(一)概述 鋁合金是以鋁為基,加入了錳、鎂、銅、硅、鐵、鎳、鋅等各種元素而形成的。它密度較小,強(qiáng)度適宜,因而得到了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)成分和工藝性能不同,鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。 變形鋁合金按其熱處理強(qiáng)化能力可分為熱處理不強(qiáng)化鋁合金和熱處理強(qiáng)化鋁合金(見(jiàn)圖5-11)。
圖5-11 鋁合金分類圖 變形鋁合金按其使用性能及工藝性能分為防銹鋁合金(用LF表示 )、硬鋁合金(用LY表示),超硬鋁合金(用LC表示)和鍛鋁合金(用LD表示)。它們的主要牌號(hào)和成分見(jiàn)表5-10。
表5-10 變形鋁合金主要牌號(hào)的化學(xué)成分及擠壓棒材的力學(xué)性能
類 別
|
牌號(hào)
|
化 學(xué) 成 分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(%)
|
力學(xué)
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Cu
|
Mg
|
Mn
|
Fe
|
Si
|
其它
|
直徑尺寸/mm
|
材料狀態(tài)
|
σb /MPa
|
δ5 (%)≥
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防 銹 鋁 合 金
|
LF2
|
|
2.0~2.8
|
或Cr0.15~0.40
|
|
|
|
所有尺寸
|
M或R
|
≤226
|
10
|
LF5
|
|
4.0~5.0
|
0.3~0.6
|
|
V0.02~0.10
|
|
厚0.5~4.5
|
M
|
270
|
15
|
LF11
LF12
|
|
4.8~5.5
8.3~9.6
|
0.30~0.60
0.40~0.80
|
|
Ti或 V0.02~0.15 Ti0.05~0.15
|
≤200 >200 Sb0.004~0.05
|
M >200 直徑≤150
|
270 M,R M或R
|
15 250 373
|
10 15
|
LF21
|
|
|
1.0~1.6
|
|
|
|
所有尺寸
|
M或R
|
≤167
|
20
|
硬 鋁 合 金
|
LY1
|
2.2~3.0
|
0.20~0.50
|
|
|
|
|
線材
|
CZ M
|
300 160
|
24 24
|
LY4
|
3.2~3.7
|
2.1~2.6
|
0.50~0.80
|
|
Ti0.05~0.40
|
Be0.001~0.01
|
-
|
-
|
-
|
-
|
LY11
|
3.8~4.8
|
0.40~0.80
|
0.40~0.80
|
|
|
|
<160 >160
|
CZ
|
373 353
|
12 10
|
LY12
|
3.8~4.9
|
1.2~1.8
|
0.30~0.90
|
|
|
|
≤22 23~160 >160
|
CZ
|
392 422 412
|
12 10 8
|
LY13
|
4.0~5.0
|
0.30~0.50
|
|
|
|
|
≤22 23~160
|
CZ
|
341 343
|
4 4
|
LY16
|
6.0~7.0
|
|
0.40~0.80
|
|
Ti0.01~0.2
|
|
所有尺寸
|
CS
|
353
|
253
|
超 硬 鋁 合 金
|
LC4
|
1.4~2.0
|
1.8~2.8
|
0.20~0.60
|
Zn5.0~5.7
|
|
|
≤22 23~160 >160
|
CS
|
490 530 510
|
7 6 5
|
LC5
|
0.30~1.0
|
1.2~2.0
|
0.3~0.8
|
0.6
|
0.4
|
|
|
-
|
-
|
-
|
LC6
|
2.2~2.8
|
2.5~3.2
|
0.2~0.5
|
0.5
|
0.3
|
|
|
-
|
-
|
-
|
LC9
|
1.2~2.0
|
2.0~3.0
|
|
Zn5.1~6.1
|
|
|
同LC4
|
鍛 鋁 合 金
|
LD2
|
0.20~0.60
|
0.45~0.90
|
或Cr0.15~0.35
|
|
0.50~1.2
|
|
所有尺寸
|
CS
|
294
|
12
|
LD5
|
1.8~2.6
|
0.40~0.80
|
0.40~0.80
|
|
0.7~1.2
|
|
所有尺寸
|
CS
|
353
|
12
|
LD7
|
1.9~2.5
|
1.4~1.8
|
|
0.90~1.5
|
Ti0.02~0.1
|
Ni0.9~1.5
|
所有尺寸
|
CS
|
353
|
8
|
LD8
|
1.9~2.5
|
1.4~1.8
|
|
1.0~1.6
|
0.5~1.2
|
Ni0.9~1.5
|
所有尺寸
|
CS
|
353
|
8
|
LD9
|
3.5~4.5
|
0.40~0.80
|
|
0.5~1.0
|
0.5~1.0
|
Ni1.8~2.3
|
所有尺寸
|
CS
|
353
|
10
|
LD10
|
3.9~4.8
|
0.40~0.80
|
0.40~1.0
|
|
0.6~1.2
|
|
≤22 23~160 >160
|
CS
|
441 451 432
|
10 10 8
|
注:狀態(tài)符號(hào)表示意義:M—退火,CZ—淬火(自然時(shí)效),CS—淬火(人工時(shí)效),R—熱擠。 Cu、Mg、Zn等是鋁合金中的主要強(qiáng)化元素。它們一方面溶解在鋁中使固溶體強(qiáng)化;另一方面,它們?cè)阡X合金中形成大量的化合物,成為鋁合金中的強(qiáng)化相和過(guò)剩相(見(jiàn)表5-11)。
表5-11 鋁合金中的過(guò)剩相和強(qiáng)化相類型
合 金 類 別
|
過(guò) 剩 相 和 強(qiáng) 化 相
|
防銹鋁
|
Al-Mn系合金 Al-Mg系合金
|
(MnFe)Al8,Al10Mn3Si(T相),α相(AlFeSi),F(xiàn)eSiAl3,MnAl6,Mg5Al8 (β)相,(AlFeSiMn)相及Mg2Si
|
硬鋁
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Al-Cu-Mg系合金
|
CuAl2(θ相),Al2CuMg(S相),(AlFeCuMn)
|
超硬鋁
|
Al-Cu-Mg-Zn系合金
|
MgZn2,Al2CuMg(S相),Al2Zn3Mg3(T相)
|
鍛鋁
|
Al–Mg-Si系合金 Al Mg Si Cu系合金 Al–Mg-Cu-Si Fe-Ni系合金
|
Mg2Si,少量CuAl2,少量MnAl6,Mg2Si,CuAl,少量Al2CuMg(S相), CuAl2,Mg2Si,Al2CuMg(S相),F(xiàn)eNiAl6,AlNiCu,Al2Cu2Fe
|
鋁合金中錳、鉻、鈦的作用主要是提高合金的再結(jié)晶溫度,減弱其晶粒長(zhǎng)大的傾向性。 鎳在鋁合金中可以改善合金的抗腐蝕性能和提高熱強(qiáng)性。 Fe、Si、Na、K等都屬于鋁合金中的雜質(zhì)元素,其中主要是Fe和St。Fe在鋁中的溶解度很小,在 655℃時(shí)為0.5%,在室溫時(shí)僅為0.002%。Fe主要形成金屬化合物FeAl 3,是硬脆的針狀化合物。Si在鋁中的溶解度略大一些,在577℃時(shí)可溶入1.65%,在室溫時(shí)為0.05%。Si除溶入鋁中外,多余的則單獨(dú)存在于鋁中,通常稱為“游離硅”。 鋁合金中由于存在大量的強(qiáng)化相和過(guò)剩相,因此,其鑄態(tài)組織中呈現(xiàn)多相混雜的狀態(tài)。另外,在某些鋁合金(例如LY12)鑄態(tài)組織中還常常存在共晶混合物。這些物質(zhì)通常又硬又脆,且呈網(wǎng)狀分布于晶界。而且,由于鑄造時(shí)的冷卻條件,使這些化合物相在鑄錠中形成了區(qū)域偏析,枝晶偏析和晶間偏析,此外,還有氣孔、縮孔等缺陷,嚴(yán)重降低了鋁合金鑄錠的塑性。通過(guò)熱塑性變形可以使鋁合金鑄態(tài)組織得到較大改善,性能得到較大提高。以LY11為例,經(jīng)擠壓變形后,形成纖維狀組織,在擠壓變形程度小于70%之前,隨著變形程度的增加,材料縱向及橫向的強(qiáng)度指標(biāo)都不斷提高。當(dāng)變形程度繼續(xù)增加時(shí),縱向性能繼續(xù)提高,而橫向性能急劇下降,即引起了性能的異向性。 流線的分布情況對(duì)鋁合金的性能有很大影響,流線不順、渦流和穿流都使鋁合金的塑性指標(biāo)、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能有明顯降低。因此,編制成形工藝時(shí),應(yīng)當(dāng)使流線方向與零件最大受力方向一致。 某些熱處理可以強(qiáng)化的變形鋁合金,按照一定的規(guī)范熱變形之后,可以使變形強(qiáng)化的效果保存下來(lái),使合金的強(qiáng)度提高,即所謂熱形變強(qiáng)化效應(yīng),這是因?yàn),按照一定的?guī)范熱變形之后,某些合金的再結(jié)晶溫度高于淬火加熱溫度,所以熱處理后的制品具有未再結(jié)晶組織。這種組織的晶粒細(xì)小,并且晶粒中形成許多亞晶塊,故強(qiáng)度性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于再結(jié)晶組織的制品。 影響鋁合金再結(jié)晶溫度的主要因素有:合金成分、壓力加工前的均勻化規(guī)范、壓力加工方式(應(yīng)力狀態(tài))、變形溫度、變形速度、變形程度和最終熱處理制度等。圖5-12是LD10合金的組織狀態(tài)與變形溫度和變形速度的關(guān)系。
 圖5-12 淬火后的LD10合金的組織狀態(tài)和變形溫度和變形速度的關(guān)系 Ⅰ—不存在再結(jié)晶 Ⅱ—完全再結(jié)晶 Ⅲ—變形后就開(kāi)始了再結(jié)晶其余為混合組合
鋁合金的晶粒尺寸對(duì)力學(xué)性能有較大影響,鋁合金鍛件中的粗晶顯著降低強(qiáng)度極限和屈服極限,降低零件的使用性能和壽命。因此,鍛造鋁合金時(shí)需注意控制晶粒度。鋁合金鍛件的晶粒大小與變形溫度、變形程度、受剪切變形的情況以及固溶處理前的組織狀態(tài)等有關(guān)。詳見(jiàn)幾種主要缺陷形成的機(jī)理和對(duì)策中的備料不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷及其對(duì)鍛件的影響。 供鍛造和模鍛的鋁合金原坯料,一般采用鑄錠和擠莊坯料,個(gè)別情況下亦采用軋制坯料。 鑄錠坯料往往具有疏松、氣孔、縮孔、裂紋、成層、夾渣、氧化膜和樹(shù)枝狀偏析等缺陷。 擠壓坯料一般具有粗晶環(huán)、成層、縮尾、夾渣、氧化膜和表皮氣泡等缺陷。 鋁合金坯料的上述缺陷,不僅鍛造時(shí)容易開(kāi)裂,而且直接影響到鍛件質(zhì)量,所以鍛前需要按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)坯料進(jìn)行檢查,合格后方能投產(chǎn)。 鋁合金的鍛造特點(diǎn)如下: 1.塑性較低 鋁合金的塑性受合金成分和鍛造溫度的影響較大。大多數(shù)鋁合金對(duì)變形速度不十分敏感,但是隨著合金中合金元素含量的增加,合金的塑性不斷下降,對(duì)變形速度的敏感性逐漸增加(圖5-13),由圖還可以看出,當(dāng)變形溫度較低時(shí),鋁合金的塑性急劇下降,特別是高強(qiáng)度鋁合金(LC4等)表現(xiàn)最為突出。
 圖5-13 不同變形溫度和速度對(duì)鋁合金塑性的影響 —靜載變形 ---動(dòng)載變形
2.流動(dòng)性差 鋁合金質(zhì)地很軟,外摩擦系數(shù)較大(表5-12),所以流動(dòng)性較差,模鍛時(shí)難于成形。
表 5-12 鐵碳合金與鋁合金變形時(shí)的外摩擦系數(shù)
合 金
|
鐵 碳 合 金(%)
|
鋁 合 金(%)
|
變形速度/(m/s)
|
<1
|
>1①
|
<1
|
>1
|
變形溫度/℃
|
(0.8~0.95)T熔②
|
0.40
|
0.35
|
0.50
|
0.48
|
(0.5~0.8)T熔
|
0.45
|
0.40
|
0.48
|
0.45
|
注:若采用潤(rùn)滑劑摩擦系數(shù)可降低15%~25%。 ①錘擊作用也適用。 ②T熔是指絕對(duì)熔化溫度。 3.鍛造溫度范圍窄 鋁合金的鍛造溫度范圍一般都在150℃以內(nèi),少數(shù)高強(qiáng)度鋁合金的鍛造溫度范圍甚至不到100℃,由于鋁合金的鍛造溫度范圍很窄,所以一般都采用能精確控制加熱溫度的帶強(qiáng)制循環(huán)空氣的箱式電阻爐或普通箱式電阻爐進(jìn)行加熱,溫差控制在上±10℃以內(nèi)。同時(shí),為了保證適當(dāng)?shù)慕K鍛溫度,提高合金的塑性和流動(dòng)性,改善合金的成形條件,用于鍛造和模鍛的工具或模具需要預(yù)熱。 4.導(dǎo)熱性良好 鋁合金由于導(dǎo)熱性好,加熱時(shí)內(nèi)應(yīng)力小,且易于均勻熱透,所以坯料可以直接裝人接近始鍛溫度的高溫爐膛內(nèi)進(jìn)行快速加熱。擠壓坯料在不產(chǎn)生鍛造裂紋的條件下,不必進(jìn)行保溫,但鑄造坯料加熱時(shí)需要保溫。 5.始鍛溫度和終鍛溫度要嚴(yán)加控制 始鍛溫度一般取上限,這樣有利于提高合金的塑性和流動(dòng)性,使金屬易于成形。但有些合金始鍛溫度太高,將引起強(qiáng)度下降。例如,LD10合金始鍛溫度高于470℃時(shí),強(qiáng)度約下降24MPa;LF6合金始鍛溫度從360℃提高到420℃,強(qiáng)度約下降15MPa。終鍛溫度高有利于保持?jǐn)D壓坯料的擠壓效應(yīng),能得到具有未再結(jié)晶組織和力學(xué)性能高的鍛件。終鍛溫度過(guò)低,容易產(chǎn)生大晶粒,使鍛件的力學(xué)性能大大降低。同時(shí),終鍛溫度過(guò)低,使合金的塑性和流動(dòng)性急劇下降,容易產(chǎn)生表面和內(nèi)部裂紋。 (二)鍛造過(guò)程中常見(jiàn)的缺陷與對(duì)策 1.過(guò)燒 由于鋁合金的溫度范圍窄,其鍛造加熱溫度,尤其是淬火加熱溫度很接近合金的共晶熔化溫度,容易發(fā)生過(guò)燒。所以在鍛件和模具加熱以及鍛件淬火加熱時(shí),必須十分注意溫度上限,嚴(yán)格遵守工藝操作規(guī)程,否則會(huì)引起鍛件過(guò)燒。鍛件過(guò)燒后,表面發(fā)暗、起泡,一鍛就裂。在熱處理時(shí)產(chǎn)生的過(guò)燒,也可能形成裂紋。過(guò)燒鍛件的高倍組織特點(diǎn)是:晶界發(fā)毛、加粗,出現(xiàn)低熔點(diǎn)化合物的共晶復(fù)熔球,形成三角晶界。輕微過(guò)燒的鍛件,強(qiáng)度稍有提高,但疲勞性能較差。嚴(yán)重過(guò)燒后各項(xiàng)性能急劇下降,使鍛件成為廢品。 2.裂紋 由于鋁合金的塑性和流動(dòng)性較差,很容易產(chǎn)生表面和內(nèi)部裂紋。產(chǎn)生表面裂紋的原因與坯料種類有關(guān)。用鑄錠做坯料,往往由于鑄錠含氫量高、有嚴(yán)重的疏松、氧化夾渣、粗大的柱狀晶、存在有嚴(yán)重的內(nèi)部偏析、高溫均勻化處理不充分以及鑄錠表面缺陷(凹坑、劃痕、棱角等)都會(huì)在鍛造時(shí)產(chǎn)生表面裂紋。另外,坯料加熱不充分,保溫時(shí)間不 夠、鍛造溫度過(guò)高或過(guò)低,變形程度太大,變形速度太高、鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的彎曲、折疊沒(méi)有及時(shí)消除,再次進(jìn)行鍛造,都可能產(chǎn)生表面裂紋。 擠壓坯料表面的粗晶環(huán)、表皮氣泡等,也容易在鍛造時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂。 鋁合金鍛件的內(nèi)部裂紋,主要是由于坯料內(nèi)部存在有粗大的氧化物夾渣和低熔點(diǎn)脆性化合物,變形時(shí)在拉應(yīng)力或切應(yīng)力的作用下產(chǎn)生開(kāi)裂,并不斷擴(kuò)大。此外,鍛造時(shí)多次滾圓,當(dāng)每次變形量較。ㄐ∮15%~20%)時(shí),也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部中心裂紋。 由于鋁合金的鍛造溫度范圍很窄,如果鍛造工具和模具沒(méi)有預(yù)熱,或預(yù)熱溫度不夠也會(huì)引起鍛件產(chǎn)生裂紋。 因此,要防止產(chǎn)生表面和內(nèi)部裂紋,必須采取如下對(duì)策: 1)選擇高質(zhì)量的原坯料,坯料表面的各種缺陷要徹底清除干凈。例如,擠壓坯料常常需要車(chē)皮。在錘上鍛造不便于車(chē)皮的小棒料時(shí),開(kāi)始要輕擊,打碎粗晶環(huán),然后逐漸加重打擊; 2)鑄錠坯料要進(jìn)行充分的高溫均勻化處理,消除殘余內(nèi)應(yīng)力和品內(nèi)偏析,以提高金屬塑性。鍛造加熱時(shí),要保證在規(guī)定的加熱溫度進(jìn)行加熱并充分保溫; 3)根據(jù)不同合金,選擇最佳鍛造溫度范圍。例如,LC4合金鑄錠的最佳鍛造溫度范圍為:在440℃左右加熱保溫,然后緩冷至410~390℃左右鍛造,塑性最好; 4)鋁合金由于流動(dòng)性差,不宜采用變形激烈的鍛造工序(如滾壓),并且變形程度要適當(dāng),變形速度要越低越好; 5)鍛造操作時(shí)要注意防止彎曲、壓折,并要及時(shí)矯正或消除所產(chǎn)生的缺陷。滾圓時(shí),壓下量不能小于20%,并且滾圓的次數(shù)不能太多。 6)用于鍛造和模般的工具,要充分預(yù)熱,加熱溫度最好接近鍛造溫度,一般為200~420℃,以便提高金屬的塑性和流動(dòng)性。 3.大晶粒 鍛鋁(LD2、LD5、LD7、LD10、2024、2068)和硬鋁(LYll、LY12等)很容易產(chǎn)生大晶粒,它們主要分布在鍛件變形程度小而尺寸較厚的部位,變形程度大和變形激烈的區(qū)域以及飛邊區(qū)附近。另外,在鍛件的表面也常常有一層粗晶。產(chǎn)生大晶粒的原因除了由于變形程度過(guò)小(落入臨界變形區(qū))或變形程度過(guò)大和變形激烈不均勻所引起之外,加熱和模鍛次數(shù)過(guò)多,加熱溫度過(guò)高(例如LD2合金淬火溫度過(guò)高,保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng),常常出現(xiàn)大晶粒),終鍛溫度太低也會(huì)產(chǎn)生大晶粒。鍛件表面層的粗晶,其產(chǎn)生原因有兩種情況:其一,是擠壓坯料表層粗晶環(huán)被帶人鍛件;其二,是模鍛時(shí)模膛表面太粗糙,模具溫度較低,潤(rùn)滑不良,使表面接觸層激烈剪切變形,因而產(chǎn)生粗晶。 所以,為避免鋁合金鍛件產(chǎn)生大晶粒: 1)必須改進(jìn)模具設(shè)計(jì),合理選擇坯料,保證鍛件均勻變形; 2)避免在高溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱,對(duì)LD2等容易晶粒長(zhǎng)大的合金,淬火加熱溫度取下限; 3)減少模鍛次數(shù),力求一火鍛成; 4)保證終鍛溫度; 5)提高模膛表面粗糙度達(dá)Rα0.4μm以上,采用良好的工藝潤(rùn)滑劑。 解決鋁合金大晶粒的有效措施是采用等溫模鍛工藝,即將模具加熱至(并保持)接近合金的實(shí)際變形溫度,在液壓機(jī)慢速的條件下成形。在合適的變形溫度和變形程度條件下,可保證模鍛后獲得完全再結(jié)晶的組織,經(jīng)固溶處理后可得到細(xì)小晶粒。例如某廠的飛機(jī)起落架等鍛件,原先是在無(wú)砧座錘上模鍛成形,經(jīng)常出現(xiàn)大晶粒,造成鍛件報(bào)廢,后改用等溫模鍛工藝,較好地解決了這一問(wèn)題。 4.折疊和流線不順(包括渦流、穿流) (1)折疊是造成鋁合金模鍛件廢品的一個(gè)主要缺陷。 鍛件的折疊廢品約占整個(gè)廢品率的 70%~80%以上。它是由于模鍛時(shí)金屬對(duì)流,形成某些金屬的重疊,最后壓合成為折疊。這類廢品,以工字形斷面的鍛件最為嚴(yán)重,并且不易消除。產(chǎn)生折疊的主要原因,可歸納如下: 1)鍛件設(shè)計(jì)時(shí),腹板與筋交角處的連接半徑太小,筋太窄太高,腹板太薄,筋間距太大。另外,鍛件各斷面形狀和大小變化太劇烈,難于選擇坯料,使金屬流動(dòng)復(fù)雜; 2)坯料太大或大小,且形狀不合理,使金屬分配不當(dāng); 3)形狀復(fù)雜的鍛件,沒(méi)有制坯和預(yù)鍛模,或者制坯和預(yù)鍛模膛設(shè)計(jì)不合理,與終鍛模膛配合不當(dāng),局部金屬過(guò)多或過(guò)少; 4)工藝操作不注意,放料不正,潤(rùn)滑劑太多或潤(rùn)滑不均,加壓速度太快,一次壓下量太大; 5)供模鍛用的自由鍛坯棱角太尖,或每次修傷不徹底,模鍛后就會(huì)發(fā)展成折疊。 (2)流線不順、渦流和穿流 其形成原因與折疊基本相同,也是由于金屬對(duì)流或流向紊亂而造成,只不過(guò)有的部位盡管存在有流線不順和渦流現(xiàn)象,但未能發(fā)展成折疊那樣嚴(yán)重的程度。穿流和渦流能明顯降低塑性指標(biāo)、疲勞性能和抗腐蝕性能。 為了防止鋁合金鍛件產(chǎn)生折疊、流線不順、渦流、穿流和晶粒大小不均勻等缺陷,必須采用如下對(duì)策: 1)設(shè)計(jì)鍛件圖時(shí),筋不能太高太窄,筋間距不能太大,腹板不能太薄,筋與腹板連接的圓角半徑不能太小,鍛件各斷面的變化要盡量平緩。 2)對(duì)于形狀復(fù)雜和具有工字形斷面的鍛件,應(yīng)采用多套模具,多次模鍛,使坯料由簡(jiǎn)單的形狀逐步過(guò)渡到復(fù)雜的鍛件,以保證金屬流動(dòng)均勻,充填容易,纖維連續(xù)。 但是,在設(shè)計(jì)預(yù)鍛模膛和制坯模膛時(shí),必須減小筋的高度,增加腹板厚度,增加筋與腹板的連接半徑,并使制坯模膛的各斷面積等于或稍小于鍛件各相應(yīng)的斷面積。根據(jù)終鍛時(shí)模鍛的情況,來(lái)調(diào)整在制坯模中模鍛時(shí)的欠壓量,或重新修整制坯模。 圖片5-24是工字形斷面三角架鍛件的終鍛件,預(yù)鍛件和制坯件的橫斷面的低倍圖片。該鍛件是采用三套模具(制坯模、預(yù)鍛模、終鍛模)逐步模鍛成的。制坯模、預(yù)鍛模、終鍛模的各斷面積分別相差15%左右,初鍛、預(yù)鍛時(shí)的欠壓量均嚴(yán)格控制在 lmm左右。從圖片5-24可以看到,鍛件流線分布合理,晶粒大小均勻,沒(méi)有折疊缺陷;
 圖片5-24 LD5鍛造各工步的流線分布情況a)制坯件b)預(yù)鍛件 c)終鍛件
3)編制工藝時(shí),要注意坯料計(jì)算,不能過(guò)大或過(guò)小。對(duì)斷面變化較大的鍛件,如果沒(méi)有制坯模,則需用自由鍛制坯,使坯料各斷面的金屬量分配合理,以防止金屬變形不均,流動(dòng)紊亂。 4)工藝操作時(shí),放料要正、加壓要慢,涂抹潤(rùn)滑劑要均勻,并且要按工藝嚴(yán)格控制欠壓量。對(duì)于制坯和預(yù)鍛,要盡量壓靠,使欠壓為零。 5)對(duì)于具有通孔和廢料倉(cāng)的鍛件,每次模鍛后應(yīng)進(jìn)行沖孔,以利于容納多余的金屬。 6)改變鍛件的分模面,采用反擠成形,金屬流動(dòng)條件好,鍛件組織結(jié)構(gòu)均勻,成品率高。例如,對(duì)于圖5-14a、b形狀的斷面,最好改變成圖5-14c、d的形式。
圖5-14 鋁合金鍛件分模面先取原則 a)、b)不合理 c)d)合理
7)要注意鍛件修傷,每次模鍛后,必須仔細(xì)檢查,把各種缺陷清除干凈,以防止進(jìn)一步模鍛時(shí)缺陷擴(kuò)展,使鍛件報(bào)廢。 5.氣泡 在鋁合金鍛件表面,有時(shí)出現(xiàn)氣泡(圖片5-25),其產(chǎn)生原因?yàn)椋?/DIV>
 圖片5-25 LD5模鍛件表面上的氣泡
1)由擠壓坯料表面氣泡帶來(lái)的。 2)在高溫下加熱(熱處理或鍛造加熱跑溫)時(shí),鋁合金特別是含鎂量高的鋁合金與爐內(nèi)水蒸氣發(fā)生作用,容易在鍛件表面產(chǎn)生氣泡。 火焰爐的爐氣中存在的硫、或在電爐中加熱時(shí)鍛件表面帶有含硫的殘留潤(rùn)滑劑,都能促使氣泡形成,但是電爐要比火焰爐好得多。 在熱處理前,將鍛件先陽(yáng)極氧化或在鍛件表面上涂上牛油,均有助于減緩鍛件表面上水蒸氣的作用,從而使氣泡的形成減少到最低限度。 6.粘模、起皮和表面粗糙 鋁合金因質(zhì)地很軟,外摩擦系數(shù)大,最容易粘模,這不僅會(huì)引起鍛件起皮,使鍛件表面粗糙,有時(shí)甚至因不能脫模而中斷生產(chǎn)。 起皮,即在鍛件表面呈薄片狀起層或脫落。其主要原因是由于模膛表面粗糙、變形過(guò)于激烈、變形速度太快、變形溫度太高、變形量太大,模鍛時(shí)沒(méi)有潤(rùn)滑或潤(rùn)滑不良等造成的。此外,鑄錠表面不干凈(有水、油污、毛刺),擠壓坯料表面有氣泡,也能促成在模鍛或鍛造時(shí)產(chǎn)生起皮。 鍛件表面粗糙,即鍛件表面凹凸不平,呈麻面狀。其產(chǎn)生主要原因是由于模膛表面不光滑,潤(rùn)滑劑不干凈或燃點(diǎn)太高,涂抹過(guò)多、模鍛時(shí)未完全揮發(fā),殘存在鍛件表面上,蝕洗后在鍛件表面上顯現(xiàn)出不同的蝕洗深度。 為了消除粘模、起皮和表面粗糙,必須采取如下對(duì)策: 1)提高模具硬度,并保證模膛表面粗糙度要低于Rα0.2μm。 2)采用優(yōu)質(zhì)的潤(rùn)滑劑。 3)對(duì)于容易起皮的鍛件,坯料表面要干凈,變形溫度要低,變形程度要小,變形速度要慢,避免激烈變形,并且要適當(dāng)?shù)鼐鶆驖?rùn)滑。 7.氧化膜 氧化膜是一種冶金缺陷,它是鋁合金中主要的非金屬夾雜物。氧化膜是合金熔鑄時(shí)形成的。在鑄錠中它呈顆粒狀,在變形過(guò)程中被拉長(zhǎng)成條狀或片狀,多位于模鍛件的腹板上和分模面附近(見(jiàn)圖片5-26)。其顯微組織呈渦紋狀(見(jiàn)圖片5-27)。其斷口組織特征可分兩類:其一,在斷口表面呈平整的片狀(見(jiàn)圖片5-28),顏色從銀灰色、淺黃色直至褐色、暗褐色,稱為片狀氧化膜;其二,在斷口表面呈細(xì)小密集而帶閃光的點(diǎn)狀物,叫小亮點(diǎn)氧化膜。
 圖片5-26 LD5合金鍛件低倍組織上的氧化膜
 圖片5-27 氧化膜處的顯微組織(呈渦紋狀) 70×
 圖片5-28 斷口上呈片狀的氧化膜 9×
鍛件和模鍛件中的氧化膜,對(duì)縱向性能元明顯影響,但對(duì)高度方向的性能影響較大,它降低了高度方向的強(qiáng)度性能,特別是高度方向的伸長(zhǎng)率、沖擊性能和抗腐蝕性能(見(jiàn)表5-13)。
表5-13 有氧化膜的LD5鋁合金鍛件性能試驗(yàn)結(jié)果
高度方向力學(xué)性能試驗(yàn)項(xiàng)目
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性能要求
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試 樣 編 號(hào)
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1
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2
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3
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4
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抗拉強(qiáng)度σb/MPa 屈服強(qiáng)度σ0.2/MPa 伸長(zhǎng)率δ(%) 硬度/HBS
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≥360 ≥280 ≥15 ≥120
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361 241 4 118
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360 244 4 118
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322 253 8 121
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331 248 6 120
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防止氧化膜的對(duì)策是從熔煉和澆鑄方面采取措施,主要如下: 1)熔鑄時(shí)采用最有效的過(guò)濾系統(tǒng); 2)提高精煉溫度,徹底精煉熔體; 3)保證熔體的靜置時(shí)間; 4)提高澆鑄溫度; 5)建立良好的轉(zhuǎn)注條件,避免液流的翻滾波動(dòng),使液流在表層氧化膜的覆蓋下平穩(wěn)地流動(dòng); 6)充分地烘烤鑄造工具,并要防止操作不慎,通過(guò)鑄造工具把氧化膜帶人金屬液內(nèi); 7)盡可能縮短轉(zhuǎn)注距離(流槽長(zhǎng)度),減少液體裸露在大氣中的時(shí)間。 8.殘留鑄造組織 鍛造大型鍛件時(shí),如果所用的鑄錠在自由鍛制坯時(shí)變形不充分,或者使用擠壓變形程度不夠的棒材作毛坯,則模鍛后,鍛件內(nèi)很可能有鑄造組織殘留。殘留鑄造組織的鍛件,延伸率往往不合格,斷口呈粗大晶粒,高倍觀察時(shí),呈骨骼狀或技晶網(wǎng)狀組織。 為避免鑄造組織殘留,模鍛前的毛坯需經(jīng)過(guò)充分變形;在模鍛件上取樣時(shí),應(yīng)當(dāng)在難變形區(qū)或不充分變形區(qū)取樣,也可考慮在零件的重要受力區(qū)取樣。 |