课时(5-8)铝合金均匀化及加工技术

2、均匀化过程注意事项：
1）控制加热速度避免铸锭开裂； 2）保证不过烧的条件下，尽量提高温度； 3）使合金元素充分固溶的条件下，尽量缩短时间； 4）具体合金非平衡凝固产物的回溶和重熔的特点及其弥散相的形成特点。
7B04：铸态
7B04：470℃×64hr
7B04：500℃×48hr
7050：470℃×48hr
硬铝合金 ( LF ) :
成分： Al-Cu-Mg ，常用LY1、LY11、LY12 性能：能通过时效强化提高强度耐蚀性不高，构件表面包铝可改善耐蚀性。
超硬铝合金 ( LC ) : 成分： Al-Cu-Mg-Zn ，常用LC4、LC9 性能：通过时效强化显著提高强度耐蚀性不高，构件表面包铝可改善耐蚀性。
4、挤压技术发展趋势: 铝合金挤压型材是一种永不衰败的材料，正在向大型化、扁宽化、薄壁化、高精化、 复杂化、多品种、多用途、多功能、高效率、高质量方向发展。 目前世界最大挤压机为350MN的立式反向挤压机，可生产φ1500mm以上的管材，俄 罗斯的200MN卧式挤压机可生产2500mm宽的整体壁板。世界共有20多台80MN 以上挤 压机，主要生产大型、薄壁、扁宽的空心与实心型材，精密大径薄壁管材。 扁挤压、组合模挤压、宽展挤压、高速挤压、高效反向挤压等新工艺不断涌现，工 模具结构不断创新，设备、工艺技术、生产管理的全线自动化程度不断提高。
四、加工及制品
铝加工按工件受力和变形方式的分类 1-自由锻造；2-模锻；3-纵轧；4-横轧；5-斜轧；6正向挤压；7-反向挤压；8-拉拔；9-冲压；10-弯曲
板材拉伸矫直
挤压型材
板材轧制
模锻件
防锈铝合金 ( LF ) :
成分： Al – Mn 系：例如:LF21 Al – Mg 系：例如:LF2、LF6 性能：不能用时效强化，加镁或锰固溶强化提高铝合金的强度抗蚀性比纯铝好。
铝合金均匀化处理及加工技术
（5-8课时）
一、利用铁碳相图分析七种成分平衡凝固过程：
工业纯铁；亚共析钢；共析钢；过共析钢；亚共晶白口铁；共晶白口铁；过 共晶白口铁。 铁与碳可以形成一系列化合物：Fe3C、Fe2C 、FeC等。Fe3C的含碳量为6.69 ％，铁碳合金含碳量超过6.69％，脆性很大，没有实用价值，常用的铁碳相图实 际是Fe-Fe3C相图，相图的两个组元是和Fe和Fe3C。
飞机翼梁 防锈铝合金的应用
飞机主起落架
压气机叶片
活塞(裙部为铝硅合金)
汽缸头（铝铜合金）
五、铝加工技术的发展趋势
1、铝合金材料发展趋向: 需发展高强、高韧、耐磨、耐蚀、耐疲劳、耐高温、耐辐射 、防火、防爆、易切削、易抛光、可表面处理、可焊接和超轻的新型铝合金，如Rm≥ 780MPa高强高韧合金，密度小于2.4t/m3的铝锂合金、粉末冶金和复合材料等。
7050弥散相的析出
Figure: DSC131 18/01/2006
2E12中含Mn弥散相
Experiment: 7050-10C-06-01-18 Procedure: N (Zone 1) Crucible: Al 100 祃 Atmosphere:N2 Mass (mg): 27.4
HeatFlow/mW Exo
二、铝合金铸态组织及结晶分析
铁模铸造纯铝铸锭三晶带：激冷细 晶层、柱状晶、中心粗大等轴晶。
7050合金铸锭组织（T,S相）
7050合金铸锭组织（含Fe相）
7B04合金铸锭组织
Al-Cu二元合金相图 Al-Cu二元合金相图的Al角
Al-Cu冷却曲线和结晶过程
三、铸锭均匀化处理
1、均匀化的目的：
1）改善合金加工性能； 2）消除非平衡凝固产生的结晶相； 3）消除晶内偏析（枝晶偏析），合金成分均匀化； 4）控制含有Mn、Cr、Zr或Ti弥散相的形成； 5）消除铸锭的内应力。
锻铝合金： 成分：Al-Mg-Si-Cu ，常用LD5、LD6、LD10 性能：固溶+时效处理后力学性能与硬铝合金相当经软化退火后热塑性和耐腐蚀 良好，适合于锻造成形。 防锈铝合金的应用：用于高耐腐蚀性的薄板容器（如焊接油箱）、防锈蒙皮、客车 装饰条、窗框、灯具等用于制造受力小、轻质、耐腐蚀的结构件，如油管、铆钉。 硬铝和超硬铝的应用：中等强度的轻质结构零件如飞机铆钉、大梁、桁条、隔框、 蒙皮、空气螺旋桨叶片等。 锻铝合金的应用：形状复杂的中等负荷零件，如压缩机叶片，飞机桨叶。
5、锻压技术的发展趋势： 铝合金锻件主要用做重要受力结构件。锻压液压机正在向大型化和精密化方向发 展。俄罗斯的750MN、法国的650MN、美国的450MN以及中国的300MN等都属于重 型锻压水压机。最大模锻件的投影面积可达3.5m2，最大质量达1.5t以上。 无加工余量的精密模锻、多向模锻、等温模锻等新工艺将得到发展。由于铝合金 模锻件的品种多、批最小、模具成本昂贵，目前世界上有用预拉伸厚板数控加工的 方法代替大型模锻件的趋势。 6、质量检测与质量保证： 为保证产品质量，不仅要逐步建立各种质量保证体系（如ISO 9000等等），还 会不断研制开发各种先进的仪器仪表和测试手段保证产品的尺寸公差、形位精度、 化学成分、内部组织、力学性能和特种性能，表面质量达到技术标准的要求。
含碳0.01％工业纯铁冷却曲线和结晶过程
共析钢冷却曲线和结晶过程
亚共析钢冷却曲线和结晶过程
过共析钢冷却曲线和结晶过程
共晶铁冷却曲线和结晶过程
亚共晶铁冷却曲线和结晶过程
相图的应用: 1）在钢铁材料选用方面的应用；2）在铸造工艺方面的应用；3）在 热锻、热轧工艺方面的应用；4）在热处理工艺方面的应用。
Sample temperature/癈 550
0
500
450
-2
400
350
Peak :479.9378 癈 Onset Point :478.1037 癈 Enthalpy /J/g : 0.2412 (Endothermic effect)
-4
300
250
-6
200
150
-8
Peak :495.8501 癈 Onset Point :487.9719 癈 Enthalpy /J/g : 9.6318 (Endothermic effect)
100
50 3000 Time/s
国产百度文库050板
进口7050板
0
500
1000
1500
2000
2500
7050合金热轧板的DSC曲线
1）为了使我国高强铝合金材料达到国际先进水平，必须获得高质量锭坯。 2）除了铸造的冶金质量外，先进的铸锭均匀化热处理是获得高质量锭坯的保证。 3）先进的铸锭均匀化要求升温速度可控、炉温均匀准确、工艺应细化到具体合金。
3、轧制技术发展趋势： 1）热轧：热轧机向大型化、控制自动化和精密化方向发展。目前世界上最大的热轧 机为美国的5588mm热轧机组， 热轧板的最大宽度为5000mm，最厚为270mm，最长 为 30m。4 辊式单机单卷取被双卷取所代替，大力开展1+3、1+4等热连轧生产方式。 2）铸轧：连铸连轧向高速高精薄壁方向发展，近年美国研制成功的高速薄壁连铸连 轧机组可生产宽2000mm，厚度为2mm的连铸连轧板材，速度可达10m/s。 3）冷轧：冷轧向宽幅(大于2000mm)、高速(最大为45m/s)、高精度(±2μm)、高度自 动控制方向发展，冷连轧也开始兴起，可大幅度提高生产效率。
2、熔铸发展趋向: 1）优化合金成分、主要元素配比和微量元素的含量，不断提高铝锭的纯度。 2）强化和优化铝熔体在线净化处理技术，尽量减少熔体中的气体和夹杂物的含量， 如使每100g铝中的H2含量小于0.1ml；Na离子的质量分数小于3×10-6等。 3）强化和优化细化处理和变质处理技术，不断改进和完善Al-Ti-B、Al-Ti-C等细化工 艺，改进Sr、Na、P等变质处理工艺。 4）采用先进的熔铝炉型和高效喷嘴，不断提高熔炼技术和热效率，日前世界上最大 的熔铝炉为150t，是一种圆形、可倾斜、可开盖的计算机自动控制的燃气炉。各种炉 型正向大型化和自动化方向发展。 5）采用先进的铸造方法，如电磁铸造、油气混合润滑铸造、矮结晶器铸造等以提高 生产效率和产品质量，节能降耗、降低成本。 6）采用先进均匀化处理设备与工艺，提高铸锭的化学成分、组织与性能的均匀性。
⑴ Fe- Fe3C相图反映的是平衡相，而不是组织。相图能给出平衡条件下的相、相 的成分和各相的相对质量，但不能给出相的形状、大小和空间相互配置的关系。 ⑵ Fe- Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态。实际生产中应用的钢和铸 铁，除了铁和碳以外，往往含有或有意加入其它元素。被加入元素的含量较高时， 相图将发生重大变化。严格说，在这样的条件下铁碳相图已不适用。 ⑶ Fe- Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态。相的平衡只有在非常 缓慢的冷却和加热，或者在给定温度长期保温的情况下才能达到。就是说，相图 没有反映时间的作用。所以钢铁在实际的生产和加工过程中，当冷却和加热速度 较快时，常常不能用相图来分析问题。