铝合金制备与加工-文档资料

铝合金制备与加工材料0801组长：谢强组员：刘丁铭董立谨蒋勇余钟芬金永进姚舜彭娜刘平平刘博宫梦莹一、铝合金的定义1.铝合金以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。二、铝合金的整体性能性能：铝合金密度低，但比强度高（强度与比重的比值σb/ρ），接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。三、铝合金技术的发展历程1906年时效强化现象在柏林被A.维尔姆偶然发现，硬铝随之研制成功。随后开发出Al-Cu-Mg系合金，其抗拉强度为350~480MPa'至今仍在使用。第二次世界大战期间，抗拉强度超过500ＭＰ'的Al-Zn_Al-Mg;Al-Cu.合金发展起来.第二次世界大战后，－系列新合金（尤其是7000系），如7050、7010、7475和7055等研制成功。目前，高强、高韧是铝合金发展的主要方向。四、几种不同元素在铝合金中的作用提高铝合金的性能可以通过合金化来达到,在合金中添加一些元素从而通过固溶强化(如Cu,Mg.Mn等)异相强化（如Cd(鎘)，Mn，Se（硒）等）形成外来晶核细化晶粒（如Ti，B，Zr（锆），V等）Si主要是提高铝合金的铸造性及焊接流动性，减少合金的线收缩率，降低铸件的开裂倾向；Mg是Al-Si合金中主要的强化元素，在随后的时效处理中形成的Mg2Si析出成为高度弥散的时效强化相，大大提高合金的强度，但延性下降；Ti对合金起变质作用，使晶粒细化的作用，但是量过多的时候会使晶粒变粗；Cr（铬）能够细化晶粒，阻止再结晶形核和长大过程，起一定的强化作用，改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性；Sc（钪）显著细化合金的铸态晶粒，强烈钉扎组织，抑制再结晶，并阻止再结晶晶粒长大，改善合金的腐蚀性能与焊接性能其他如Cu,Zn,Zr（锆）等对合金性能也有一定的程度的影响。五、铝合金的分类分类合金名称合金系性能特点示例铸造铝合金简单铝硅合金Al-Si铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较低ZL102特殊铝硅合金Al-Si-Mg铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高ZL101Al-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105,ZL110Al-Si-Mg-Cu-NiZL109铝铜铸造合金Al-Cu耐热性好，铸造性能与抗蚀性差ZL201铝镁铸造合金Al-Mg力学性能高，抗蚀性好ZL301铝锌铸造合金Al-Zn能自动淬火，宜于压铸ZL401铝稀土铸造合金Al-Re耐热性好变形铝合金不能热处理强化铝合金防锈铝Al-Mn抗蚀性、压力加工性与焊接性都好，但强度较低3A21Al-Mg5A05可热处理强化铝合金硬铝Al-Cu-Mg力学性能高2A11，2A12超硬铝Al-Cu-Mg-Zn室温强度最高7A04，7A09锻铝Al-Mg-Si-Cu锻造性能好，耐热性能好2A14,2A50Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70,2A80六、铝合金的生产工艺1.变形铝合金的生产工艺变形铝合金的各种制品是由铸坯经过塑性变形而获得的，其生产加工方法主要包括轧制、挤压和锻造等。生产变形铝制品所需的坯料，必须通过变形铝合金的熔炼和铸造获得。变形铝制品由于有改进表面质量、增强表面抗氧化能力和表面着色等方面需要，通常会引入表面处理环节。下面将从坯料制备、板带材轧制、型棒材挤压、锻件生产和表面处理共五个方面，介绍变形铝合金的生产工艺。1.1变形铝合金铸坯制备变形铝合金铸坯的组织和性能，对其半成品和成品的组织性能存在遗传性影响，所以熔炼与铸造环节在变形铝合金生产中显得非常重要。1.1.1变形铝合金熔体净化目的：变形铝合金在熔炼过程中，熔体中存在气体、各种夹杂物及其他金属杂质等，往往使铸锭产生气泡、气孔、夹杂、疏松、裂纹、白斑等缺陷，对铸锭的加工性能及制品强度、塑性、抗蚀性、阳极氧化性和外观品质都有显著影响。熔体净化就是利用物理化学原理和相应的工艺措施，除掉液态金属中的气体、夹杂和有害元素，以便获得纯净金属熔体的工艺方法。方法有传统的炉内精炼和后来发展的炉外净化。1.1.2变形铝合金熔体变质处理变质处理也称孕育处理，是指向金属液内添加少量的特定变质剂，促进金属液形核，抑制晶粒长大，达到细化晶粒、改善组织形态及力学性能的目的。对于变形铝合金而言，变质处理主要是为了细化基体相，并希望能改善脆性化合物、杂质及夹渣等第二相的形态和分布状况。1.1.3变形铝合金铸坯成型铸坯成型是将金属液铸成形状、尺寸、成分和质量符合要求的锭坯。一般而言，铸锭应满足下列要求：①铸锭形状和尺寸必须适合压力加工的要求，以避免增加工艺废品和边角废料；②坯料内外不应该有气孔、缩孔、夹渣、裂纹及明显偏析等缺陷，表面光洁平整；③坯锭的化学成分符合要求，结晶组织基本均匀。铸锭成型方法目前广泛应用的有块式铁模铸锭法、直接水冷半连续铸锭法、连续铸轧法等。1.2板带材生产铝合金板带材通常采用轧制的方式生产。轧制是轧件由摩擦力拉进旋转轧辊之间，受到压缩而产生塑性变形的过程。通过轧制可使金属的形状、尺寸和性能发生改变。轧制方式按金属变形温度可分为热轧和冷轧；按轧机排列方式可分为单机架轧制、半连续轧制和连续轧制。1.3型材棒材挤压挤压是对放在挤压筒内的金属坯料施加外力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。目前，铝和铝合金型材、棒材种类繁多，大部分是用挤压方法生产的。挤压方法的主要特点是：金属在挤压筒内处于三向压缩应力状态，因而可以充分发挥金属的属性；能生产各种断面形状复杂的实心和空心型材；生产灵活性大。其不足之处是与轧制生产相比，产量低，成本高，成品率低，加工费用高。1.4锻件生产锻造又称锻压，是利用金属塑料变形以得到一定形状的制品，同时提高金属机械性能的压力加工方法。铝合金的锻造工具较多有锻锤，机械压力机等，机械压力机的两种常用方法：开式和闭式锻模。开式(有毛模锻)：胚料是在两块刻有型腔的模块间变型，锻件被限制在型腔内部多余的金属从两块模具之间的窄缝中流出6—14mm；在锻件四周形成毛边。在模具和四周毛边主力作用下金属被迫压成模腔的形状。闭式(无毛模锻)：与开式不同，模锻过程没有与模具运动方向垂直的横向毛边形成。由于制取胚料较复杂，闭式模锻一般多用在形状简单的锻件上。1.5变形铝合金表面处理在自然条件下，容易在表面形成一层自然氧化膜，厚度仅约4nm，且不均匀，抗蚀性差，不足以抵抗恶劣环境条件下的腐蚀。同时，铝合金材料硬度低，耐磨性差，也使其常发生磨蚀破损。因此，铝合金在使用前必须经过相应的表面特殊处理以满足其对环境的适应性和安全性，延长使用寿命2、铸造铝合金的生产工艺铸造铝合金作为目前应用较为广泛的一类铝合金材料，其生产工艺过程主要包括合金的熔炼、铸造成形、热处理及表面处理等。2.1铸造铝合金的熔炼2.1.1铸造铝合金的精炼由于炉料和铝合金液在熔炼、运输和浇注过程中吸收了气体，产生了夹杂物，使合金液的纯度降低，流动性变差，浇注后会使铸件(铸锭)产生多种铸造缺陷，影响其力学和加工工艺性能，以及抗腐蚀性能、气密性能、阳极氧化性能及外观质量等，故必须在浇注前对其进行精炼处理，以达到排除气体和夹杂物的目的，从而使合金液的纯净度得到提高。目前，各国已研究和开发了许多铝合金熔液的精炼方法。综合起来，主要可分为吸附法、非吸附法及过滤法等。。2.1.2铸造铝合金的变质细化处理由于铸造铝硅合金中的共晶硅呈粗大针状或板状，会显著降低合金的强度和塑性，所以一般都要进行变质处理，以达到改变共晶硅形貌和使合金性能得到提高的目的。自发现Na对铸造Al—Si合金具有变质作用以来，国内外对铸造铝合金的变质剂和变质处理工艺等进行了大量的研究，取得了很大的进展。2.2铸造铝合金的铸造成型方法1.砂型铸造，2，金属型重力铸造，3，压力铸造，4低压铸造，5、差压铸造，6真空吸铸法，7石膏型精密铸造法。低压铸造2.3铸造铝合金的热处理1、热处理工艺分类及原理铝合金铸件的热处理是指按某一热处理规范，控制加热温度、保温时间和冷却速度，!改变合金的组织，其主要目的是：提高力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工性能，获得尺寸的稳定性。2、铝合金铸件的热处理工艺可以分为如下四类。①退火处理。2，固溶处理3，时效处理，4循环处理2.4铸造铝合金的表面处理主要包括以下几种，1机械精整，2阳极氧化，3镀层，4化学抛光和电解抛光，5化铣，6修补，7涂漆，8喷丸7.铝合金的应用铝合金在交通运输、航空航天、电子电气、包装容器工业中有着广泛的应用。全铝发动机捷豹全铝车型高速双体船“褐雨燕”号，全铝合金外壳航空航天铝合金是飞机和航天器轻量化的首选材料，铝材在航空航天工业中应用十分变形铝合金的应用广泛。每辆空中客车上使用了180t厚铝板，大多数巡航导弹的壳体是用优质的铝合金铸锻件制造的。目前，铝材在民用飞机结构上的用量为70％一80％，在军用飞机结构上的用量为40％一60％。香烟包装用铝合金箔材谢谢！