鋁合金鍛造工藝特點(diǎn)（續(xù)）

時(shí)間：2016-11-15作者：浙江兆東機(jī)械有限公司瀏覽：85

                                這種鋁合金可鍛性相差大
    由以上分析可知，常用變形鋁合金在鍛造溫度下，可鍛性（與碳鋼和低合金鋼比）差，但是改善鋁合金的加工條件后，可以提高鋁合金可鍛性。
    （1）各種鋁合金可鍛性比較。其中7xxx鋁鋅合金系和部分5xxx鋁鎂合金系可鍛性較差；6xxx鋁鎂硅合金系可鍛性好；而2 xxx鋁銅合金系和4xxx鋁硅合金系可鍛性介于兩者之間。另外，圖內(nèi)沒(méi)有標(biāo)注的1xxx純鋁和不可熱處理鋁合金（如3xxx買和5xxx系的部分鋁合金）可鍛性遠(yuǎn)**其他鋁合金，但這些鋁合金在鍛造生產(chǎn)中應(yīng)少有限，因?yàn)椴荒軣崽幚韽?qiáng)化。
    （2）各種鋁合金可鍛性相差大。由于各種有合金中的合金元素種類和含量不同，強(qiáng)化相性質(zhì)、數(shù)量及分布特點(diǎn)也不相同，從而嚴(yán)重影響鋁合金塑性和變形抗力，故各種鋁合金可鍛性相差大。
    （3）鋁合金可鍛性與各類鋼可鍛性相比，鋁合金鍛造時(shí)摩擦系數(shù)大，黏附力強(qiáng)，流動(dòng)性差和變形抗力較大。所以其比碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼較難鍛造，但比鎳基或鉆基合金及欽合金又較明顯的易于鍛造。但是可通過(guò)改善鋁合金加工條件，提高鋁合金可鍛性。
                                    鋁合金鍛造工藝特點(diǎn)
    加熱特點(diǎn)
    （1）鍛造溫度范圍很窄。
    由于鋁合金變形抗力隨溫度降低而增加。增加速度比碳鋼和低合金鋼快；另外，模鍛店度過(guò)高或較低時(shí)，鋁合金鍛件較易產(chǎn)生缺陷。所以鋁合金鍛造溫度范圍窄，尤其合金化程度高的鋁合金不能在過(guò)高或較低溫度下鍛造。
    1）合理確定鍛造溫度范圍：確定鋁合金鍛造溫度范圍的主要依據(jù)是其塑性圖和變形抗力圖等。在合理鍛造溫度范圍內(nèi)對(duì)鋁合金進(jìn)行鍛造，可獲得均勻且細(xì)小的再結(jié)晶組織，保證鋁鍛件的物理和力學(xué)性能。
    2）鍛造溫度范：鋁合金允許鍛造溫度范圍很窄，一般較大在120度以內(nèi)（碳素鋼鍛造溫度范圍為500度左右)，某些高強(qiáng)度鋁合金鍛造溫度范圍甚至不到100度。例如7A04超硬鋁溫度范圍380一450度，僅700度。
    鋁合金在**允許鍛造溫度范圍或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)易產(chǎn)生粗晶，還易產(chǎn)生過(guò)燒，可  能將坯料打碎。**允許鍛造溫度范圍時(shí)，易使鍛件產(chǎn)生各種缺陷，例如粗晶粒和裂紋 等，并增加變形抗力。美國(guó)和日本對(duì)鋁合金采用較窄的鍛造溫度范圍，一般小于55度， 不**過(guò)850C。例如美國(guó)6061鋁合金始鍛溫度482 0C，終鍛溫度432度，溫  度范圍僅50 0C;而曰本6061鋁合金始鍛溫度 480度，終鍛溫度435度，溫度范圍僅45度為了減小變形抗力，終鍛溫度應(yīng)取較高溫度。所以實(shí)際采用的溫度范圍較窄。
    另外，由于各種鍛造設(shè)備打擊速度各異，產(chǎn)生熱效應(yīng)不同，故鍛造溫度也不同，例如錘上鍛造溫度一般比壓力機(jī)鍛造溫度低20-30度，對(duì)于高合金化鋁合金一般不采用模鍛錘鍛造。
                                加熱溫度精確測(cè)量
    由于鋁合金鍛造溫度范圍很窄，而且加熱到400度左右，鋁合金的顏色不變；用肉眼無(wú)法判斷溫度。為此鋁合金加熱需要采用溫度計(jì)控制溫度。并必須準(zhǔn)確無(wú)誤地控制。為此，加熱爐爐溫和坯料溫度測(cè)量非常重要，必須準(zhǔn)確測(cè)量。輻射型傳感器（紅外線）越來(lái)越多地用于測(cè)量毛坯的表面溫度。
    （3）導(dǎo)熱性能良好，但加熱保溫時(shí)間長(zhǎng)。
    1）鋁合金坯料可直接在高溫爐內(nèi)加熱：盡管鋁合金鍛造溫度范圍很窄，但是鋁合金導(dǎo)熱性良好，比結(jié)構(gòu)鋼熱導(dǎo)率大3-4倍，比不銹鋼熱導(dǎo)率大5-10倍，比高溫合金和鈦合金熱導(dǎo)率大8-10倍，由于鋁合金熱導(dǎo)率高所以，一般任何尺寸的坯料均不需要預(yù)熱，可直接在高溫溫爐內(nèi)加熱。
    2）保溫時(shí)間比碳鋼長(zhǎng)：由于鋁合金的相組成復(fù)雜，為了保證強(qiáng)化相充分溶解，其加熱保溫時(shí)間比一般碳鋼時(shí)間長(zhǎng)，且合金化程度越高。保溫時(shí)間越長(zhǎng)。加熱保溫時(shí)間合理，鋁合金塑性好，并可以提高鋁合金鍛造性能。
    多數(shù)鋁合金坯料保溫時(shí)間按鍛件直徑或厚度1.5-2min/mm計(jì)算，而高強(qiáng)度鋁合金如7A04及7075等，其加熱保溫時(shí)間應(yīng)按2-3min/mm計(jì)算。合金元素含量高的取上限，直徑或厚度較大的取上限，重復(fù)加熱時(shí)的時(shí)間可以減半。擠壓、  軋制坯料加熱到鍛造溫度后是否需要保溫，以在鍛造時(shí)不出現(xiàn)裂紋為準(zhǔn)，而對(duì)于鋁鑄錠則必須保溫。
    （4）加熱沒(méi)有氧化皮
    鋁合金加熱時(shí)不產(chǎn)生松散的氧化皮，但產(chǎn)品生氧化膜。
    （5）冷收縮率小(比鋼)。
    鋁合金冷收縮率比鋼小，一般取0. 6%-1.0%（鋼一般取1%一1.5%）。
                                    鍛造變形特點(diǎn)
    如前所述，鋁合金鍛造變形特點(diǎn)是外摩擦系數(shù)大，流動(dòng)速度慢，黍占附力強(qiáng)，塑性差和變形抗力較大。例如中等強(qiáng)度和塑性的鍛鋁2A50，在鍛造溫度范圍內(nèi)的塑性比碳鋼低，它需要比低碳鋼大30%的變形能量；且在鍛造溫度下有嚴(yán)重的粘模傾向，它與模具表面摩擦系數(shù)是鋼的3倍，其流動(dòng)速度約為鋼的一半。
    鋁合金可鍛性雖然比碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼差，但是只要鋁合金坯料鍛造溫度合理、模具粗糙度低（模具型槽光潔）和潤(rùn)滑良好及模具預(yù)熱佳等條件優(yōu)化，可較大提高變形鋁合金可鍛性，模鍛出形狀復(fù)雜的精密模鍛件。
    鋁合金這些工藝特點(diǎn)（加工條件對(duì)鋁合金可鍛性影響），要求在鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)措施。
                            鍛造過(guò)程較易產(chǎn)生缺陷
    （1）起皮
    起皮是鋁合金鍛件表面產(chǎn)生小的薄片狀起層或脫落，鋁合金對(duì)于表面起皮非常敏感。這些缺陷通常在固溶處理后并經(jīng)酸洗才能觀察到，當(dāng)用尖的工具撬開(kāi)起皮后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)露比的表面呈灰色、深褐色、黑色或白色，顏色與起皮的原因有關(guān)。起皮一般有四種類型：      
    1）粘連起皮。由于鋁合金黏附力強(qiáng)，在模鍛時(shí)，坯料流動(dòng)與模壁粘連，粘連會(huì)導(dǎo)致趕皮。在起皮與鍛件表面之間夾著一層黑色潤(rùn)滑劑，這類起皮通常呈現(xiàn)出斷斷續(xù)續(xù)的形態(tài)。克服粘連起皮的有效方法就是把模具和坯料都進(jìn)行潤(rùn)滑，并將模具表面進(jìn)行拋光，使其粗糙度在Ra0.8 μm以下。如果把拋光后的模具進(jìn)行316-427度回火，模具表面會(huì)形成一層抗粘連的氧化層，效果較好。所以潤(rùn)滑不當(dāng)造成鍛件的表層金屬與模具粘連、撕裂、因而形成起皮。為了避免粘連起皮，應(yīng)選擇合適的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法，并將模具表面拋光，粗糙度Ra0.8μm或較低，再將模具預(yù)熱好。
    2）氫氣起皮。在加熱或熱處理過(guò)程中，吸收了過(guò)多的氫氣而造成。起皮的金屬呈現(xiàn)白色。起皮的位置沒(méi)有規(guī)律。但是在斷面薄的地方較容易出現(xiàn)  鋁合金在加熱時(shí)，如果嚴(yán)重地暴露于爐氣中，促進(jìn)氫氣吸收，從而形成起皮。所以為了避免起皮，建議使用電爐或間接火焰爐力日熱鋁合金。
    3）過(guò)燒起皮。因過(guò)熱和過(guò)燒引起，起皮下面金屬呈現(xiàn)灰白色。嚴(yán)格控制鋁合金加熱溫度和鍛造速度，避免過(guò)燒。氫氣起皮和過(guò)燒起皮的鍛件采用拋磨無(wú)濟(jì)于事，鍛件應(yīng)報(bào)廢。
    4）熔煉起皮。鋁合金在熔煉過(guò)程產(chǎn)生缺陷而引起起皮。當(dāng)固溶處理溫度過(guò)高時(shí)，由熔煉原因造成起皮就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。建議采購(gòu)時(shí)，在采購(gòu)合同中應(yīng)提出要求。
    （2）大晶粒（粗晶）
    鋁合金鍛件在鍛造過(guò)程中易產(chǎn)生大晶粒（粗晶），鍛件晶粒粗大和不均勻是導(dǎo)致力學(xué)性能降低和不穩(wěn)定的重要因素。這往往是鋁合金鍛造成敗的關(guān)鍵因素。
    1）鍛件大晶粒產(chǎn)生因素。
    ①加熱溫度和鍛造溫度過(guò)高或過(guò)低，都易形成粗晶組織。加熱溫度和鍛造溫度過(guò)高時(shí)，晶粒迅速長(zhǎng)大，鍛件易形成粗晶組織。鍛造溫度過(guò)低時(shí)，鍛件產(chǎn)生加工硬化，在隨后的熱處理過(guò)程中，局部加工硬化區(qū)域的啟動(dòng)動(dòng)能大，首先產(chǎn)生再結(jié)晶，隨后局部晶粒急劇長(zhǎng)大形成粗晶。
    所以，為了避免產(chǎn)生粗晶，鍛造溫度范圍選擇應(yīng)盡量小。例如，美國(guó)和日本對(duì)鋁合金采用較窄的鍛造溫度范圍，一般小于55度，不**過(guò)85度。
    ②變形速度太快，容易使鍛件產(chǎn)生粗晶和晶粒結(jié)構(gòu)不均勻。變形速度太快，易使加工硬化速度大于再結(jié)晶速度，增大變形抗力，并因高應(yīng)變速率產(chǎn)生溫升而引起粗晶和增加變形不均勻性。故較低應(yīng)變速率對(duì)鋁合金鍛造成形有利。所以鋁合金宜采用液壓機(jī)和機(jī)械壓力機(jī)模鍛。
    ③在臨界變形程度下鍛造時(shí);易產(chǎn)生大晶粒：鋁合金臨界變形程度大多在2%一20%但是每種鋁合金臨界變形程度不相同，例如2A16是2%-9%，2A50是2%-20%。為避免形成粗晶組織，鍛造溫度下的變形程度應(yīng)控制在大于臨界變形程度。但是變形程度過(guò)大時(shí)，由于變形能導(dǎo)致鍛件溫升過(guò)高也會(huì)引起晶粒粗大和不均勻。
    ④其他因素產(chǎn)生大晶粒。如模具表面粗糙、變形劇烈不均勻、淬火溫度高和時(shí)間長(zhǎng)等也都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大晶粒。
    2）大晶粒鍛件對(duì)鋁合金鍛件力學(xué)性能影響。晶粒粗大和晶粒結(jié)構(gòu)不均勻?qū)е落X合金鍛件力學(xué)性能降低和不穩(wěn)定，對(duì)鍛件疲勞強(qiáng)度、耐腐蝕性能和沖擊韌性均有影響。所以，如飛機(jī)機(jī)輪及螺旋槳葉片產(chǎn)生粗晶就報(bào)廢，對(duì)于結(jié)構(gòu)件（如汽車控制臂）通常采用檢查粗晶區(qū)的力學(xué)性能，如符合技術(shù)條件則合格，不符合技術(shù)條件則報(bào)廢。
    某些鋁合金，特別是6061和2014，它們的晶粒很容易長(zhǎng)大，為了較好地控制晶粒尺寸應(yīng)當(dāng)非常小心地對(duì)壓縮量（變形程度）、鍛造溫度以及模具溫度加以權(quán)衡。鍛件終鍛壓縮量一般都較小，而且終鍛溫度也較低，在這種條件下生產(chǎn)的鍛件在進(jìn)行固溶處理時(shí)，晶粒往往會(huì)異常地長(zhǎng)大。所以為了保證鍛件具有細(xì)小均勻的晶粒組織。應(yīng)控制鋁合金變形溫度、變形程度和變形速度。
    （3）折疊和裂紋。
    1）折蠶。鋁合金在制坯和模鍛過(guò)程中較易產(chǎn)生折疊，應(yīng)及時(shí)清除，若沒(méi)有及時(shí)清理。會(huì)迅速擴(kuò)大造成鍛件報(bào)廢。故在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)及時(shí)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和及時(shí)消除或清除。由于鋁合金鍛造工藝特點(diǎn)（易粘連，流動(dòng)性差），產(chǎn)生折疊較敏感，故工藝過(guò)程和模具設(shè)計(jì)應(yīng)較嚴(yán)格。
    折疊產(chǎn)生原因和鋼鍛件折疊產(chǎn)生原因相同，由金屬流動(dòng)紊亂產(chǎn)生?；蝈懪髟谀Ｌ哦ㄎ徊徽_引起。所以模具設(shè)計(jì)時(shí)必須合理配置鍛件各部位坯料體積，并做到鍛坯在各模膛完全正確定位。另外，坯料溫度、模具表面粗糙度和潤(rùn)滑也很重要。模具表面粗糙度Ra≤0.8μm，模具預(yù)熱溫度合理（250-300度），潤(rùn)滑劑正確，并在生產(chǎn)過(guò)程中及時(shí)潤(rùn)滑，確保坯料金屬流動(dòng)順暢。
    例如，在鋁合金進(jìn)氣搖臂調(diào)試過(guò)程中，在圓環(huán)外端左和右兩處拐角產(chǎn)生折疊，  其中，一處折疊是由于模膛粗糙，甚至有刀痕產(chǎn)生，模膛拋光后即消失；另一處是由兩股金屬流動(dòng)匯合產(chǎn)生，將預(yù)鍛模封閉墻往外移動(dòng)10mm，使其中一股金屬外流而消失。
    2）裂紋。當(dāng)坯料鍛造溫度過(guò)低或坯料加熱保溫時(shí)間不足或坯料加熱過(guò)燒時(shí)，在制坯時(shí)術(shù)腸易產(chǎn)生裂紋。另外，對(duì)于高強(qiáng)度鋁合金一般還易在材料內(nèi)部開(kāi)裂、模鍛飛邊開(kāi)裂和切邊后斷口撕裂。另外，對(duì)于合金化程度高的鋁合金，一次行程變形程度過(guò)大時(shí)也易產(chǎn)生裂紋。
    （4）其他缺陷對(duì)于各種形狀鋼鍛件易產(chǎn)生的缺陷，例如變形、未充滿、穿晶和渦流等，鉆合金鍛件也易產(chǎn)生。
                                    鍛造輔助工序多
    擠壓棒材在下料前，需要消除擠壓棒材缺陷（粗晶環(huán)、分層和縮尾）。下料后，坯料需要預(yù)處理（去坯料兩個(gè)鋸切斷面毛刺和裂紋、打光鋸痕），光整坯料斷面。由于鋁合金在鍛造過(guò)程中較易產(chǎn)生各種缺陷，所以在制坯、預(yù)鍛、終鍛和熱處理等工序后，需要及時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷需要進(jìn)行清理（蝕洗和修傷）。故鋁合金鍛造輔助工序多。但是，控制好工藝參數(shù)可以減少清理工序。
工藝參數(shù)對(duì)鋁合金賭案件質(zhì)量敏感度
    （1）綜述工藝參數(shù)對(duì)鋁合金鍛造質(zhì)量的影響。
    綜上所述，工藝參數(shù)（變形溫度、變形程度和變形速度）對(duì)鋁合金鍛造質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。變形溫度過(guò)高或過(guò)低均能產(chǎn)生粗晶粒。臨界變形程度內(nèi)變形、變形程度過(guò)高或過(guò)低均能產(chǎn)生粗晶和組織不均勻。變形速度過(guò)快增大變形抗力和產(chǎn)生起皮、折疊及晶粒結(jié)構(gòu)不均勻或開(kāi)裂等缺陷。故在鍛造時(shí)，應(yīng)該對(duì)各工藝參數(shù)嚴(yán)格控制。
    （2）嚴(yán)格控制鋁合金鍛造工藝參數(shù)。
    為了避免產(chǎn)生各種缺陷，應(yīng)該對(duì)各工藝參數(shù)嚴(yán)格控制。例如某些鋁合金，特別是6061和2014，晶粒很容易長(zhǎng)大，為了較好地控制晶粒尺寸，應(yīng)當(dāng)非常小心地控制坯料鍛造溫度和變形程度、模具工作溫度。若模鍛變形量小和變形溫度低。在進(jìn)行固溶處理時(shí)，晶粒會(huì)異常長(zhǎng)大。
    例如，7075超硬鋁合金是鍛造鋁合金材料中工藝難度較大的材料種類，合金化程度高屬高強(qiáng)度低塑性鋁合金。可鍛溫度范圍狹窄，其塑性較佳溫度區(qū)間約60度（380-440度）。工藝塑性對(duì)材料的變形速度也非常敏感。7075超硬鋁合金易出現(xiàn)材料內(nèi)部開(kāi)裂、模鍛飛邊開(kāi)裂和切邊后的斷口撕裂（應(yīng)采用熱切邊，但是6000系鋁合金鍛件應(yīng)采用冷切邊）。


            ——選自《鍛造與加工》


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  詞條說(shuō)明

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