鋁合金制備與加工課件

1、鋁合金制備與加工課件鋁合金制備與加工材料0801 組長(zhǎng)：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 鋁合金制備與加工課件一、鋁合金的定義一、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 b/），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?jī)H次于鋼。 鋁合金制備與加工課件三、鋁合金技術(shù)的發(fā)展歷程三、鋁合金技術(shù)的發(fā)展歷程l 1906年時(shí)效強(qiáng)化現(xiàn)象在柏林被A.維爾姆

2、偶然發(fā)現(xiàn)，硬鋁隨之研制成功。l 隨后開發(fā)出Al-Cu-Mg系合金，其抗拉強(qiáng)度為350480MPa至今仍在使用。 l 第二次世界大戰(zhàn)期間，抗拉強(qiáng)度超過500的Al-Zn_l Al-Mg;Al-Cu.合金發(fā)展起來.l 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。l 目前，高強(qiáng)、高韌是鋁合金發(fā)展的主要方向。鋁合金制備與加工課件四、幾種不同元素在鋁合金中的作用四、幾種不同元素在鋁合金中的作用提高鋁合金的性能可以通過合金化來達(dá)到,在合金中添加一些元素從而通過固溶強(qiáng)化(如Cu,Mg.Mn等)異相強(qiáng)化（如Cd(鎘)，Mn，Se（硒）等）形成外來晶核細(xì)

3、化晶粒（如Ti，B，Zr（鋯），V等）uSi主要是提高鋁合金的鑄造性及焊接流動(dòng)性，減少合金的線收縮率，降低鑄件的開裂傾向；uMg是Al-Si合金中主要的強(qiáng)化元素，在隨后的時(shí)效處理中形成的Mg2Si析出成為高度彌散的時(shí)效強(qiáng)化相，大大提高合金的強(qiáng)度，但延性下降；Ti對(duì)合金起變質(zhì)作用，使晶粒細(xì)化的作用，但是量過多的時(shí)候會(huì)使晶粒變粗；uCr（鉻）能夠細(xì)化晶粒，阻止再結(jié)晶形核和長(zhǎng)大過程，起一定的強(qiáng)化作用，改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性；uSc（鈧）顯著細(xì)化合金的鑄態(tài)晶粒，強(qiáng)烈釘扎組織，抑制再結(jié)晶，并阻止再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大，改善合金的腐蝕性能與焊接性能u其他如Cu,Zn,Zr（鋯）等對(duì)合金性能也有一定的

4、程度的影響。鋁合金制備與加工課件五、鋁合金的分類五、鋁合金的分類鋁合金制備與加工課件分類分類合金名稱合金名稱合金系合金系性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)示例示例鑄造鋁合金簡(jiǎn)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(dòng)淬火，宜于壓鑄ZL401鋁稀土鑄造合金Al-Re

5、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鋁合金制備與加工課件六、鋁合金的生產(chǎn)工藝六、鋁合金的生產(chǎn)工藝鋁合金制備與加工課件1. 1.變形鋁合金的生產(chǎn)工藝變形鋁合金的生產(chǎn)工藝 變形鋁合金的各種制品是由鑄坯經(jīng)過塑性變形而獲得的，其生產(chǎn)加工方法主要包括軋制、擠壓和鍛造等。生產(chǎn)變形鋁制品所需

6、的坯料，必須通過變形鋁合金的熔煉和鑄造獲得。變形鋁制品由于有改進(jìn)表面質(zhì)量、增強(qiáng)表面抗氧化能力和表面著色等方面需要，通常會(huì)引入表面處理環(huán)節(jié)。下面將從坯料制備、板帶材軋制、型棒材擠壓、鍛件生產(chǎn)和表面處理共五個(gè)方面，介紹變形鋁合金的生產(chǎn)工藝。鋁合金制備與加工課件1.11.1變形鋁合金鑄坯制備變形鋁合金鑄坯制備 變形鋁合金鑄坯的組織和性能，對(duì)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。 1.1.11.1.1變形鋁合金熔體凈化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

7、紋、白斑等缺陷，對(duì)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。鋁合金制備與加工課件1.1.21.1.2變形鋁合金熔體變質(zhì)處理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(zhǎng)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(duì)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。1.1.31.1.3

8、變形鋁合金鑄坯成型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：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；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；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。鋁合金制備與加工課件1.21.2板帶材生產(chǎn)板帶材生產(chǎn)鋁合金板帶材通常采用軋制的方式生產(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

9、、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。鋁合金制備與加工課件1.31.3型材棒材擠壓型材棒材擠壓 擠壓是對(duì)放在擠壓筒內(nèi)的金屬坯料施加外力，使之從特定的模孔中流出，獲得所需斷面形狀和尺寸的一種塑性加工方法。目前，鋁和鋁合金型材、棒材種類繁多，大部分是用擠壓方法生產(chǎn)的。擠壓方法的主要特點(diǎn)是：金屬在擠壓筒內(nèi)處于三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，因而可以充分發(fā)揮金屬的屬性；能生產(chǎn)各種斷面形狀復(fù)雜的實(shí)心和空心型材；生產(chǎn)靈活性大。其不足之處是與軋制生產(chǎn)相比，產(chǎn)量低，成本高，成品率低，加工費(fèi)用高。鋁合金制備與加工課件鋁合金制備與加工課件1.4 1.

10、4 鍛件生產(chǎn)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。鋁合金制備與加工課件l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614mm；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。鋁合金制備與加工課件l閉式(無毛模鍛)：與開式不同，模鍛過程沒有與模具運(yùn)動(dòng)方向垂直的橫向毛邊形成。由于制取胚料較復(fù)雜，閉式模鍛一般多用在形狀簡(jiǎn)單的鍛件上。鋁合金制備與加工課件1.51.5變

11、形鋁合金表面處理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(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和安全性，延長(zhǎng)使用壽命鋁合金制備與加工課件2 2、鑄造鋁合金的生產(chǎn)工藝、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。2.12.1鑄造鋁合金的熔煉鑄造鋁合金的熔煉2.1.12.1.1鑄造鋁合金的精煉鑄造鋁合金的精煉由于爐料和鋁合金液在熔煉、運(yùn)

12、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(dòng)性變差，澆注后會(huì)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(duì)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。鋁合金制備與加工課件2.1.22.1.2鑄造鋁合金的變質(zhì)細(xì)化處理鑄造鋁合金的變質(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(huì)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

13、到提高的目的。自發(fā)現(xiàn)Na對(duì)鑄造AlSi合金具有變質(zhì)作用以來，國內(nèi)外對(duì)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。2.22.2鑄造鋁合金的鑄造成型方法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。鋁合金制備與加工課件低壓鑄造低壓鑄造鋁合金制備與加工課件2.32.3鑄造鋁合金的熱處理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。退火處理。2，固溶處理3，時(shí)效處理，4循環(huán)處理2.42.4鑄造鋁合金的表面處理鑄造鋁合金的表面處理主要包括以下幾種，1機(jī)械精整，2陽極氧化，3鍍層，4化學(xué)拋光和電解拋光，5化銑，6修補(bǔ)，7涂漆，8噴丸鋁合金制備與加工課件7. 7. 鋁合金的應(yīng)用鋁合金的應(yīng)用鋁合金制備與加工課件鋁合金在交通運(yùn)輸、航空航天、電子電氣、包裝容器工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。鋁合金制備與加工課件全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金制備與加工課件捷豹全鋁車型鋁合金