鋁合金材料的應(yīng)用及其加工成形技術(shù)

張紅芳，楊明琴，王澤曉

（山西銀光華盛鎂業(yè)股份有限公司，山西 運(yùn)城 043800）

鋁合金是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)中大范圍生產(chǎn)并大范圍的投入到使用中去的一種材料，其擁有許多材料所不能擁有的良好性質(zhì)，例如，鋁合金的密度低但是強(qiáng)度卻很高，相比于同類型的鋼材而言，鋁合金材料將以同體積更小的質(zhì)量以及更大的安全性能、抗壓性能為各種工程施工、高科技產(chǎn)品提供良好的物理支持。部分鋁合金還可以在熱處理的作用下實(shí)現(xiàn)更大硬度的體現(xiàn)。由于是鋁合金，必然會(huì)加入一些其他元素來彌補(bǔ)鋁材料的不組之處，通常我們加入的元素有銅、鎂、鋅、硅等元素，這類元素較為普遍，易于得到，且在鋁合金中占有的百分比也十分的小，相比于其它合金而言，具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益。

無論是從宏觀來看還是微觀來看，鋁合金材料都在不同方面出現(xiàn)了不良的性質(zhì)，這將導(dǎo)致利用鋁合金材料生產(chǎn)出來的東西始終不能夠站上國(guó)際前沿，也始終不能完美契合環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)，在使用和銷售的過程中也往往會(huì)受到這些不利于應(yīng)用的性質(zhì)影響。例如易變性這一性質(zhì)：鋁合金確實(shí)是有著超高的硬度以及超高的抗壓能力，但是由于鋁合金在生產(chǎn)出來后，合金內(nèi)部的各類原子依舊不斷地在進(jìn)行著碰撞，發(fā)生著劇烈的反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到了一定的限度，一旦合金外表受到外界的一些創(chuàng)傷，就會(huì)導(dǎo)致合金整體受到破壞，也就是變形。這不僅會(huì)影響設(shè)備的使用，也不利于再次回收利用。在幾十年的發(fā)展歷程中，鋁合金的類型也多種多樣，不同牌號(hào)的以及不同類型的鋁合金材料分別根據(jù)其特有的性質(zhì)被使用在了不同的方面，例如1050通常被使用在食品、化學(xué)以及在釀造工業(yè)中需要使用到的擠壓盤管、各類軟管方面；再例如3004通常被用在易拉罐罐身的制作上，相比于用來制作廚具、運(yùn)輸工具或是加工管道的3003而言，3004具有更高的強(qiáng)度，能夠被用來做一些需要高抗壓能力的零部件或是特殊化學(xué)產(chǎn)品的運(yùn)輸以及儲(chǔ)存，在各大建筑行業(yè)也有廣泛的使用。

1 鋁合金在各行各業(yè)中的應(yīng)用

（1）鋁合金在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用。鋁合金在航天領(lǐng)域的應(yīng)用十分的廣泛。例如：2014號(hào)由于其高強(qiáng)度的抗壓和抗高溫，所以在航天航空材料的制作上一般被使用于制作火箭的第一級(jí)燃料槽以及部分火箭的零部件；2048和2124都被用來制作航天器的結(jié)構(gòu)部件；2218則用來使用在飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)以及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞這部分；2219由于其能夠承受的外部溫度跨度性很廣，在零下270°～300°這個(gè)范圍，擁有十分良好的焊接性，在T8狀態(tài)還呈現(xiàn)出了十分優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力，所以在航天航空中通常被利用作為火箭中放置氧化劑的槽口中，在超音速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)制作中承擔(dān)了蒙皮材料和部分零部件的使用；5052號(hào)鋁合金材料不僅具有良好的可塑性，同時(shí)還具備一定的加工性能，能夠方便后期的處理、加工，改變其原有的性能，并且還具有良好的抗腐蝕性以及一定的靜態(tài)強(qiáng)度，在航天航空中通常被用來制造飛機(jī)的油箱，運(yùn)輸燃油的管道等；7072具有較強(qiáng)的可塑性，能夠被壓縮成為極薄的鋁箔，通常與其他牌號(hào)的鋁合金共同使用，包裹在其外面有助于加強(qiáng)其他鋁合金材料的各項(xiàng)性能。

（2）鋁合金在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。將鋁合金應(yīng)用在汽車產(chǎn)業(yè)中最主要的是降低了汽車的質(zhì)量并在其他方面提供了有效的改善、支持和增強(qiáng)。在汽車的制造上使用了新的材料、新的技術(shù)，從源頭上進(jìn)行了環(huán)保處理[1]。有相關(guān)研究表明，當(dāng)汽車本身的質(zhì)量降低一百千克，就能夠使汽車每行駛一千米的燃油量下降零點(diǎn)七升，但從數(shù)據(jù)來看似乎沒有大的改變，但是從宏觀來看，在一年內(nèi)能夠相較于以前產(chǎn)生較好的減污效果。所以如何減少汽車本身的質(zhì)量也成為了現(xiàn)在汽車材料研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。減少汽車自身重量的方式有三種，第一種是將汽車的形狀變小，發(fā)行小排量的汽車，這對(duì)于部分人群而言有一定的使用價(jià)值，但對(duì)于有特殊汽車外形要求，特殊汽車性能要求的人群而言，這樣的汽車遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，也就不能做到大范圍的普及；第二種是從汽車的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，通過重新設(shè)計(jì)個(gè)方面的結(jié)構(gòu)造型以及更換部分零部件來達(dá)到減少汽車自身重量的效果；第三種是采用更輕的金屬材料，也就是鋁合金來進(jìn)行汽車的生產(chǎn)。

相比于以往的汽車制造材料，鋁合金材料同樣呈現(xiàn)出了質(zhì)量小、強(qiáng)度大、抗壓能力強(qiáng)、抗沖擊能力強(qiáng)、回收率高等優(yōu)秀的性質(zhì)，甚至有專家聲稱，未來的鋁合金材料有可能擁有比塑料還要小的質(zhì)量。雖然以目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)來看，我們并不能將所有的鋼材、鐵材更換成為鋁合金，但是由于鋁合金的質(zhì)量只占鋼鐵的三分之一，當(dāng)我們極大限度的使用鋁合金后，汽車的總質(zhì)量也會(huì)下降一半。而且鋁合金由于有鋁元素的優(yōu)質(zhì)性能，同樣能夠在金屬外表皮形成一層極不活潑的致密氧化層，所以鋁合金是永遠(yuǎn)不會(huì)生銹的，這不僅提高了汽車的使用年限和安全性能同時(shí)也提升了汽車的美觀程度，具有較好的可行性。具體優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在：將鋁合金應(yīng)用在汽車的變速器外殼以及汽油泵、化油器等汽車結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)崿F(xiàn)減重、高強(qiáng)度并且耐腐蝕的性質(zhì)；使用在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞以及氣缸賽中能夠在原有的基礎(chǔ)上增添較好的散熱性能，減少了因?yàn)樯嵩蚨鴮?dǎo)致的汽車溫度過高而產(chǎn)生故障的情況；利用在車圈上同樣是具有減重、優(yōu)良散熱性質(zhì)以及良好外觀的優(yōu)點(diǎn)。以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的技術(shù)，鋁合金應(yīng)用于汽車制造上出現(xiàn)的不良因素也很多：鋁合金雖然具有良好的抗壓能力，但由于金屬內(nèi)部反應(yīng)劇烈，容易在表面出現(xiàn)細(xì)小的裂紋，且不易被肉眼察覺，一旦這些裂紋數(shù)達(dá)到了一定的標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)發(fā)生變形；在鍛造的過程中若是技術(shù)沒有達(dá)到，極容易出現(xiàn)沙眼；材料本身的價(jià)格以及加工費(fèi)用都較高，制造出來的汽車呈現(xiàn)較高的價(jià)格，對(duì)于中國(guó)而言大部分人還是消費(fèi)不起這樣的汽車，且若是由鋁合金為主要制造材料的汽車得不到普及，其修理點(diǎn)也會(huì)十分的稀少，進(jìn)一步加大了購買汽車的成本。

2 如何進(jìn)一步控制鋁合金的加工變形

控制鋁合金的加工變形的方法、技術(shù)有許多種，現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)常用的主要有三種，它們分別是：高速切削技術(shù)、電流變技術(shù)、激光加工技術(shù)。

①高速切削技術(shù)。一般而言，在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，溫度會(huì)隨著切削速度的增加而升高，當(dāng)達(dá)到了一個(gè)閾值后則會(huì)在這個(gè)極限值后溫度隨著切削速度的增加而逐漸減小，具體的閾值以及溫度變化將根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)而定。利用高速切削技術(shù)試將切削的速度從常規(guī)速度變?yōu)榱顺Ｒ?guī)速度的五至十倍，以每分鐘一千五百米到五千米的速度進(jìn)行切割能夠有效地改善在鋁合金零件在進(jìn)行加工過程中呈現(xiàn)切削熱和夾緊力的問題。②電流變技術(shù)。電流變技術(shù)也被稱為ER技術(shù)，實(shí)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)較為流行的一種新興技術(shù)。理論上來講，電流變技術(shù)是利用了一些特殊的、具有特殊性質(zhì)的液體通過電鏟的作用實(shí)現(xiàn)電流變效應(yīng)的，工作人員有效的利用這種效應(yīng)并配合電場(chǎng)的作用和液體的粘度，即可使液體在某一特定的范圍中擁有固體的部分屬性，也就具備了一定的抗剪切性能。這個(gè)過程十分的容易控制，能夠準(zhǔn)確地對(duì)鋁材料零部件實(shí)現(xiàn)定位以及安裝，呈現(xiàn)了較高的精準(zhǔn)度，同時(shí)減少了鋁材料在進(jìn)行切割過程中變形的可能性。

3 結(jié)語

鋁合金具有著許多其它合金材料所不能達(dá)到的優(yōu)質(zhì)性能，在人們的日常生活中、科學(xué)技術(shù)發(fā)展中都做出了很大的貢獻(xiàn)，但是目前由于國(guó)內(nèi)合金材料研究、生產(chǎn)技術(shù)還有所欠缺，還需要我們不斷地深入研究，為國(guó)內(nèi)鋁合金材料的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。