基于體育用5052鋁合金管件在器械生產(chǎn)制備研究

崔玉婷

摘 要：5052鋁合金具有耐蝕性好、焊接性優(yōu)良、冷加工性較好、強(qiáng)度中等等性能優(yōu)勢(shì)。針對(duì)體育器材生產(chǎn)制備領(lǐng)域5052鋁合金的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，總結(jié)了5052鋁合金材料的性能優(yōu)勢(shì);簡(jiǎn)要闡述了5052鋁合金在體育器械領(lǐng)域中的應(yīng)用情況;利用案例對(duì)5052鋁合金管件在體育器械生產(chǎn)制備中的應(yīng)用進(jìn)行了具體案例分析。

關(guān)鍵詞：5052鋁合金;體育器械;性能優(yōu)勢(shì);案例分析

中圖分類號(hào)：TG306 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1001-5922（2021）11-0061-04

Study on Preparation of 5052 Aluminum Alloy Pipe Fittings for Sports in Instrument Production

Cui Yuting

（Baoji University Of Arts And Sciences， Baoji 721013， China）

Abstract：5052 aluminum alloy has many performance advantages. For example， it possess excellent corrosion resistance， satisfactory welding， good cold processing， medium strength and so on. First of all， based on the analysis of the application of 5052 aluminum alloy in the field of sports equipment production and preparation， the performance advantages of 5052 aluminum alloy material are summarized. Then， the application of 5052 aluminum alloy in the field of sports equipment is briefly described. Finally， the application of 5052 aluminum alloy pipe in the production and preparation of sports equipment is analyzed by using the concrete case.

Key words：5052 aluminum alloy; Sports equipment; Performance advantages; Case analysis

0 引言

鋁合金是一類被當(dāng)前社會(huì)廣泛應(yīng)用的鋁基有色金屬結(jié)構(gòu)材料的總稱。因其具有冷沖壓性能良好、可塑性強(qiáng)、中等強(qiáng)度、耐腐蝕性能強(qiáng)以及密度低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、群眾生活的諸多領(lǐng)域，如建筑、航空、船舶、體育、家電、五金加工等。從所能達(dá)到的最高硬度來對(duì)鋁合金材料進(jìn)行區(qū)分，可簡(jiǎn)單分為7系、2系、4系、6系、5系、3系、1系，硬度依次降低[1]。5052鋁合金屬鋁合金材料中的5系材料（還包括5A01、5B06、5005、5086等），主要由Al、Mg等構(gòu)成，是鋁合金“家族”在體育器材、設(shè)備加工領(lǐng)域應(yīng)用最廣的防銹鋁材料之一。5052鋁合金加工而成的體育器械具有：強(qiáng)度高，特別是抗疲勞強(qiáng)度、塑性與耐腐蝕性高;不能熱處理強(qiáng)化，在半冷作硬化時(shí)塑性尚好，冷作硬化時(shí)塑性低;可切削性能不良，可拋光等特征。本文針對(duì)該類型材料在體育器械生產(chǎn)制備中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，旨在為金屬加工、體育產(chǎn)品加工等領(lǐng)域提供一定的參考。

1 鋁合金體育器械制備概述

體育器械裝備如棒球棒、自行車、賽車車輛防滾架等需要同時(shí)兼具高強(qiáng)度、高剛性、耐腐蝕、質(zhì)量輕、易加工成型等多種性能[2]。得益于自身優(yōu)異的特性以及與體育器械裝備制備要求的高度匹配特性，5052鋁合金在近些年已經(jīng)成為合金“家族”中在體育器械裝備領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的材料之一，其應(yīng)用如表1所示。

利用鋁合金加工制備的以上體育器械普遍具備質(zhì)輕、硬度高、剛性好、抗腐蝕性強(qiáng)等特征，但是部分器械的某些性能略有不足。如利用7001、7178鋁合金制備的棒球棒在抗腐蝕性、耐磨性、可加工性等方面均略顯不足;利用7046、2A11鋁合金制備的網(wǎng)球拍把手鉚釘除了具備質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)外，在強(qiáng)度、硬度、抗腐蝕性等方面表現(xiàn)均不理想;利用2A14、2A11制備的自行車各零部件雖在質(zhì)量、硬度、抗腐蝕性、可加工性以及外觀設(shè)計(jì)等方面均表現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì)，但由于部分零件硬度不足，在進(jìn)行長(zhǎng)期高強(qiáng)度競(jìng)技時(shí)較容易發(fā)生故障。因此，隨著鋁合金材料在體育裝備、器械加工領(lǐng)域的研究與發(fā)展，利用5052鋁合金及其改性材料進(jìn)行體育裝備、器械加工等逐漸成為合金體育器材加工領(lǐng)域研究重點(diǎn)。

2 5052鋁合金性能分析

2.1 化學(xué)成分

5052鋁合金各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表2所示。

由表2可知，5052鋁合金中除Al外，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的有色金屬為Mg（2.2%～2.8%），其次為Cr（0.15%～0.35%）或Si（0.25%）[3]。其中，Mg元素能夠全面提升鋁合金的耐腐蝕性。Cr元素在鋁合金中能夠形成（CrFe）Al7和（CrMn）Al12等金屬化合物，一定程度阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大過程，對(duì)合金有較好的強(qiáng)化作用，還能改善鋁合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。Si元素是改善合金流動(dòng)性能的主要成分，能夠保證鋁合金從共晶到過共晶都能得到最好的流動(dòng)性，Si元素還可改善鋁合金的拉伸強(qiáng)度、硬度、切削性以及高溫時(shí)強(qiáng)度，而使延伸率降低。

2.2 工藝性能

2.2.1 成形性能

成形性能方面，5052鋁合金熱態(tài)工藝塑性良好。鍛造和模鍛溫度為420～475℃，在此溫度范圍內(nèi)的變形率大于80%的熱變形;其冷沖壓性能與合金狀態(tài)有關(guān)，退火狀態(tài)（O）的冷沖壓性能良好，硬化H32、H34狀態(tài)時(shí)次之，而H36、H38狀態(tài)時(shí)不好[4]。

2.2.2 焊接性能

5052鋁合金的氣焊、電弧焊、電阻焊、點(diǎn)焊、縫焊性能良好;二氬弧焊時(shí)出現(xiàn)結(jié)晶裂縫傾向;硬釬焊性能尚好，而軟釬焊性能較差;焊縫的強(qiáng)度和塑性高，焊縫強(qiáng)度達(dá)基體金屬強(qiáng)度的90%～95%，但焊縫的氣密性不高。

此外，5052鋁合金機(jī)械加工性能方面的退火狀態(tài)的切削加工性能不好;冷作硬化狀態(tài)時(shí)有所改善。

2.3 力學(xué)性能

5052鋁合金基本力學(xué)性能指標(biāo)如表3、表4所示。

硬化H16、H26、H36狀態(tài)下5052鋁合金能夠獲得最大的室溫拉伸強(qiáng)度;硬化H112狀態(tài)下拉伸強(qiáng)度表現(xiàn)最差，在大于厚度12.50～80.00 mm條件下，拉伸強(qiáng)度僅170 MPa左右;硬化H18狀態(tài)下條件屈服強(qiáng)度達(dá)到最大值240 MPa。典型的5052鋁合金管件具有極為優(yōu)良的抗疲勞強(qiáng)度和塑性，遠(yuǎn)高于一般鋼材，可適用于各種壓力下的成型加工，但在進(jìn)行設(shè)備或器械加工過程中需要注意不能熱處理強(qiáng)化。

3 5052鋁合金管件體育器械應(yīng)用案例

3.1 帆船運(yùn)動(dòng)

傳統(tǒng)的競(jìng)技用帆船主要由艇體、艇上裝備以及桅桿等3部分構(gòu)成，各部件均可以由5052鋁合金加工制備（如圖1所示）。利用5052鋁合金材料加工而成的艇體具備高耐腐蝕性，能夠保證在海水長(zhǎng)期浸泡下不發(fā)生腐蝕、軟化。利用5052鋁合金材料加工所得的帆船桅桿具有質(zhì)量輕、耐腐蝕性強(qiáng)、剛度高、彈性勢(shì)能強(qiáng)等特征[5-6]。5052鋁合金材料具有良好的可擠壓性能，同時(shí)兼具優(yōu)良的斷裂韌性和高焊接性，利用5052鋁合金材料加工而成的桅桿、艇上裝備弓形接頭焊縫能夠滿足超過4年不斷裂、無腐蝕斑點(diǎn)等的要求。

3.2 游泳運(yùn)動(dòng)

傳統(tǒng)的游泳池多以水泥、瓷磚等建筑材料加工而成，該類型材料在水環(huán)境下容易變形、脫落，存在一定的危險(xiǎn)性。競(jìng)技泳池中一般大量使用模塊化5052鋁合金擠壓型材，利用組裝技術(shù)即可快速建設(shè)成型。利用該材料加工而成的游泳池具有外觀整潔、衛(wèi)生、美觀、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足競(jìng)技場(chǎng)地在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)無法放水環(huán)境下不漏水、易維護(hù)等要求[7-8]。游泳池用5052鋁合金材料規(guī)格如表5所示。

3.3 冰雪運(yùn)動(dòng)

傳統(tǒng)的滑雪桿多以木材為主要加工材料，它具有耐低溫、易獲取和加工成型等優(yōu)勢(shì)。然而，隨著滑雪競(jìng)技運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，木質(zhì)滑雪桿質(zhì)量重、不耐磨其高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)極易變形、斷裂等問題逐漸顯現(xiàn)。利用5052鋁合金材料經(jīng)過擠壓加工而成的滑雪桿通常長(zhǎng)1 100～1 350 mm，頭部尺寸及管材壁厚的選擇更加靈活，既要能夠充分保證運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技過程中對(duì)滑雪桿強(qiáng)度需求的同時(shí)也要保證在長(zhǎng)期使用中不易發(fā)生磨損、降低器材的損耗速度。

4 結(jié)語

綜上所述，本文針對(duì)體育用5052鋁合金管件在體育器械生產(chǎn)制備中的應(yīng)用分析了5052鋁合金材料的綜合性能及優(yōu)勢(shì)。并以帆船運(yùn)動(dòng)、游泳運(yùn)動(dòng)、冰雪運(yùn)動(dòng)為例，對(duì)5052鋁合金材料在體育裝備、器械、設(shè)備等加工領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。如今體育器械加工領(lǐng)域中復(fù)合材料的應(yīng)用越來越多，為拓展鋁合金等金屬材料的應(yīng)用，本文的研究意義主要在于為金屬材料在體育器械制備領(lǐng)域的發(fā)展提供借鑒。

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