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铝合金锻造工艺
上传时间:2019-12-05

一、铝合金锻造

    (一)铝坯料的准备和加热

    1.坯料准备

    供锻造用的铝合金坯料有铸锭、轧制毛坯和挤压毛坯。铸锭常用于制造自由锻件和各向异性比较小的模锻件。对于大型模锻件的坯料,当挤压棒材的尺寸不够时,大多也采用经锻造后的铸锭作坯料。锻造前,铸锭表面要进行机械加工,使其表面粗糙度低于12. 5μm,并进行均匀化退火,以改善塑性。

    铝合金的轧制毛坯,具有纤维状的宏观组织。常用轧制厚度小于l00mm的板坯和条坯制造壁板类锻件和大批生产的小型薄锻件。轧制毛坯较挤压的和锻制的毛坯具有较好的表面质量、较均匀的组织和力学性能,因此在用棒材作坯料制造大型重要锻件和模锻件时,首先选用轧制棒材,其次选用挤压棒材,最后才选用锻制棒材。选用轧制毛坯的问题是,厚度大的轧制板坯下料较困难,而且下料过程中金属损耗大。

    铝合金的挤压毛坯,由于生产灵活性大,目前大多数铝合金锻件都是以挤压毛坯作为锻造用坯料,挤压棒材尤其适于用作长轴类锻件的坯料。但挤压毛坯的各向异性大,而且表皮有粗晶环、成层、表皮气泡等缺陷,因此模锻前必须清除这些表皮缺陷。

    铝合金坯料常用的下料方法是用锯床、车床或铣床下料,较少用剪床下料,个别情况下采用坯料加热后锤上剁切。

    2.锻前加热

    由于铝合金锻造温度范围很窄,铝合金毛坯的加热应选用能够保证达到要求的温度范围并易于自动控制的箱式电阻炉,炉内空气要强制循环,并采用带有隔热屏的加热元件。目前,国内铝合金毛坯大多用铁铬铝丝电阻炉加热,炉子装有精度在±10℃范围内的自动控制仪表。为测量温度,在加热区距毛坯100 - 160mm处安装热电偶,基本符合要求。没有电炉时,可以使用煤气炉和油炉,但不允许火焰直接接触坯料,以防过烧。燃料的硫含量要低,以免高温下硫渗入晶界。

    装炉前,毛坯要除去油垢及其他污物,炉内不得与钢坯混装,以免铝屑和氧化铁屑混在一起容易产生爆炸。装炉时毛坯不得与加热元件接触,以免短路和碰坏加热元件。炉内毛坯放置距炉门250 - 300mm,以保证加热均匀。在毛坯和电阻丝之间加放钢板,以预防毛坯在加热过程中过烧。

铝合金导热性良好,任何厚度的毛坯均不需要预热,可直接在高温炉内加热,要求毛坯加热到锻造温度的上限。为了保证强化相的充分溶解,其加热时间一般仍比钢坯的加热时间长,可按每1mm直径(或厚度)约需1.5min计算。对于挤压坯料或轧制坯料加热到开锻温度后,是否需要保温,以在锻造和模锻时不出现裂纹为准,而铸锭则必须保温。

表1.5.1列出常用变形铝合金的锻造温度范围。表中数据表明,铝合金的锻造温度范围比较窄,一般都在150℃范围内,某些高强度铝合金的锻造温度范围甚至在100 ℃范围内。锤上锻造温度一般比压力机上锻造温度低20 - 30℃。为了减小锻造温度的变化,有必要对铝合金锻造用模具进行预热。

表1.5.1变形铝合金锻造温度和加热规范

合金种类

合金牌号①

 锻造温度/℃

加热温度(±10)/℃

 加热时间/min.mm-1

始锻

终锻

锻铝 

6A02 (LD2)

480

380

 480

    1.5

2A50 (LD5). 2850 (LD6).

2A70 (LD7). 2A80 (LD8)

470

 360

47

2A14 (LDIO)

460

360

460

 硬铝

2A01 ( LY2) .2AIl ( LYII) .

2A16(LY1l) .2A17(LY17)

470 

360

 470

2A02 ( LY2) . 2A12 ( LY12)

460

360

460

超硬铝

7A04 ( LC4) . 7A09 ( LC9)

450

380

450

3.0

5A03 (LF3)

470

380

470

    1.5

防锈铝

5A02 (LF2). 3A21 (LF21)

470

360

470

5A06 (LF6)

470

400

40

    ①括号内为旧牌号。

    国外技术资料表明,对铝合金的锻造温度采用更窄范围。例如,美国最常用的15种铝合金,其锻造温度范围一般小于55℃,最大不超过90℃。和国内的锻造温度相比较,始锻温度被降低,终锻温度被提高。在较窄的温度范围内锻造,无疑合金的塑性好,变形抗力较小,所获得的再结晶组织均匀而且细小。

    (二)锻造工艺

    1.变形速度和变形程度

    变形速度对大多数铝合金的塑性没有太大的影响,只是个别高合金化的铝合金在高速形时,塑性才显著下降。此外,当由低变形速度过渡到高变形速度时,变形抗力随着合金的合金化程度不同,大约增大0.5 -2.0倍。因此,铝合金锻造既可在低的变形速度下进行,也可在高的变形速度下进行。但是为了增大允许的变形程度和提高生产效率,降低变形抗力和改善合金充填模具型腔的流动性,则选用压力机和模锻来锻造铝合金要比锤锻好些。对于大型铝合金锻件和模锻件,尤其如此。

    铝合金在高速锤上锻造时,由于变形速度很大,内摩擦很大,热效应也大,使合金在锻造时的温升(约100 ℃)比较明显。为此,铝合金的始锻温度应加以调整,锻前毛坯的加热温度宜取原规定的始锻温度下限。另外,由于铝合金的外摩擦系数大,流动性差,若变形速度太快,容易使锻件产生起皮、折叠和结晶组织不均匀等缺陷,对于低塑性的高强度铝合金还容易引起锻件开裂。所以,此类铝合金最适合在低速压力机上锻造。

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