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鋁型材可鍛造性技術(shù)分析
可鍛性是衡量金屬材料通過(guò)塑性加工獲得優(yōu)質(zhì)零件的難易程度的工藝性能;金屬的可鍛性好,表面該金屬適于塑性加工成形;可鍛性差,說(shuō)明該金屬不適于選用塑性加工方法成形;可鍛性常用金屬的塑性和變形抗力來(lái)綜合衡量;塑性越高,變形抗力越小,則可認(rèn)為金屬的可鍛性好;反之則差;所以鋁型材的可鍛性取決于型材的本質(zhì)和加工條件;
大多數(shù)變形鋁型材都有較好的可鍛性,可用來(lái)生產(chǎn)各種形狀和類別的鍛件;鋁型材鍛件可用現(xiàn)有的各種鍛造方法來(lái)生產(chǎn),包括自有鍛、模鍛、輥鍛、輾壓、施壓、環(huán)扎等方法;
鋁型材的流動(dòng)應(yīng)力隨成分的不同而有明顯改變;一些低強(qiáng)度鋁型材,如6061合金的流動(dòng)應(yīng)力較低;而高強(qiáng)度鋁型材尤其是Al-Zn-Mg-Cu系合金,它們的流動(dòng)應(yīng)力顯著高于6061合金;各種鋁型材的流動(dòng)應(yīng)力最高值約為最低值的2倍;各種鋁型材的可鍛性相差很大的根本原因在于:各種合金中合金元素的種類和含量不同,強(qiáng)化相的性質(zhì)、數(shù)量及分布特點(diǎn)也大不相同,從而嚴(yán)重影響合金的塑性及對(duì)變形的抵抗能力;作為一類合金,鋁型材一般比碳鋼和很多合金鋼較難鍛造,但與高溫合金及鈦合金相比,鋁型材又較易于鍛造;
下圖中比較了幾種鋁型材在其鍛造溫度范圍內(nèi)的可鍛性;這些合金中屬于我國(guó)常用的牌號(hào)有:7075(7A09)、7050(英國(guó)7010)、2014(2A14)和2618(2A70)等;
(幾種鋁型材可鍛性的比較)
由上圖中可以看出,鋁型材的可鍛性與合金系及其合金化程度密切相關(guān);7系型材(鋁鋅合金)和部分5系型材(鋁鎂合金)的可鍛性最差;6系型材(鋁鎂硅合金)的可鍛性較好;而2系型材(鋁銅合金)和4系型材(鋁硅合金)的可鍛性介于兩者之間;圖中未示出1系型材(純鋁)和不可熱處理鋁型材(如30系型材和5系的部分型材),它們的可鍛性都是較高的;
由圖中還可以看出,高強(qiáng)度和高合金化的硬質(zhì)鋁型材和超硬質(zhì)鋁型材的可鍛性最差;純鋁和低合金化的防銹鋁型材的可鍛性最好,而鍛鋁型材的可鍛性屬于中等,其合金化程度也屬于中等;可見(jiàn),鋁型材的可鍛性還與合金化程度密切相關(guān);
由此可見(jiàn),盡管多數(shù)鋁型材的塑性較高、變形抗力也低,但其變形溫度范圍窄,對(duì)變形溫度和速度敏感,需要嚴(yán)格控制加熱溫度和鍛造過(guò)程中的溫升,摩擦系數(shù)大和流動(dòng)性差使金屬充滿模槽困難,不均勻變形易引起局部粗晶,以及鍛件易粘結(jié)在模具上等,這些都給鍛造帶來(lái)極大困難;此外,鋁型材對(duì)裂紋敏感,裂紋若不及時(shí)清理,會(huì)迅速擴(kuò)大;
鋁型材的可鍛性除與其自身化學(xué)成分有關(guān)外,還與變形溫度、變形速度和應(yīng)力狀態(tài)等有密切的關(guān)系;
各種鋁型材的可鍛性都隨著溫度的增加而增加,但溫度對(duì)型材合金成分的影響程度有所不同,其溫度效應(yīng)存在著相當(dāng)大的差異;對(duì)于一些難鍛型材;例如7系型材,流動(dòng)應(yīng)力隨溫度而發(fā)生的變化要更大些,這就是鍛造溫度范圍相對(duì)較窄的根本原因;鍛造鋁型材時(shí),獲得和保持適當(dāng)?shù)慕饘贉囟仁清懺旃に嚦晒Φ年P(guān)鍵;當(dāng)達(dá)到了適用的鍛造溫度時(shí),模具溫度和變形速度將起到關(guān)鍵作用;
變形速度是指單位時(shí)間內(nèi)的變形程度;它對(duì)可鍛性有兩個(gè)方面的影響:一方面,由于變形速度的增大,回復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)克服加工硬化現(xiàn)象,金屬則表現(xiàn)出塑性下降、變形抗力增大,可鍛性變壞;另一方面,金屬在變形過(guò)程中,消耗于塑性變形的能量有一部分轉(zhuǎn)化為熱能,使金屬溫度升高,變形速度越大,熱效應(yīng)現(xiàn)象越明顯,則金屬的塑性提高、變形抗力下降,可鍛性變好;鋁型材鍛件是由種類繁多的鍛造設(shè)備生產(chǎn)出來(lái)的,賦予變形金屬的變形或應(yīng)變速率的變化相當(dāng)大,從非??斓模ɡ缭谝恍╁戝N、機(jī)械壓力機(jī),以及高能速率機(jī)器上的不小于10S^-1的應(yīng)變速率)到相當(dāng)慢的(例如在一些液壓機(jī)上的不大于0.1s^-1的應(yīng)變速率);因此,變形或應(yīng)變速率也是指定型材能否成功鍛造的關(guān)鍵因素;較高的應(yīng)變速率增加了鋁型材的流動(dòng)應(yīng)力,而且這種隨應(yīng)變速率而增大的流動(dòng)應(yīng)力對(duì)于難鍛型材更為明顯;
鋁型材在經(jīng)受不同方法進(jìn)行變形時(shí),所產(chǎn)生的應(yīng)力大小和性質(zhì)(壓應(yīng)力或拉應(yīng)力)是不同的;實(shí)踐證明,三個(gè)方向中壓應(yīng)力的數(shù)目越多,則鋁型材的塑性越好;拉應(yīng)力的數(shù)目越多,則型材的塑性越差;而同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下引起的變形抗力大于異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力;
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