鋁合金材料的應(yīng)用及其加工成形技術(shù)研究

摘 要：鋁及鋁合金材料由于具有很多優(yōu)良的特性，目前，在有色金屬材料領(lǐng)域，其產(chǎn)量最大并且應(yīng)用范圍也最廣泛，主要應(yīng)用于和國民經(jīng)濟(jì)相關(guān)的各行業(yè)中，包括機(jī)械制造、汽車生產(chǎn)、航空航天、能源及化學(xué)工業(yè)等行業(yè)。而且，隨著材料科學(xué)研究者對(duì)鋁及其合金材料的深入研究以及全球?qū)?jié)約資源和環(huán)境保護(hù)的重視，使得其發(fā)展速度非常快，在許多領(lǐng)域大有代替鋼鐵材料的趨勢(shì)，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人民物質(zhì)和文化生活的提高具有重要的作用，也是國防軍工現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)材料。本文主要介紹了鋁合金材料的基本性能和應(yīng)用，著重分析討論了鋁合金材料成形技術(shù)有關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：鋁合金;加工成形;材料

1.鋁及其合金材料的概況

鋁及其合金加工產(chǎn)品由于具有一系列優(yōu)良的性能己經(jīng)在機(jī)械制造、國防、能源及化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。其中，屬于不可熱處理強(qiáng)化的變形鋁錳系合金顯著的特點(diǎn)是抗腐蝕性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、塑性高，強(qiáng)度比1×××系鋁合金高，而與1×××系鋁合金的耐蝕性相近，且具有良好的焊接性能和成型加工性能，被作為一種具有良好抗蝕性能的中等強(qiáng)度鋁合金而得到廣泛的應(yīng)用。鋁錳系合金是具有代表性的防銹鋁合金，主要用于液體產(chǎn)品的運(yùn)輸、熱交換器和化工產(chǎn)品處理與貯存裝置，以及薄板加工的各種壓力容器與管道等需要有高的抗蝕性、良好的成形性能和焊接性好的零部件。為了提高鋁合金的成型性和機(jī)械性能，最好的方法之一是獲得超細(xì)晶粒，尺寸小于1um的超細(xì)晶可以通過大塑性應(yīng)變獲得，之前已有一些技術(shù)現(xiàn)在可用于生產(chǎn)高應(yīng)變合金，包括高壓扭轉(zhuǎn)應(yīng)變（HPT）、限制模壓變形法（CGP）、和等通道角擠壓（ECAP）等。

2.鋁合金的典型應(yīng)用分析

2.1航空航天領(lǐng)域

鋁合金是飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料。飛機(jī)上的蒙皮和起落架都可以用鋁合金制造。波音767客機(jī)采用的鋁合金占到了機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的81%。鋁合金也是航天領(lǐng)域中的重要材料，如“阿波羅”號(hào)飛船的“土星”5號(hào)運(yùn)載火箭各級(jí)的燃料箱、儀器艙等都用鋁合金制造的。

2.2交通領(lǐng)域

目前，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。

2.3包裝領(lǐng)域

鋁合金可用于制備易拉罐、蓋、瓶、桶、包裝薄等，廣泛應(yīng)用于飲料、化妝品、食品、藥品、香煙、工業(yè)產(chǎn)品等包裝。

2.4建筑領(lǐng)域

建筑裝飾用鋁材鋁合金因其良好的抗蝕性、足夠的強(qiáng)度、優(yōu)良的工藝性能和焊接性能、廣泛用于建筑物構(gòu)架、門窗、吊頂?shù)?。?duì)鋁合金著色后，制成各種裝飾品，作為裝飾材料。

2.5電子領(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。

3.鋁合金的加工成形技術(shù)分析

3.1鋁合金鑄造

鑄造就是將鋁合金熔化成熔體，利用其良好的流動(dòng)性和可填充性，將鋁合金澆鑄到各種模具中，制造形狀復(fù)雜、壁厚較薄或要求氣密的承受中等載荷的零件。鑄造出的鋁合金零件，如缸體、支架、箱體以及輪轂等，可用于航空航天和交通等領(lǐng)域。

3.2軋制成形

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。根據(jù)軋制溫度分為熱軋和冷軋，熱軋是在金屬高溫時(shí)進(jìn)行軋制成形，以此保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，同時(shí)明顯降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率，從而獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。熱軋主要用于生產(chǎn)厚板，用于制備易拉罐、汽車車身板及航空航天用帶材的冷軋坯料;冷軋主要是用于生產(chǎn)鋁合金薄板、鋁箔毛料等。

3.3擠壓成形

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。采用擠壓工藝不僅可生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單的管、棒、帶材產(chǎn)品，還可以生產(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。擠壓成形制備的鋁合金線材可用于制備導(dǎo)線等，擠壓成形的鋁管材可用于制備導(dǎo)電管、暖水管、建筑用鋁管等。

3.4 3D打印成形

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)。目前，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

綜上，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。

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作者簡(jiǎn)介：

劉燕（1992-），性別：女;籍貫：內(nèi)蒙古;民族：漢;學(xué)歷：研究生;單位：國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心。