鋁合金材料的應(yīng)用及其加工成形技術(shù)

劉 科

（廣西南南鋁加工有限公司，廣西 南寧 530023）

1 鋁合金材料的特點(diǎn)

（1） 鋁合金的密度相對(duì)較小。其密度為2.7 g/cm3，而同樣在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用的鋼密度為7.8 g/cm3，鋁合金的密度為鋼的1/3左右。正是因?yàn)檫@一特性，使得鋁合金能夠滿足航空航天、汽車制造、建筑等領(lǐng)域中相關(guān)裝備的輕量化需求，進(jìn)而有了較為廣泛的應(yīng)用，通過應(yīng)用鋁合金材料可以對(duì)運(yùn)輸費(fèi)用與加工費(fèi)用進(jìn)行一定程度的降低，從而節(jié)約施工或者制造成本。

（2） 鋁合金具有較好的力學(xué)性能。對(duì)于純鋁而言，它具有密度低、塑性好的優(yōu)勢(shì)，然而純鋁的強(qiáng)度相對(duì)較低，因此往純鋁中添加一定的強(qiáng)化元素，例如鋅元素、鎂元素以及銅元素等，使其成為強(qiáng)度較高的鋁合金，其強(qiáng)度可以達(dá)到普通鋼鐵的強(qiáng)度，因此可以將之運(yùn)用與航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有著一定程度的應(yīng)用，并能滿足其高強(qiáng)度需求。

（3） 耐腐蝕性好。當(dāng)鋁合金長(zhǎng)時(shí)間暴露在大氣中時(shí)，在鋁合金的表面能夠形成一層氧化膜，氧化膜對(duì)鋁合金表面起到一定程度的保護(hù)作用，避免其進(jìn)一步被氧化。

（4） 鋁合金具有較好的導(dǎo)熱性能。就純鋁而言，其導(dǎo)熱性相對(duì)較高，在諸多金屬元素之中，僅次于銀、金、銅的導(dǎo)熱性能，而鋁合金很好地繼承了純鋁的導(dǎo)熱性能，使其在散熱器、取暖器等熱能轉(zhuǎn)化設(shè)備的制造中有著廣泛地應(yīng)用。

（5） 除了上述的幾個(gè)明顯特性之外，鋁合金還具有一定的裝飾性，主要是因?yàn)殇X合金可塑性強(qiáng)，可用其對(duì)各種規(guī)格、各種形狀的產(chǎn)品進(jìn)行有效的加工，且可以對(duì)其表面進(jìn)行一定程度的處理使其生成不同顏色的膜層，進(jìn)而起到優(yōu)良的裝飾作用。

2 鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域

（1） 航空航天領(lǐng)域：鋁合金結(jié)構(gòu)在飛機(jī)的制造生產(chǎn)中有著十分廣泛地應(yīng)用，這主要得益于其優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)特性。同時(shí)在飛機(jī)的配件中，鋁合金材料也有著較為廣泛地使用，例如蒙皮、起落架等。在航天領(lǐng)域，鋁合金也被作為重要材料使用。例如美國(guó)的“阿波羅”號(hào)飛船的燃料箱、儀器倉(cāng)等都是運(yùn)用鋁合金材料制造而成的。

（2） 汽車領(lǐng)域：現(xiàn)階段汽車制造呈現(xiàn)出輕量化的發(fā)展趨勢(shì)，而鋁合金材料的密度較小，是一種性能十分優(yōu)良的輕質(zhì)材料，因此在汽車輕量化發(fā)展的進(jìn)程中成為主要的材料，例如發(fā)動(dòng)機(jī)氣體缸、輪轂等零件大多用鋁合金材料制作而成的。除此之外，變形鋁合金在汽車制造領(lǐng)域也有著廣泛地應(yīng)用。將鋁合金板代替原先的鋼板應(yīng)用在汽車內(nèi)外板的制造方面，可以對(duì)車身重量進(jìn)行一定程度的減輕，一般可以減輕40%～50%左右。

（3） 建筑領(lǐng)域：鋁合金材料具有耐腐性、高強(qiáng)性等優(yōu)良特性，這些優(yōu)良特性體現(xiàn)在建筑行業(yè)中表現(xiàn)為高焊接性能與工藝性能，在建筑物構(gòu)架、門窗與吊頂中都有著十分廣泛地運(yùn)用。除此之外，鋁合金材料具有一定的裝飾性，通過對(duì)其表面進(jìn)行一定程度的處理使其生成不同顏色的膜層，因此可以將鋁合金材料加工成不同形狀、不同顏色的裝飾品，在建筑物設(shè)計(jì)與制造中起到有效的裝飾作用。

（4） 電子領(lǐng)域：鋁合金具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，因此可以將之運(yùn)用到各種類型的電線與導(dǎo)線的制備中；同時(shí)，鋁合金材料還有很強(qiáng)的耐用性、易著色性、散熱性等優(yōu)良特性，且投入成本較低，因此它在手機(jī)、平板電腦、電視的外殼與電子元件制造領(lǐng)域有著一定程度的應(yīng)用。

（5） 包裝領(lǐng)域：鋁合金材料具有一定的易塑性，在包裝領(lǐng)域中可以被制備成易拉罐、瓶、桶等，在飲料包裝?；瘖y品包裝、藥品包裝、香煙包裝與工業(yè)產(chǎn)品包裝中應(yīng)用廣泛。

3 鋁合金加工成形技術(shù)

3.1 鑄造

鋁合金的鑄造過程即首先對(duì)鋁合金進(jìn)行一定程度的熔化處理，使其成為溶體，在此基礎(chǔ)之上利用鋁合金溶體良好的流動(dòng)性與可填充性將之澆鑄到不同形狀的模具當(dāng)中去，從而形成各種零件，在這一過程中需要注意對(duì)厚度、氣密、荷載承受性能進(jìn)行有效的控制，使其能滿足鑄造需求。通過鑄造所形成的鋁合金零件，例如缸體、支架、箱體、輪轂等，可用于各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)與安裝當(dāng)中。

3.2 軋制

軋制流程如下，首先錠坯受到摩擦力的作用進(jìn)入到處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的軋輥間，在軋輥間中錠坯會(huì)收到一定的壓力，在壓力的作用之下其橫截面逐漸減小并同時(shí)在形狀上在發(fā)生一定程度的變化，除此之外，壓力會(huì)促使錠坯的厚度減小并使其長(zhǎng)度增加。從本質(zhì)上來看，軋制過程其實(shí)是一個(gè)塑性變形的過程。軋制又可以進(jìn)一步細(xì)分為熱軋與冷軋，熱軋是在保持被軋制金屬處于高溫狀態(tài)下的形式，高溫環(huán)境保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時(shí)也可以對(duì)生產(chǎn)效率進(jìn)行一定程度地提升，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。而對(duì)于冷軋而言，這種軋制方式一般用于鋁合金薄板、鋁箔毛料的生產(chǎn)中。

3.3 擠壓

鋁合金材料的擠壓主要的是將錠坯裝入到擠壓筒之中，擠壓筒會(huì)不斷向金屬施加一定的壓力，便將其從給定形狀與尺寸的?？字袛D出，進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形使其成為所需形狀與尺寸的產(chǎn)品。通過對(duì)鋁合金采取擠壓成形工序，可以對(duì)鋁合金的變形能力進(jìn)行顯著地提高，進(jìn)而對(duì)鋁合金的組織與性能做出有效改善。一般情況下，鋁合金擠壓成形不僅可以對(duì)管、棒、帶等形狀相對(duì)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)還能夠生產(chǎn)斷面形狀非常復(fù)雜的實(shí)心和空心型材，以及階段變斷面和逐漸變斷面型材。

3.4 3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)是一種新型的金屬成形技術(shù)，其距離主要如下：首先應(yīng)用三維建模軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，形成三維數(shù)據(jù)模型，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行分層處理，通過分層處理可以獲取各個(gè)截面的二維輪廓數(shù)據(jù)，然后再對(duì)高能激光束進(jìn)行一定程度的利用，通過其對(duì)金屬粉末進(jìn)行掃描溶化處理，并將分層不斷進(jìn)行疊加，最終會(huì)形成三維金屬零件3D打印技術(shù)具有一次成形、快速柔性以及高效的特點(diǎn)。當(dāng)前狀況下，3D打印技術(shù)已經(jīng)在鋁合金航天部件生產(chǎn)、武器裝備以及模具制造等領(lǐng)域中有了一定程度地應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)鋁合金材料的應(yīng)用及其加工成形技術(shù)進(jìn)行研究與分析。首先對(duì)鋁合金材料的特性特點(diǎn)與主要的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了一定程度上的闡述，然后在此基礎(chǔ)之上從鑄造成形、軋制成形、擠壓成形以及3D打印成形四個(gè)方面分析了鋁合金加工成形技術(shù)。綜上所述，鋁合金材料憑借著自身的優(yōu)良特性，使其在航空航天、汽車制造、建筑、生產(chǎn)包裝等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。未來需要進(jìn)一步改善與優(yōu)化鋁合金的生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步提升鋁合金質(zhì)量，滿足各個(gè)領(lǐng)域的需求，具有十分廣闊的發(fā)展前景。