铝及铝合金挤压型材生产特点
一．铝的基本特点及应用
铝是化学元素周期表中第三周期主族元素.其原子系数为13,原子量为26..具有面心立方晶格点阵无同素异构转变.以高纯铝为例:密度为Kg/m3,熔点℃,为沸点为℃.
基本特性
主要特点
主要应用领域
质量轻
铝的密度为2.7约为铜或铁的三分之一是轻量化的好材料
制造航天器,飞机,汽车,轨道车辆,船舶,桥梁,高层建筑重机械部件及质量轻的容器
强度好
铝的力学性能不如钢铁,但它的比强度高,还可以添加铜,镁等合金元素制成合金,再经热处理,而得到很高的强度,铝合金的比强度较普通钢好,可与特殊钢媲美.
用于制造桥梁,飞机,压力容器,集装箱,建筑结构材料,小五金等
易加工
铝的延展性优量,易挤压成各种形状复杂中空型材,适用于拉伸加工及其它各种冷热加工.
受力结构件框架,容器,光学仪器及其它形状复杂的精密零件.
美观,适于各种表面处理
铝及铝合金表面有氧化膜,呈银白色,相当美观,经阳极氧化处理,氧化膜更牢固,可用着色,喷涂等方法,制造出各种颜色和光泽的表面.
建筑用壁板,器具装饰,装饰品,门窗,幕墙,汽车及飞机蒙皮,仪表外壳,室内装修材料等.
耐蚀性,耐侯性好
铝及铝合金因其表面能生成硬而致密的氧化膜,很多物质对它不产生腐蚀作用,不同地区,选择不同合金,会有很好的耐久性.
门板,车辆,船舶,外部覆盖材料,厨房器具,化工装置,屋顶瓦板,洗衣机,石油化工材料,化学药品包装等
耐化学药品
对硝酸,冰醋酸,过氧化氢等,化学药品不反应,有非常好的耐药性
用于化工装置,包装酸及化学药品包装等
导电,导热性能好
导热率,导电率仅次于铜,约为钢的3~4倍.
电线,母线,电饭锅,热交换器,散热器,电子元件
对光,热,电波反射性能好
抛光铝的反光率为74％,电解抛光高纯铝为94％,比银(92％)还高.铝对热辐射和电波反射性能也很好.
照明器具,反射镜,屋顶瓦板,抛物天线,冷冻冷藏库,抛光器,冷暖器的隔热材料.
无磁性
铝是非磁性体
船用罗盘,天线等
无毒
无毒
食具,食品包装,食物容器食品机械,医疗器械.
吸音性
铝对声音是非传播体,吸收声波的性能.
用于室内天棚板等
耐低温
铝在低温时,强度反而增加,且无脆性.
冷冻冷藏库,雪上车辆,氧及氢的产生装置.
二．铝及铝合金的分类
纯铝(Al≥99.00％,Fe+Si1％,其它元素≤0.1％)虽然延展性好,易挤压成各种型材,但其强度较低,使用范围有限.为了满足各种不同用途,要求材料在组织性能,力学性能及其它综合性能方面更好.因而在纯铝中添加各种金属(或非金属)元素,以改善和提高铝材的各种性能,这种加入的元素(含保留的金属或非金属元素)叫做合金元素,纯铝加入合金元素后得到的合金称为铝合金.它可以加工成各种管,棒,线型材,板.带.箔.条材,锻件及各种铸件.因此,铝合金分为
纯铝—系;如;,,
不可热处理强化合金Al--Mn系;如,3A21.
Al--Si系;如
Al--Mg系;如,,
变形铝合金
Al--Cu系;如,,
Al—Mg--Si系;,,
可热处理强化铝合金Al—Zn—Mg--Cu系;如
铝及铝合金Al--系;如
纯铝--系;
不可热处理强化合金Al--Si系;如Zl
Al--Mg系;如Zl
Al—Cu--Si系;如Zl
铸造铝合金Al—Cu—Mg--Si系;如Zl
可热处理强化铝合金Al—Mg--Si系;如Zl
Al—Mg--Zn系;如Zl
(1).中国变形铝及铝合金牌号的牌号表示法:1.铝及铝合金牌号及状态代号:
用四位字符体系表示变形铝及铝合金牌号.牌号的第一位数字表示铝合金的组别,由主要合金元素(6xxx系按Mg2Si)来确定(改型喝金除外).如有一个以上合金元素极限含量算术平均值同为最大时,应按Cu,Mn,Si,Mg,Mg2Si,Zn其它元素的顺序来确定.牌号的第二位字母表示原始纯铝或铝合金的改型情况.最后两位数字表示同一组中不同的铝合金或表示铝的纯度.
1xxx系纯铝(铝含量不小于99.00%)6xxx系以镁和硅为主要合金元素的铝合
2xxx系以铜为主要合金元素的铝合金Mg0.7SiMg0.9SiCuSnPb
Cu6BiPbMg0.7SiMg1SiCuPbBi
Cu4SiMg（Mn）SiMgMg1SiCu
Cu4Mg1SiMnMg0.8SiB6A02Si0.8MgCu
CuMg2MnMg0.6SiMnSi0.8MgCu
3xxx系以锰为主要合金元素的铝合金SiMg0.5MnMgSiFe
MnCuSi1MgMn
3A21MnSiMgMnCu
4xxx系以硅为主要合金元素的铝合金7xxx系以锌为主要合金元素的铝合金
SiMgCuNiZn5.8Mg
5xxx系以镁为主要合金元素的铝合金Zn4.5MgMn
Mg1Zn5.6MgCu
Mg28xxx系以其它元素为主要合金元素的铝合金
MgLiCuMg
Mg5Mn9xxx系备用合金组
三、铝的基本特性及应用
合金
特性
材料品种
典型用途
,
抗蚀性,成型性好
管.棒.线,板
用于强度要求不高的化工设备等
中等强度.易切削
棒,型,线材
螺钉及要求有良好切削性能的机加工产品.
T4中等强度,T6高强度,
板,管,棒,型,线锻,冲件
用于要求高强度与硬度(包括高温)的场合.飞机重型锻件,厚板和挤压材,车轮与结构件航天零构件卡车构架等.
中等强度(强度与与相)
棒,型,线,锻,件
是第一获得工业应用的2系合金.主要用于制造铆钉,通用机械零件结构等.
T3中等强度,T8高强度,
板,管,棒,型,线材
飞机结构,铆钉,导弹构件,卡车轮毂,螺旋浆等构件.
3A21
高抗蚀,可焊性好
板,管,棒,型,线材
抗蚀性与1xxx系相当,强度比1xxx高.用于制造橱具,食物,化工产品的储槽,罐,飞机油箱,油管,铆钉线材,食品工业装置等.
中等强度,抗蚀,可焊与相似.
板,管,棒,型材
用作导体,炊具,仪表板,建筑装饰件.阳极氧化膜比更加明亮,并与颜色协调一致.
具有良好的加工成型性.抗蚀性,可焊性,疲劳强度和中等的静态强度
板,管,棒,型,线材
用作飞机油箱,油管,车辆,船舶的钣金件,仪表,街灯支架,铆钉线材等.
中等强度,抗蚀性,可焊性好.
板,管,棒,型材
用作焊接构件,儲槽,压力容器,船舶结构,海上设施,运输槽罐等.
中等强度,高抗蚀性,切削性,阳极氧化性,可焊性好.
板,管,棒,型,线材
用作镁合金与电缆的护套,铆钉,钉子,拉链,等高抗蚀性的场合.它是5xxx系合金中强度最高的.
抗蚀性,切削性,阳极氧化性,可焊性好.强度稍低于是.
管,棒,型材
建筑型材,与各种器具型材,经阳极氧化处理后,有明亮表面的汽车装饰件
抗蚀性,加工性,阳极氧化性,可焊性好.
管,棒,型材
建筑型材,灌溉用管材及车辆,台架,家具,栏棚用挤压材等.
抗蚀性,加工性,阳极氧化性,可焊性好.
管,棒,型材
凡要求强度比合金高建筑型材,灌溉用管材及车辆,台架,家具,栏棚用挤压材等.但不用此合金制造冲击负载构件.
中等强度高抗蚀性,切削性,阳极氧化性,可焊性好.
管,棒,型材
要求有一定强度,抗蚀性,可焊性高的各种工业结构材.如;卡车,塔式建筑,船舶,电车,家具等用的管,棒,型材.
中等强度,
管,棒,型材
车辆的挤压结构件,水,石油的输送管道等.
中等强度
管,棒,型,材
车辆的挤压结构件,水,石油的输送管道等.
6A02
中等强度
管,棒,型,材
飞机发动机零件,形状复杂的锻件及模锻件.
高切削性,抗蚀性好
管,棒,型材
要求抗蚀性高于和合金的有螺纹的高应力零件.
高切削性
管,棒,型材
用作要求抗蚀性高的螺纹的高应力零件.
中等强度
管,棒,型,线材
高强度导电棒,线材
抗蚀性,加工性,阳极氧化性,可焊性好.
管,棒,型材
建筑型材,灌溉用管材及车辆,台架,家具,栏棚用挤压材等.
中等强度,
管,棒,型材
用作车辆,船舶,建筑结构型材,自行车车圈型材,机械,化工行业承载构件皮带框架等.
中等强度,
管,棒,型材
用于制造既要有高强度又要有高断裂韧性的焊接结构与钎焊结构,车辆的桁架,杆件,容器;大型热交换器,及焊接后不能进行固溶处理的部件.体育器材网球拍及垒球棒等.
高强度,
管,棒,型材
用于制造飞机结构及其它要求强度高抗腐蚀性能强的高应力结构件,
四、铝合金挤压生产技术
一.铝合金挤压加工概述
铝及铝合金挤压加工属于金属压力加工的范畴.是金属成型的重要方法之一.它适合于生产管,棒,线,型材,条材,角材等长直的半精制品.
金属挤压加工的定义:是用施加外力的方法,使处于耐压容器(挤压筒)中承受三向压应力的金属产生塑性变形,让其从特设的模孔或间隙中被挤出,得到所需截面,形状及尺寸的制品的压力成形过程.由此可见,金属挤压加工必须具备三个条件:
1.使金属处于三向压应力状态(挤压筒);
2.建立足够的应力值,能使金属产生塑性变形(挤压力);
3.提供一个最小阻力方向,使金属流出孔或间隙,形成需截面,形状及尺寸的制品.金属挤压加工方法可以挤压的金属有铝,镁,铅,锌,钛,铜,钼,锆,铀,等及其合金,还可以挤压铜及其合金,特殊钢,不锈钢,甚至铸铁之类的脆性金属.
二．挤压成型的特点
1.挤压成型的优点:
1).提高金属的变形能力.挤压过程中变形区的金属处于三向压应力状态,能充分发挥金属的塑性,获得大的变形量.如;纯铝,挤压比(λ)可达到.
2).制品的综合质量高.挤压变形可以改善金属材料组织,提高其力学性能.特别是对有挤压效应的合金,如;(6A02,,,,,.)制品淬火时效后,纵向力学性能远远其它加工方法生产的同类产品.
3.产品范围广.可以生产管,棒,线,型,条材,实心或空心型材及变断面型材.挤压制品表面粗糙度可达Ra3.2-o.8(即光洁度▽5-▽7)
4.生产灵活性大.更换模具就能在同一台设备上生产生产不同形状,尺寸,品种不同的产品.特别适合于多品种,多规格,小批量产品的生产.
5.工艺流程简单.相对于轧制法生产管,型材而言,工艺流程短,设备投资少.
2.挤压成型的缺点:
1).制品的组织性能不均匀.由于挤压时金属流动不均匀(无润滑挤压时更严重),致使制品的表层与中心,头部与尾部变形不均匀,造成组织与性能的不均匀.造成制品热处理后,表面产生粗晶环.
2).挤压工具工作条件恶劣.损耗大.
3).生产效率低.常规挤压方法不能实现连续挤压.近年发展起来的康福姆(CONFORM)连续挤压机可以实现连续挤压,只能挤压纯铝及软铝合金.但目前可以挤压导电铜排了.
4).几何废料损失较大.每次挤压都有压余,切头尾,可达铸锭重量的10~15％.
3.反向挤压机的特点:
由于挤压筒和铸锭之间不产生磨擦力,变形区靠近模孔附近,与正向挤压法比较,可降低挤压力,提高挤压速度,金属流动均匀,制品组织和性能均匀,可减少甚至消除粗晶环缺陷,几何废料少等特点.
反向挤压生产主要技术经济指标:
制品的最大外接圆直径一般比正向挤压的小30%;最大挤压力比正向挤压的降低20-30%;残料减少30%以上;挤压速度提高1-1.5倍,组织性能均匀;消除或大大减少制品粗晶环;提高挤压制品尺寸精度;可生产超高精度级产品;产品成品率提高8-10%;铸锭可在较低温度下挤压;可采用较长铸锭,节省能耗20%;设备的一次性投资比正向挤压高30%.
五.铝合金挤压时金属流动特性:
1.挤压时金属的流动情况,通常分为三个阶段.
第一阶段为开始挤压阶段:即填充挤压阶段.这一阶段金属受挤压力的作用,首先充满挤压筒和模孔,挤压力直线上升至最大.
第二阶段为平流挤压阶段(也称稳定挤压阶段或正常挤压阶段):当挤压力升至最大值,出现拐点,且金属从模孔流出时,既进入平流挤压阶段.这一阶段的特点是,铸锭大量从模孔流出,就象无数同心薄壁圆管的同时流动.内外层金属基本上不发生交错或反向流动.同一截面上的金属质点均以同一速度进入变形区压缩锥.而靠近挤压垫片和模子角落处的金属不参与流动,形成难变形区或死区.随着铸锭长度的减少及铸锭与挤压筒间磨擦阻力的降低,挤压力呈下降的趋势.
第三阶段为挤压终了阶段.(也称紊流挤压阶段):这一阶段,随着铸锭长度的减少,挤压垫片(进入变形区)与模子间距离缩小,迫使变形区的金属由周边向中心发生剧烈的横向流动.同时两个死区的金属也向模孔流动.形成挤压加工所特有的挤压缩尾等缺陷.并且由于金属温度的降低,变形区抗力增大,挤压力又开始回生,这时挤压过程应结束.
六.影响挤压力的主要因素:
1.金属的变形抗力(既屈服极限)越大,所需挤压力越大.
2.挤压比越大,挤压力越大
3.正向挤压时,锭坯越长,挤压力越大
4.模角α越大,金属流动越不均匀,从而金属变形功增加,挤压力越大.
5.模具孔型越复杂,挤压力越大.
6.挤压速度对挤压力影响不大,因速度↑，锭坯温度↑，挤压力↓.
7.磨擦条件的影响:挤压筒内壁磨损,导致挤压力增大.内表面光滑,挤压力减小.模具,穿孔针对挤压力影响较小.
8.挤压筒温度的影响,挤压筒加热温度适当,可以降低锭坯的冷却速率,减少挤压力.
9.挤压温度的影响,我们所说的挤压温度,严格来讲是指变形区的金属温度.用锭坯的加热温度作为挤压温度,只是一个近似值.挤压温度是由金属或合金的本性所决定.在允许的加工温度范围内,一般来说,温度↑,挤压力↓.有利于提高挤压速度,但不等可以提高挤压速度.如,,这类合金,倒是较低的温度下,利于提高挤压速度.
另外;根据金属及合金的性质不同,挤压温度的区分也不同,大致可分为;
室温挤压；0—℃挤压Pb,Sn.Bi及合金,Al及其合金的冷挤压;
低温挤压:—℃挤压Al,Mg及其合金,AlZnMg,AlCuMg,AlZnMgCu
中温挤压:—℃挤压Cu,Ni,Ti,Zr.Be,U等合金;
高温挤压:—℃挤压Ni及合金,Cr,Mo,W,V,NbTa,非合金钢,低合金钢,高温钢,高合金钢,球墨铸铁.
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