鋁及鋁合金加工材料的研究與開發趨向

富鵬?黃成成

摘要：隨著社會的發展，我國的鋁合金領域建設的發展也有了改善。鋁合金是現在國內工業生產中大范圍生產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，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、高科技產品提供良好的物理支持。

關鍵詞：鋁合金材料;應用;加工成形技術

引言

部分鋁合金還可以在熱處理的作用下實現更大硬度的體現。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，經研究發現，在鋁的煉化過程中加入一定的其他金屬，如鎳、鋅等經過特定工藝煅煉能夠得到性能優越的鋁合金材質，被廣泛的應用于生產和生活之中。長期的企業生產實踐證明鋁合金材料有四種特殊性能①優良的導熱性。鋁合金的導熱性能整體普遍較高，在目前已探測的金屬結構中，鋁合金的導熱性能僅次于金、銀、銅的導熱屬性，并且鋁合金的導熱性是生活中常用金屬鐵的導熱性能的三倍之多，被廣泛的應用于生活中需散熱的家庭日用設備。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企業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揮了出來，被廣泛地應用于抗腐蝕產品生產之中。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質輕強度高。鋁合金材料和純鋁材料相比，繼承鋁質材料質輕特點的同時具有高強度的性能。其高強度性能優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用于航天器、高強度工業機械設備。④低密度。鋁及鋁合金的密度接近2.7g/，約為鐵或銅的1/3，便于企業生產和運輸，降低了生產成本，提升了社會經濟效益。

二、鋁合金的應用領域

（1）動車組制造領域：鋁合金結構在動車組的制造生產中有著十分廣泛地應用，這主要得益于其優秀的結構特性。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）汽車領域：現階段汽車制造呈現出輕量化的發展趨勢，而鋁合金材料的密度較小，是一種性能十分優良的輕質材料，因此在汽車輕量化發展的進程中成為主要的材料，例如發動機氣體缸、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域也有著廣泛地應用。將鋁合金板代替原先的鋼板應用在汽車內外板的制造方面，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）建筑領域：鋁合金材料具有耐腐性、高強性等優良特性，這些優良特性體現在建筑行業中表現為高焊接性能與工藝性能，在建筑物構架、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，在建筑物設計與制造中起到有效的裝飾作用。（4）電子領域：鋁合金具有良好的導熱導電性能，因此可以將之運用到各種類型的電線與導線的制備中;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域有著一定程度的應用。（5）包裝領域：鋁合金材料具有一定的易塑性，在包裝領域中可以被制備成易拉罐、瓶、桶等，在飲料包裝。化妝品包裝、藥品包裝、香煙包裝與工業產品包裝中應用廣泛。

三、鋁合金的加工成形技術

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域。

（二）軋制成形

軋制是錠坯依靠摩擦力被拉進旋轉的軋輥間，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。根據產品品種不同，可分為板、帶材軋制，棒材軋制，管材軋制等。根據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，以此保證產品質量的穩定，同時明顯降低了能耗，提高了生產效率，從而獲得良好的經濟效益。熱軋主要用于生產厚板，其特點是效率高、性能優良，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鋁合金薄板、鋁箔毛料等，為了提高生產效率和產品質量，可用多機架連續冷軋的方法生產。

（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模孔中擠出，產生塑性變形而獲得所要求的擠壓產品的一種加工方法。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形狀簡單的管、棒、帶材產品，還可以生產斷面形狀非常復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線等，擠壓成形的鋁管材可用于制備導電管、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下運行，整個機器都處于高速運行的狀態，一旦操作失誤或機器發生突發性急停故障，極易造成工作人員燙傷、物體打擊和機器設備損壞。在機器運行過程中，操作不當還容易發生飛車現象，對人和機器造成嚴重的危害。②防范措施：要按照嚴格的操作標準操作機器，開關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接并戴好防護設備，確保不被剛產出的鋁合金產品高溫未退燙傷或產品顫動擊打到人。在對擠壓機器進行監測、維修時必須戴好相應的防護設備，避免突發事件發生對人造成的危害。對于作業廢渣、廢料、不良產品要做好分類處理，并歸置整齊，貼上明確的標識，防止對人造成不必要的傷害。

結語

目前，我國已掀起鋁及鋁合金材料加工工藝發展的第三次高潮。根據社會的需求，未來需要發展一批具有高強、高韌、耐磨、耐腐蝕、易加工等不同特性的新型鋁合金。另外，傳統的加工方法也存在許多不足，如：生產效率低，不能實現連續生產;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結合先進的加工理論，如新型強化理論、電子冶金技術等，并調整合金元素含量，開發新型變形熱處理工藝及強化新技術。

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