鋁合金制備與加工課件

鋁合金制備與加工材料0801組長：謝強(qiáng)組員：劉丁銘董立謹(jǐn)蔣勇

余鐘芬金永進(jìn)姚舜

彭娜劉平平

一、鋁合金的定義1.鋁合金以鋁為基的合金總稱。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。

二、鋁合金的整體性能性能：鋁合金密度低，但比強(qiáng)度高（強(qiáng)度與比重的比值σb/ρ），接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。

三、鋁合金技術(shù)的發(fā)展歷程1906年時(shí)效強(qiáng)化現(xiàn)象在柏林被A.維爾姆偶然發(fā)現(xiàn)，硬鋁隨之研制成功。隨后開發(fā)出Al-Cu-Mg系合金，其抗拉強(qiáng)度為350~480MPa'至今仍在使用。第二次世界大戰(zhàn)期間，抗拉強(qiáng)度超過500ＭＰ'的Al-Zn_Al-Mg;Al-Cu.合金發(fā)展起來.第二次世界大戰(zhàn)后，－系列新合金（尤其是7000系），如7050、7010、7475和7055等研制成功。目前，高強(qiáng)、高韌是鋁合金發(fā)展的主要方向。五、鋁合金的分類分類合金名稱合金系性能特點(diǎn)示例鑄造鋁合金簡單鋁硅合金Al-Si鑄造性能好，不能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較低ZL102特殊鋁硅合金Al-Si-Mg鑄造性能良好，可熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較高ZL101Al-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105,ZL110Al-Si-Mg-Cu-NiZL109鋁銅鑄造合金Al-Cu耐熱性好，鑄造性能與抗蝕性差ZL201鋁鎂鑄造合金Al-Mg力學(xué)性能高，抗蝕性好ZL301鋁鋅鑄造合金Al-Zn能自動淬火，宜于壓鑄ZL401鋁稀土鑄造合金Al-Re耐熱性好變形鋁合金不能熱處理強(qiáng)化鋁合金防銹鋁Al-Mn抗蝕性、壓力加工性與焊接性都好，但強(qiáng)度較低3A21Al-Mg5A05可熱處理強(qiáng)化鋁合金硬鋁Al-Cu-Mg力學(xué)性能高2A11，2A12超硬鋁Al-Cu-Mg-Zn室溫強(qiáng)度最高7A04，7A09鍛鋁Al-Mg-Si-Cu鍛造性能好，耐熱性能好2A14,2A50Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70,2A80六、鋁合金的生產(chǎn)工藝1.1變形鋁合金鑄坯制備

變形鋁合金鑄坯的組織和性能，對其半成品和成品的組織性能存在遺傳性影響，所以熔煉與鑄造環(huán)節(jié)在變形鋁合金生產(chǎn)中顯得非常重要。

1.1.1變形鋁合金熔體凈化目的：變形鋁合金在熔煉過程中，熔體中存在氣體、各種夾雜物及其他金屬雜質(zhì)等，往往使鑄錠產(chǎn)生氣泡、氣孔、夾雜、疏松、裂紋、白斑等缺陷，對鑄錠的加工性能及制品強(qiáng)度、塑性、抗蝕性、陽極氧化性和外觀品質(zhì)都有顯著影響。熔體凈化就是利用物理化學(xué)原理和相應(yīng)的工藝措施，除掉液態(tài)金屬中的氣體、夾雜和有害元素，以便獲得純凈金屬熔體的工藝方法。方法有傳統(tǒng)的爐內(nèi)精煉和后來發(fā)展的爐外凈化。1.1.2變形鋁合金熔體變質(zhì)處理

變質(zhì)處理也稱孕育處理，是指向金屬液內(nèi)添加少量的特定變質(zhì)劑，促進(jìn)金屬液形核，抑制晶粒長大，達(dá)到細(xì)化晶粒、改善組織形態(tài)及力學(xué)性能的目的。對于變形鋁合金而言，變質(zhì)處理主要是為了細(xì)化基體相，并希望能改善脆性化合物、雜質(zhì)及夾渣等第二相的形態(tài)和分布狀況。1.1.3變形鋁合金鑄坯成型鑄坯成型是將金屬液鑄成形狀、尺寸、成分和質(zhì)量符合要求的錠坯。一般而言，鑄錠應(yīng)滿足下列要求：①鑄錠形狀和尺寸必須適合壓力加工的要求，以避免增加工藝廢品和邊角廢料；②坯料內(nèi)外不應(yīng)該有氣孔、縮孔、夾渣、裂紋及明顯偏析等缺陷，表面光潔平整；③坯錠的化學(xué)成分符合要求，結(jié)晶組織基本均勻。鑄錠成型方法目前廣泛應(yīng)用的有塊式鐵模鑄錠法、直接水冷半連續(xù)鑄錠法、連續(xù)鑄軋法等。1.2板帶材生產(chǎn)鋁合金板帶材通常采用軋制的方式生產(chǎn)。軋制是軋件由摩擦力拉進(jìn)旋轉(zhuǎn)軋輥之間，受到壓縮而產(chǎn)生塑性變形的過程。通過軋制可使金屬的形狀、尺寸和性能發(fā)生改變。軋制方式按金屬變形溫度可分為熱軋和冷軋；按軋機(jī)排列方式可分為單機(jī)架軋制、半連續(xù)軋制和連續(xù)軋制。1.4鍛件生產(chǎn)

鍛造又稱鍛壓，是利用金屬塑料變形以得到一定形狀的制品，同時(shí)提高金屬機(jī)械性能的壓力加工方法。鋁合金的鍛造工具較多有鍛錘，機(jī)械壓力機(jī)等，機(jī)械壓力機(jī)的兩種常用方法：開式和閉式鍛模。開式(有毛模鍛)：胚料是在兩塊刻有型腔的模塊間變型，鍛件被限制在型腔內(nèi)部多余的金屬從兩塊模具之間的窄縫中流出6—14mm；在鍛件四周形成毛邊。在模具和四周毛邊主力作用下金屬被迫壓成模腔的形狀。1.5變形鋁合金表面處理在自然條件下，容易在表面形成一層自然氧化膜，厚度僅約4nm，且不均勻，抗蝕性差，不足以抵抗惡劣環(huán)境條件下的腐蝕。同時(shí)，鋁合金材料硬度低，耐磨性差，也使其常發(fā)生磨蝕破損。因此，鋁合金在使用前必須經(jīng)過相應(yīng)的表面特殊處理以滿足其對環(huán)境的適應(yīng)性和安全性，延長使用壽命2、鑄造鋁合金的生產(chǎn)工藝鑄造鋁合金作為目前應(yīng)用較為廣泛的一類鋁合金材料，其生產(chǎn)工藝過程主要包括合金的熔煉、鑄造成形、熱處理及表面處理等。2.1鑄造鋁合金的熔煉2.1.1鑄造鋁合金的精煉由于爐料和鋁合金液在熔煉、運(yùn)輸和澆注過程中吸收了氣體，產(chǎn)生了夾雜物，使合金液的純度降低，流動性變差，澆注后會使鑄件(鑄錠)產(chǎn)生多種鑄造缺陷，影響其力學(xué)和加工工藝性能，以及抗腐蝕性能、氣密性能、陽極氧化性能及外觀質(zhì)量等，故必須在澆注前對其進(jìn)行精煉處理，以達(dá)到排除氣體和夾雜物的目的，從而使合金液的純凈度得到提高。目前，各國已研究和開發(fā)了許多鋁合金熔液的精煉方法。綜合起來，主要可分為吸附法、非吸附法及過濾法等。。2.1.2鑄造鋁合金的變質(zhì)細(xì)化處理由于鑄造鋁硅合金中的共晶硅呈粗大針狀或板狀，會顯著降低合金的強(qiáng)度和塑性，所以一般都要進(jìn)行變質(zhì)處理，以達(dá)到改變共晶硅形貌和使合金性能得到提高的目的。自發(fā)現(xiàn)Na對鑄造Al—Si合金具有變質(zhì)作用以來，國內(nèi)外對鑄造鋁合金的變質(zhì)劑和變質(zhì)處理工藝等進(jìn)行了大量的研究，取得了很大的進(jìn)展。2.2鑄造鋁合金的鑄造成型方法1.砂型鑄造，2，金屬型重力鑄造，3，壓力鑄造，4低壓鑄造，5、差壓鑄造，6真空吸鑄法，7石膏型精密鑄造法。2.3鑄造鋁合金的熱處理

1、熱處理工藝分類及原理鋁合金鑄件的熱處理是指按某一熱處理規(guī)范，控制加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度，!改變合金的組織，其主要目的是：提高力學(xué)性能，增強(qiáng)耐腐蝕性能，改善加工性能，獲得尺寸的穩(wěn)定性。2、鋁合金鑄件的熱處理工藝可以分為如下四類。①退火處理。2，固溶處理3，時(shí)效處理，4循環(huán)處理2.4鑄造鋁合金的表面處理主要包