鋁及鋁合金加工材料的研究與開發(fā)趨向

富鵬?黃成成

摘要：隨著社會的發(fā)展，我國的鋁合金領(lǐng)域建設(shè)的發(fā)展也有了改善。鋁合金是現(xiàn)在國內(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。

關(guān)鍵詞：鋁合金材料;應(yīng)用;加工成形技術(shù)

引言

部分鋁合金還可以在熱處理的作用下實現(xiàn)更大硬度的體現(xiàn)。由于是鋁合金，必然會加入一些其他元素來彌補鋁材料的不組之處，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，具有更強的經(jīng)濟效益。

一、鋁合金材料的一般性特點

隨著社會對金屬資源的極度需求，在不斷的社會能源探索之下，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在鋁的煉化過程中加入一定的其他金屬，如鎳、鋅等經(jīng)過特定工藝煅煉能夠得到性能優(yōu)越的鋁合金材質(zhì)，被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)和生活之中。長期的企業(yè)生產(chǎn)實踐證明鋁合金材料有四種特殊性能①優(yōu)良的導(dǎo)熱性。鋁合金的導(dǎo)熱性能整體普遍較高，在目前已探測的金屬結(jié)構(gòu)中，鋁合金的導(dǎo)熱性能僅次于金、銀、銅的導(dǎo)熱屬性，并且鋁合金的導(dǎo)熱性是生活中常用金屬鐵的導(dǎo)熱性能的三倍之多，被廣泛的應(yīng)用于生活中需散熱的家庭日用設(shè)備。如6563合金常用于散熱片、取暖器。②良好的抗腐蝕性。鋁合金材料因其自身特性，長期至于空氣之中能夠與空氣中的氧元素發(fā)生氧化作用，形成一層密而堅硬的氧化薄膜，有效地保護了鋁合金材料。同時鋁合金材料生產(chǎn)企業(yè)中為進一步提高鋁合金的抗腐蝕性，多在鋁合金表面電泳涂裝，進行陽極氧化以及噴漆，把鋁合金的抗腐蝕性充分地發(fā)揮了出來，被廣泛地應(yīng)用于抗腐蝕產(chǎn)品生產(chǎn)之中。如6061、6082、6106、6005、6005A、6351等合金被廣泛運用于電梯鑲口、汽車車架元件、地鐵、火車器件等。③質(zhì)輕強度高。鋁合金材料和純鋁材料相比，繼承鋁質(zhì)材料質(zhì)輕特點的同時具有高強度的性能。其高強度性能優(yōu)越于其他各種類型的合金材料。如2024、5A02、7005、7020、7075等鋁合金材料被廣泛應(yīng)用于航天器、高強度工業(yè)機械設(shè)備。④低密度。鋁及鋁合金的密度接近2.7g/，約為鐵或銅的1/3，便于企業(yè)生產(chǎn)和運輸，降低了生產(chǎn)成本，提升了社會經(jīng)濟效益。

二、鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）動車組制造領(lǐng)域：鋁合金結(jié)構(gòu)在動車組的制造生產(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。同時在動車組使用的配件中，鋁合金材料也有著廣泛地使用。（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，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)展的進程中成為主要的材料，例如發(fā)動機氣體缸、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，可以對車身重量進行一定程度的減輕，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用。除此之外，鋁合金材料具有一定的裝飾性，通過對其表面進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，因此可以將之運用到各種類型的電線與導(dǎo)線的制備中;同時，鋁合金材料還有很強的耐用性、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、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。

三、鋁合金的加工成形技術(shù)

鋁合金成形方法主要包括鑄造、軋制、擠壓、拉拔、鍛造、3D打印等。目前，主流的鋁合金成形方法主要為鑄造、軋制和擠壓，新興的成形方法為3D打印。下面著重介紹這四種成形方法。

（一）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、輪轂等，可用于航空航天和交通等領(lǐng)域。

（二）軋制成形

軋制是錠坯依靠摩擦力被拉進旋轉(zhuǎn)的軋輥間，借助于軋輥施加的壓力，使其橫斷面減小，形狀改變，厚度變薄而長度增加的一種塑性變形過程。根據(jù)產(chǎn)品品種不同，可分為板、帶材軋制，棒材軋制，管材軋制等。根據(jù)軋制溫度分為熱軋和冷軋，熱軋是在金屬高溫時進行軋制成形，以此保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，同時明顯降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率，從而獲得良好的經(jīng)濟效益。熱軋主要用于生產(chǎn)厚板，其特點是效率高、性能優(yōu)良，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，為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，可用多機架連續(xù)冷軋的方法生產(chǎn)。

（三）擠壓成形

擠壓是將錠坯裝入擠壓筒中，通過擠壓軸對金屬施加壓力，使其從給定形狀和尺寸的?？字袛D出，產(chǎn)生塑性變形而獲得所要求的擠壓產(chǎn)品的一種加工方法。擠壓成形能顯著提高鋁合金的變形能力，改善鋁合金的組織、性能。采用擠壓工藝不僅可生產(chǎn)形狀簡單的管、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。

（四）擠壓加工中的危險源及防護措施

①危險源：擠壓加工是機器在高溫狀態(tài)下運行，整個機器都處于高速運行的狀態(tài)，一旦操作失誤或機器發(fā)生突發(fā)性急停故障，極易造成工作人員燙傷、物體打擊和機器設(shè)備損壞。在機器運行過程中，操作不當(dāng)還容易發(fā)生飛車現(xiàn)象，對人和機器造成嚴(yán)重的危害。②防范措施：要按照嚴(yán)格的操作標(biāo)準(zhǔn)操作機器，開關(guān)機時按正確的順序開起低壓閥門和高壓閥門。對于擠壓機輸出的制成品要使用專門的承接工具來轉(zhuǎn)接并戴好防護設(shè)備，確保不被剛產(chǎn)出的鋁合金產(chǎn)品高溫未退燙傷或產(chǎn)品顫動擊打到人。在對擠壓機器進行監(jiān)測、維修時必須戴好相應(yīng)的防護設(shè)備，避免突發(fā)事件發(fā)生對人造成的危害。對于作業(yè)廢渣、廢料、不良產(chǎn)品要做好分類處理，并歸置整齊，貼上明確的標(biāo)識，防止對人造成不必要的傷害。

結(jié)語

目前，我國已掀起鋁及鋁合金材料加工工藝發(fā)展的第三次高潮。根據(jù)社會的需求，未來需要發(fā)展一批具有高強、高韌、耐磨、耐腐蝕、易加工等不同特性的新型鋁合金。另外，傳統(tǒng)的加工方法也存在許多不足，如：生產(chǎn)效率低，不能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn);幾何廢料損失大;擠壓工模具工作條件惡劣，工模具耗損大等等。針對這些問題，鋁合金材料加工工藝應(yīng)結(jié)合先進的加工理論，如新型強化理論、電子冶金技術(shù)等，并調(diào)整合金元素含量，開發(fā)新型變形熱處理工藝及強化新技術(shù)。

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