铝合金材料的应用及其加工成形技术

2019-02-09张红芳杨明琴王泽晓

世界有色金属 2019年24期

张红芳，杨明琴，王泽晓

（山西银光华盛镁业股份有限公司，山西运城 043800）

铝合金是现在国内工业生产中大范围生产并大范围的投入到使用中去的一种材料，其拥有许多材料所不能拥有的良好性质，例如，铝合金的密度低但是强度却很高，相比于同类型的钢材而言，铝合金材料将以同体积更小的质量以及更大的安全性能、抗压性能为各种工程施工、高科技产品提供良好的物理支持。部分铝合金还可以在热处理的作用下实现更大硬度的体现。由于是铝合金，必然会加入一些其他元素来弥补铝材料的不组之处，通常我们加入的元素有铜、镁、锌、硅等元素，这类元素较为普遍，易于得到，且在铝合金中占有的百分比也十分的小，相比于其它合金而言，具有更强的经济效益。

无论是从宏观来看还是微观来看，铝合金材料都在不同方面出现了不良的性质，这将导致利用铝合金材料生产出来的东西始终不能够站上国际前沿，也始终不能完美契合环保的标准，在使用和销售的过程中也往往会受到这些不利于应用的性质影响。例如易变性这一性质：铝合金确实是有着超高的硬度以及超高的抗压能力，但是由于铝合金在生产出来后，合金内部的各类原子依旧不断地在进行着碰撞，发生着剧烈的反应，当反应达到了一定的限度，一旦合金外表受到外界的一些创伤，就会导致合金整体受到破坏，也就是变形。这不仅会影响设备的使用，也不利于再次回收利用。在几十年的发展历程中，铝合金的类型也多种多样，不同牌号的以及不同类型的铝合金材料分别根据其特有的性质被使用在了不同的方面，例如1050通常被使用在食品、化学以及在酿造工业中需要使用到的挤压盘管、各类软管方面；再例如3004通常被用在易拉罐罐身的制作上，相比于用来制作厨具、运输工具或是加工管道的3003而言，3004具有更高的强度，能够被用来做一些需要高抗压能力的零部件或是特殊化学产品的运输以及储存，在各大建筑行业也有广泛的使用。

1 铝合金在各行各业中的应用

（1）铝合金在航天领域中的应用。铝合金在航天领域的应用十分的广泛。例如：2014号由于其高强度的抗压和抗高温，所以在航天航空材料的制作上一般被使用于制作火箭的第一级燃料槽以及部分火箭的零部件；2048和2124都被用来制作航天器的结构部件；2218则用来使用在飞机的发动机以及柴油发动机活塞这部分；2219由于其能够承受的外部温度跨度性很广，在零下270°～300°这个范围，拥有十分良好的焊接性，在T8状态还呈现出了十分优良的抗应力腐蚀开裂能力，所以在航天航空中通常被利用作为火箭中放置氧化剂的槽口中，在超音速飞机的结构制作中承担了蒙皮材料和部分零部件的使用；5052号铝合金材料不仅具有良好的可塑性，同时还具备一定的加工性能，能够方便后期的处理、加工，改变其原有的性能，并且还具有良好的抗腐蚀性以及一定的静态强度，在航天航空中通常被用来制造飞机的油箱，运输燃油的管道等；7072具有较强的可塑性，能够被压缩成为极薄的铝箔，通常与其他牌号的铝合金共同使用，包裹在其外面有助于加强其他铝合金材料的各项性能。

（2）铝合金在汽车产业中的应用。将铝合金应用在汽车产业中最主要的是降低了汽车的质量并在其他方面提供了有效的改善、支持和增强。在汽车的制造上使用了新的材料、新的技术，从源头上进行了环保处理[1]。有相关研究表明，当汽车本身的质量降低一百千克，就能够使汽车每行驶一千米的燃油量下降零点七升，但从数据来看似乎没有大的改变，但是从宏观来看，在一年内能够相较于以前产生较好的减污效果。所以如何减少汽车本身的质量也成为了现在汽车材料研究的热点内容。减少汽车自身重量的方式有三种，第一种是将汽车的形状变小，发行小排量的汽车，这对于部分人群而言有一定的使用价值，但对于有特殊汽车外形要求，特殊汽车性能要求的人群而言，这样的汽车远远达不到标准，也就不能做到大范围的普及；第二种是从汽车的结构上进行优化，通过重新设计个方面的结构造型以及更换部分零部件来达到减少汽车自身重量的效果；第三种是采用更轻的金属材料，也就是铝合金来进行汽车的生产。

相比于以往的汽车制造材料，铝合金材料同样呈现出了质量小、强度大、抗压能力强、抗冲击能力强、回收率高等优秀的性质，甚至有专家声称，未来的铝合金材料有可能拥有比塑料还要小的质量。虽然以目前国内的技术来看，我们并不能将所有的钢材、铁材更换成为铝合金，但是由于铝合金的质量只占钢铁的三分之一，当我们极大限度的使用铝合金后，汽车的总质量也会下降一半。而且铝合金由于有铝元素的优质性能，同样能够在金属外表皮形成一层极不活泼的致密氧化层，所以铝合金是永远不会生锈的，这不仅提高了汽车的使用年限和安全性能同时也提升了汽车的美观程度，具有较好的可行性。具体优势还体现在：将铝合金应用在汽车的变速器外壳以及汽油泵、化油器等汽车结构中，能够实现减重、高强度并且耐腐蚀的性质；使用在发动机活塞以及气缸赛中能够在原有的基础上增添较好的散热性能，减少了因为散热原因而导致的汽车温度过高而产生故障的情况；利用在车圈上同样是具有减重、优良散热性质以及良好外观的优点。以现在国内的技术，铝合金应用于汽车制造上出现的不良因素也很多：铝合金虽然具有良好的抗压能力，但由于金属内部反应剧烈，容易在表面出现细小的裂纹，且不易被肉眼察觉，一旦这些裂纹数达到了一定的标准，则会发生变形；在锻造的过程中若是技术没有达到，极容易出现沙眼；材料本身的价格以及加工费用都较高，制造出来的汽车呈现较高的价格，对于中国而言大部分人还是消费不起这样的汽车，且若是由铝合金为主要制造材料的汽车得不到普及，其修理点也会十分的稀少，进一步加大了购买汽车的成本。

2 如何进一步控制铝合金的加工变形

控制铝合金的加工变形的方法、技术有许多种，现目前国内常用的主要有三种，它们分别是：高速切削技术、电流变技术、激光加工技术。

①高速切削技术。一般而言，在常规的切削速度范围内，温度会随着切削速度的增加而升高，当达到了一个阈值后则会在这个极限值后温度随着切削速度的增加而逐渐减小，具体的阈值以及温度变化将根据物质的性质而定。利用高速切削技术试将切削的速度从常规速度变为了常规速度的五至十倍，以每分钟一千五百米到五千米的速度进行切割能够有效地改善在铝合金零件在进行加工过程中呈现切削热和夹紧力的问题。②电流变技术。电流变技术也被称为ER技术，实现目前国内较为流行的一种新兴技术。理论上来讲，电流变技术是利用了一些特殊的、具有特殊性质的液体通过电铲的作用实现电流变效应的，工作人员有效的利用这种效应并配合电场的作用和液体的粘度，即可使液体在某一特定的范围中拥有固体的部分属性，也就具备了一定的抗剪切性能。这个过程十分的容易控制，能够准确地对铝材料零部件实现定位以及安装，呈现了较高的精准度，同时减少了铝材料在进行切割过程中变形的可能性。