擠壓溫度對鋁合金材料組織和性能的影響研究

王軍社

（西北鋁業有限責任公司，甘肅 隴西 748111）

隨著科學技術的不斷進步與發展，我國工業與國防行業都有了巨大的進步，這些行業的發展，鋁合金材料發揮了至關重要的作用。在傳統工業與國防行業中，鋼鐵材料的比重較大，但隨著經濟與科學技術的發展，輕量化、節能環保、安全、美觀成了金屬材料發展的主題。例如：汽車制造業的減重降耗；由于鐵合金的質量普遍較大，在輕武器的制造方面也不適用[1]。實際工業生產中，根據具體合金要求，從其制作過程與工藝入手，制造出更符合使用要求的鋁合金材料。擠壓溫度包括鑄錠坯料溫度、擠壓筒溫度及工模具溫度等，對鋁合金擠壓材的組織和性能影響極為重要，本課題主要探究擠壓溫度對鋁合金材料組織和性能的影響，使鋁合金材料的質量得到有效提高，能夠得到更廣泛的安全應用。

1 探究擠壓溫度對鋁合金材料組織和性能的影響

在所有金屬元素中，鋁元素占很大一部分比例，是金屬元素總量的8%左右，排行第二，僅次于鋼鐵的含量。鋁元素具有很多優點，本身帶有一定顏色，因此在很多行業中都能夠得到廣泛應用。在純鋁中加入不同的金屬元素能夠制成各種用途的合金，供工業使用，除此之外還普遍應用于建筑行業和人們日常生活的各個方面[2]。將鋁合金在一定溫度下進行擠壓，根據需求會得到不同性能、組織及外觀要求的材料。擠壓溫度是擠壓產品成型與質量保證的關鍵環節，主要包括擠壓設備的溫度、工模具溫度、鋁合金材料自身的溫度以及操作前的預熱，在操作過程中，這三種溫度都有一定的范圍要求。為保證鋁合金材料的性質不受改變，要求擠壓設備和工模具的溫度控制在一定范圍內，不可超過鋁合金材料自身的溫度，以免對材料本身造成破壞。擠壓溫度是一個十分重要的參數，如果溫度過高，在對鋁合金材料進行擠壓的過程中，抵抗變形的能力會降低，對鋁合金材料組織造成一定影響，使鋁合金成品的表面過于粗糙，擠壓工作的效率也會大大降低。

2 實驗結果與分析

（1）對某大型工廠流水線上的鋁合金材料進行擠壓溫度影響實驗，在45MN擠壓機上擠壓實驗樣品，擠壓比為21，并對其進行熱處理。第一種方案是在擠壓線水冷淬火；第二種方案是擠壓離線淬火爐加熱、水冷淬火，實驗結果如圖1、圖2所示。

圖1 鋁合金在線條件下不同擠壓溫度對鋁合金材料的影響

圖2 離線條件下不同擠壓溫度對鋁合金材料的影響

通過圖1可以看出不同擠壓溫度下的鋁合金材料性能發生很大改變，隨擠壓溫度呈波動型改變，波動具有一定范圍，但無明顯規律，在達到某一擠壓溫度時，鋁合金的性能達到最高，而其他溫度時鋁合金材料的性能表現出了明顯的不足。通過圖2可以看出，離線淬火熱處理鋁合金材料，在不同擠壓溫度下擠壓經熱處理后的最終性能不會發生很大改變，波動范圍較小。由此可知，針對不同的鋁合金產品生產工藝特點，擠壓溫度須控制在合適的范圍內，才能提高生產效率，確保材料的組織良好、性能優異。

（2）探究擠壓溫度對某工廠內生產的不同鋁合金材料組織的影響，實驗結果如表1所示。

表1 擠壓溫度對不同鋁合金組織的影響

由表1可知，在擠壓溫度相同的情況下，不同鋁合金受擠壓溫度的影響程度不同，擠壓溫度可以明顯改變合金塑形變形的能力。當擠壓溫度在400℃以下時，鋁合金的裂紋程度較輕；當擠壓溫度在400℃以上時，鋁合金的裂紋程度較嚴重，而且隨著擠壓溫度的升高裂紋趨勢越來越嚴重，并且擠壓壓力也會隨擠壓溫度整體升高而增大，生產效率受到嚴重影響。不同鋁合金材料，溫度對其粗晶組織的影響不同。溫度對3A21合金的晶粒組織影響不大；7075合金在溫度較低時粗晶現象較嚴重，當溫度達440℃時，擠壓經后續熱處理后的粗晶現象明顯減少；6A02合金在擠壓溫度較高時粗晶現象明顯，低溫擠壓（試驗結論：溫度在330℃～370℃范圍內）經后續熱處理后的粗晶現象明顯降低或消失。

從實驗不難看出，鑄錠加熱溫度、擠壓筒溫度、工模具溫度共同影響鋁合金材料的擠壓成型與組織、性能。正常情況下，應該是鑄錠加熱溫度高于擠壓筒溫度、擠壓筒溫度高于工模具溫度。實際生產時，可根據具體合金的特點及產品技術要求，配比最佳的擠壓溫度，既要保證產品質量、更要提高生產效率。鋁合金與其他金屬材料一樣，擠壓溫度對組織造成的影響有一定局限性。通過多次實驗不難發現，當擠壓溫度發生改變時，鋁合金材料自身的穩定性受到一定影響，從而對其強度和硬度產生間接性改變。因此為提高鋁合金材料的強度與耐用程度，須對鑄錠坯料溫度、擠壓筒溫度及工模具溫度進行全面控制，保證材料質量，增加使用的安全性，為相關行業提供更高的保障以及更好的使用體驗。

3 結語

鋁合金材料的性質較為復雜，這就對鋁合金的制造工藝提出了更高的要求，特別是在對擠壓溫度控制方面需要較高的技術。探究離線與在線兩種不同條件下擠壓溫度對鋁合金材料的影響，為鋁合金的生產制造提供理論基礎，使其應用更加廣泛。