铝合金锻造的优缺点
发布时间:2017/6/14 15:50:50

概述

铝和铝合金是应用最广泛的一种有色金属,其产量仅次于钢  铁。若按地壳中的蕴藏量而论,约占地壳质  量的8.13,是铁蕴藏量的一倍多,比其  他有色金属蕴藏量的总和还要多。

铝合金特性

铝合金的密度只有钢的三分之一(铝合金密度为2 . 7g  /  cm3,钢密度为7.85g /cm3 ),铝合金是轻量化的理想材料。比强度大、比刚度大、疲劳强度高,宜用于轻量化高的关键受力部件。铝合金塑性较好,可加工成各种形状复杂的高精度锻件。铝锻件具有良好耐腐性、导热性和非磁性,这是钢锻件无法比拟的。

铝和铝台兰全应即军广泛

由于铝和铝合金具有优异的性能,因此铝和铝合金已经广泛应用于机械、航空、汽车、 铁道车辆、船舶舰艇、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。

铝合金代替某些钢铁可大为减轻机械产品的重量并增加结构的稳定性,因此在航空、航天及许多国防工业部门中,铝和铝合金更是必不可少的材料。例如飞机上有许多铝合金锻件,铝合金在飞机上的使用量为15%一50%。铝材广泛应用于建筑、汽车和包装,已经成为当今工业发达国家的三大用途。

铝合金锣件发展迅速

(1)川铝合金锻件在国际上是一种发展趋势。

因为汽车轻量化具有重要意义(降低油耗,减少环境污染),欧美日汽车巨头都纷纷投入大量人力、财力研究降低汽车重量,采用铝合金代替钢材制作部分零件。例如,日本对一铝合金研发投入巨大人力和物力,2009年日本铝合金锻件产量30459t,占模锻件总量的2.7%,本田汽车公司2004年10月发表的战略报告中指出,每辆轿车使用200kg铝合金零件(约占轿车总重量20%),其中40kg是铝锻件。

铝合金锻件在国际上是一种发展趋势,大多数锻件用于汽车车桥、底盘构件,例如铝合金轮毅和铝控制臂。据统计,铝锻件在世界锻件总量中的占比由1985年的0.5%上升到2002年的15%。随着节能环保的发展,今后铝合金锻件必将有更大发展。

 (2)铝合金锻件发展迅速。

近年来,汽车用铝合金锻件获得快速发展,由于全球气候变暖,能源紧张;另外,消费者要求乘车舒适,操控灵活,这些都对汽车工业提出了严峻挑战,加快汽车工业轻量化发展(轿车重量减轻10%,油耗降低8%一10% )。根据会议资料介绍,美国每

辆轿车铝合金使用量(锻件、冲压件)达到36 . 3%,欧洲和日本每辆轿车铝合金使用量超过自重15%以上,而国产轿车上铝合金使用量较少。汽车专家预测,今后将有越来越多铝合金锻件替代钢质锻件。

另外高速列车轻量化也促使棋采用铝合金零件,例如,某锻造企业就生产高速列车7075高强度铝合金锻件。

变形铝合金可锻性分析

可段性定义和衡量指标

(1)铝合金可锻性定义。  铝合金可锻性(流动性)是指铝合金在外力作用下充填模具型槽的能力。可锻性高,即坯料充填模具型槽能力强。

(2)可锻性衡量指标。

可锻性常用金属的塑性和变形抗力综合衡量,塑性越高,变形抗力越小,则可锻性越好。可锻性取决于铝合金本质(塑性和强度极限)和加工条件。可锻性是衡量金属通过塑性加工获得优良零件的难易程度的工艺性能指标。

铝合当全可赛罗性特点

铝合金可锻性特点是指与碳钢和低合金结构钢可锻性比较而言。

(1)铝合金高温变形抗力特点。

①各种铝合金高温变形抗力相差大。铝合金变形抗力(也称流动应力)随成分不同而有明显改变,一些低强度铝合金和中等强度铝合金,如6000系铝合金高温变形抗力较低,而高强度铝合金尤其是AI-Zn-Mg-Cu铝合金,如7000系铝合金高温变形抗力较高。     

例如锻铝2A50铝合金500摄氏度强度极限20MPa,而硬铝2A12铝合金500摄氏度强度极限40MPa,两者相差一倍,即所需锻造变形载荷相差约2倍。

②多数常用变形铝合金室温变形抗力比碳钢低,但其高温变形抗力有三种:比碳钢低,与碳钢相当,还有比碳钢高。

③铝合金变形抗力对温度很敏感(随温度增加或降低变化迅速):随温度下降,其高温变形抗力增长迅速,比碳钢快。比较可知,高温强度极限增长速度比碳钢干时氏合金结构钢交旦速,碳钢和低合金结构钢温度下降100 摄氏度,强度极限约增加50%。而铝合金温度下降50摄氏度,强度极限增加50%一300%所以铝合金,尤其合金化程度高的铝合金不能在温度低的工况下终锻,故铝合金锻造温度范围窄,操作应迅速。铝合金模锻生产时的变形抗力决定其材料本身强度极限、加工条件以及锻件的复杂程度。

(2)铝合金塑性特点。

塑性系指金属材料在外力作用下,发生变形而不破坏其完整性的能力。铝合金模锻时的塑性决定其材料本身塑性和加工条件。铝合金与模具表面的摩擦系数是钢的3倍,流动速度只是钢的一半,季占附力强且流动性差、塑性差。

综上所述,由于各种铝合金内合金元素的种类和含量不同;强化相的性质、数量及分布特点不同,从而严重影响铝合金的塑性和变形抗力。另外,加工条件也极大影响铝合金塑性和变形抗力。故铝合金可锻性(流动性)比碳钢和低合金结构钢差,但比高温合金和钦合金好。

加工条件对铝合金可锻性影响

加工条件影响铝合金可锻性比碳钢和低合金结构钢敏感,即加工条件严重影响变形铝合金可锻性。

(1)坯料变形温度

各种铝合金可锻性(流动性)随着温度的增加而增加,但温度对各种铝合金的影响程度有所不同,其温度效应存在相当大的  差异。例如,高含硅盆的4032铝合金的可锻性对温度变化很敏感,而高强度AI -Zn-Mg-Cu系7075等铝合金可锻性受温度影响  较小。

若铝合金坯料锻造温度合理,则变形抗力小,塑性好。但是若坯料温度过高,则易引起粗晶,甚至过烧。若坯料锻造温度较低,则变形抗力增大,可锻性差,还易产生粗晶。  故采用合理锻造温度是铝合金锻造工艺成败 的关键。

 (2)坯料变形速度。

变形速度是指单位时间内的变形量。变形速度快对可锻性有两方面影响:一,变形过程中产生变形热,使金属温度升高(称热 效应现象),变形速度越大,热效应越显著,则提高金属塑性,降低变形抗力,增加可锻性。二,变形速度过快,回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象,金属塑性下降,变形抗力增加,则可锻性降低。

铝合金对变形速度比较敏感,铝合金变形热效应也比较强烈,快速变形引起快速升温会引发铝锻件一系列缺陷(粗晶、晶粒不够均匀),另外高速锻造还增加变形抗力(热效应虽然降低变形抗力,但是由变形速度增加的变形抗力更大), 原则上不推采用锻锤。变形速度慢有利铝合金模锻,但是过低的变形速度(液压机)会导致生产率低。

(3)模具预热。

模具预热非常重要,模具温度不仅影响铝合金坯料可锻性,而且影响模具寿命(预热不当,模具过早失效),是铝合金锻造成败的关键因素之一。铝合金热导率高,为防止坯料热量过快散失,必须把模具和与工件接触的工具预热到较高温度。小型模具预热时间在2h以上,预热温度大于等于2000摄氏度(由铝合金和模具钢种类确定),大型模具需要更长时间。模具预热正确,一既有利于铝合金锻造(可锻性好,避免产生表面起皮和粗晶等缺陷),又提高模具使用寿命。

(4)模具润滑。

在锻造温度下,铝合金锻造流动性差(摩擦系数是钢的3倍,流动速度是钢的1/2),粘模倾向严重。因而在锻造铝合金时,模具润滑就显得特别重要。模具润滑可以改善金属流动,防止粘模,减少锻件表面缺陷,并可使模锻变形抗力一降低9%一15% 。

(5)模具粗糙度。

模具粗糙度直接影响金属流动性,所以模具表面应进行抛光,模具型槽.表面光洁明亮,粗糙度应达到小于等于Ra0.4μm。若模具型槽粗糙度高,不仅影响铝合金可锻性,而且对复杂铝合金锻件还易产生折叠。

(6)变形应力状态。

实践证明,金属变形时,三一个方向中的压应力的数目越多,则金属塑性越好。拉应力数目越多,则金属塑性越差。

而同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。所以铝合金模锻,宜采用闭式模锻(三向压应力状态变形),提高铝合金塑性变形和一次变形程度。

综上所述,常用变形铝合金在锻造温度下,与模具率擦系数大,黏附力强,流动性差,故铝合金可锻性差(与碳钢和低合金结构钢比)。但是,只要变形铝合金模锻时的如工条件合理和优化,即采用合理的变形温度和速度、润滑良好、模具粗糙度小于等于Ra0.4μm和预热、并采用闭式模锻等,铝合金与碳钢和低合金结构钢一样,变形抗力小,塑性好,可锻性优,可用来生产各种形状和类别的锻件。

 

 

——选自《锻造与冲压》书刊