加工 及 深 度 加 工 等 。A.轧 制 轧 制 是 锭 坯 依 靠 摩 擦 力 被 拉 进 旋 转 的 轧 辊 间 ， 借 助 于 轧 辊 施 加 的 压 力 ，使 其 横 断 面 减 小

16、 ， 形 状 改 变 ， 厚 度 变 薄 而 长 度 增 加 的 一 种 塑 性 变 形 过 程 。 根据 轧 辊 旋 转 方 向 不 同 ， 轧 制 又 可 分 为 纵 轧 、 横 轧 和 斜 轧 。 纵 轧 时 ， 工 作 轧 辊的 转 动 方 向 相 反 ， 轧 件 的 纵 轴 线 与 轧 辊 的 轴 线 相 互 垂 直 ， 它 是 铝 合 金 板 、 带 、箔 材 平 辊 轧 制 中 最 常 用 的 方 法 ； 横 轧 时 ， 工 作 轧 辊 的 转 动 方 向 相 同 ， 轧 件 的纵 轴 线 与 轧 辊 轴 线 相 互 平 行 ， 在 铝 合 金 板 带 材 轧 制 中 很 少 使 用 ； 斜 轧 时 ， 工作 轧 辊 的 转 动 方 向 相 同 ， 轧 件 的 纵 轴 线 与 轧 辊