LD5铝合金锻造工艺及热处理研究工艺

LD5铝合金锻造工艺及热处理研究工艺

【摘要】：由于细晶粒组织对锻件的硬度、塑性、抗腐蚀性、疲劳极限、断裂韧性及外观均有良好的影响，因此如何控制锻件的晶粒度，一直是锻造研究工作的重要课题。本课题以LD5合金为例研究该合金锻件晶粒细化的最佳锻造工艺及热处理工艺，以提高LD5合金的综合力学性能。

【关键词】：铝合金；锻造；热处理

1.引言

1.1铝合金的研究现状

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。

铝及铝合金存在易腐蚀、不耐磨、焊接难等缺点。而化学镀等工艺改善了铝及铝合金的性能，促进了其广泛的应用。化学镀镍作为铝和铝合金理想的表面改性技术之一，其重要性在不断的增加。铝是一种难度的金属基体，由于铝于洋有很强的亲和力，铝基体表面极易生成氧化膜，会使结合强度变变差。故要在铝合金基体上得到结合力强、性能优良的镀层，正确的前处理是成功的关键，也是近年来研究的热点。

1.2铝合金简介

铝的密度小（纯度为97.5%的铝为ρ=2.703g/cm3），熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%）。抗腐蚀性能好；还有其他优点，如导热和导电性能好，可焊。但是纯铝的强度很低，退火状态σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，就得到了一系列的铝合金。铝合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σb 值分别可达 24～60kgf/mm2。这使铝合金成为理想的结构材料，广泛用于机械制造及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。

LD5铝合金具有低密度、高强度、热加工性好等优点。是航空航天领域的主要结构材料，现代航空航天工业的发展对高强度铝合金的强度和综合性能提出了更高的要求。近年来，材料工作者通过优化合金的成分设计，采用新型的制坯方法成形及热处理工艺，研制开发出多种使用性能更好的超高强度铝合金，这些材料既具有高的韧性和耐磨性，且成本较低，在很多领域取代了昂贵的钛合金，成为目前军用和民用飞机等交通工具中不可缺少的重要轻质结构材料，超高强铝合金正式成为世界各国结构材料开发的热点之一。本实验研究的是何种锻造与热处理工艺对LD5铝合金的综合力学性能影响最好。

材料名称：2A50 旧称：LD5

标准：YS/T 439-2001

制作工艺：2系铝合金的一般挤压加工方法，即挤压——固溶处理——自然失效。通过工艺试验，分析了淬火加热温度、淬火保温时间等对2A50铝合金挤压型材力学性能和布氏硬度的影响。试验结果表明，固溶淬火温度控制在520℃，保温时间根据型材厚度控制在40 min以内，保证材料的加热均匀度，可以生产

出高强度、高硬度的2A50铝合金型材。

特性及适用范围：

高强度锻铝在热态下具有高的可塑性，易于锻造.冲压；可以热处理强化，在淬火及人工时效后的强度与硬铝相似；工艺性能较好，但有挤压效应，故纵向和横向性能有所差异；抗蚀性较好，但有晶间腐蚀的倾向；可切削性能良好，电阻焊.点焊.缝焊性能良好，电弧焊和气焊性能不好。

化学成份：

硅Si：0.7-1.2

铁Fe: 0.7

铜Cu：1.8-2.6

锰Mn:0.40-0.8

镁Mg：0.40-0.8

锌Zn：0.30

钛Ti：0.15

镍Ni：0.10

铝Al：余量

由于细晶粒组织对锻件的硬度、塑性、抗腐蚀性、疲劳极限、断裂韧性及外观均有良好的影响，因此如何控制锻件的晶粒度，一直是锻造研究工作的重要课题。本课题以LD5合金为例研究该合金锻件晶粒细化的最佳锻造工艺及热处理工艺，以提高LD5合金的综合力学性能。

研究LD5棒材超塑性变形工艺参数与力学性能的关系。结果表明，LD5铝合金棒材经过495℃×3h固溶、390℃×4.5h过时效+360℃自由镦拔的预处理后，当超塑性变形温度为455℃时，拉伸最佳的变形速率为3.35×10-3mm/s，最高伸长率为475%，相应的流动应力为17MPa。当超塑性变形温度为460℃时压缩最佳的变形速率为2×10-2mm/s，最大伸长率为598%，相应流动应力为21MPa。预处理方法是提高LD5铝合金塑性、降低变形抗力的高效、低成本方法。

提高材料的硬度，韧性，塑性，抗腐蚀性，疲劳极限，断裂韧性以及外观，而且有效的降低成本就是做这个课题的根本目的。

铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

1.3铝合金应用现状

铝合金作为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。泡沫铝合金的应用也很广泛，如作为

（1）电极材料。优良的导电性能使泡沫铝可被广泛应用于镍锌电池、双电层电容器等新型电池的电极骨架材料，目前泡沫铝已获得多家镍锌电池生产厂家试用，并投入批量使用，同时，泡沫铝有望作为双电层电容器电极集流体获得推广应用；另外，泡沫铝作为电解回收含铝废水的电极材料使用，也具有非常广阔的前景。

（2）催化剂。在许多有机化学反应中，人们尝试直接利用具有大比表面积的泡沫铝替代冲孔铝板，作为化学反应催化剂；泡沫铝作为光催化空气净化载体，也获得了较为成功的应用。

（3）导热材料。泡沫铝具有优良的导热性能，使其成为性能优异的阻燃材料，在国外许多先进的消防器材上获得应用，尤其是作为火焰隔离器材具有优异的效果；另外，人们利用泡沫铝优良的导热性能及表观通透性，制作成电机、电器的散热材料。

（4）消音及屏蔽材料。声波在泡沫铝表面发生漫反射，并通过膨胀消音、微孔消音等原理，达到消音的效果；铝的屏蔽性能与银接近，是一种性能优异电磁屏蔽材料。

（5）过滤材料。优良的结构特性及对人体基本无害的泡沫金属铝产品，作为医用过滤材料，也获得了成功的应用；同时，泡沫铝在水净化装置中应用也具有较好的前途。

（6）流体压力缓冲材料。泡沫铝对流体的分散及缓冲作用，使其作为各种压力仪表的减压保护装置，具有优异的效果。

（7）板带的应用广泛应用于装饰、包装、建筑、运输、电子、航空、航天、兵器等各行各业。

（8）航空航天用铝材用于制作飞机蒙皮、机身框架、大梁、旋翼、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱，以及火箭锻环、宇宙飞船壁板等。

（9）交通运输用铝材用于汽车、地铁车辆、铁路客车、高速客车的车体结构件材料，车门窗、货架、汽车发动机零件、空调器、散热器、车身板、轮毂及舰艇用材。

（10）包装用铝材全铝易拉罐制罐料主要以薄板与箔材的形式作为金属包装材料,制成罐、盖、瓶、桶、包装箔。广泛用于饮料、食品、化妆品、药品、香烟、工业产品等包装。

（11）印刷用铝材主要用于制作PS版，铝基PS版是印刷业的一种新型材料，用于自动化制版和印刷。

（12）建筑装饰用铝材铝合金因其良好的抗蚀性、足够的强度、优良的工艺