基于体育用5052铝合金管件在器械生产制备研究

崔玉婷

摘 要：5052铝合金具有耐蚀性好、焊接性优良、冷加工性较好、强度中等等性能优势。针对体育器材生产制备领域5052铝合金的应用情况进行分析，总结了5052铝合金材料的性能优势;简要阐述了5052铝合金在体育器械领域中的应用情况;利用案例对5052铝合金管件在体育器械生产制备中的应用进行了具体案例分析。

关键词：5052铝合金;体育器械;性能优势;案例分析

中图分类号：TG306 文献标识码：A     文章编号：1001-5922（2021）11-0061-04

Study on Preparation of 5052 Aluminum Alloy Pipe Fittings for Sports in Instrument Production

Cui Yuting

（Baoji University Of Arts And Sciences， Baoji 721013， China）

Abstract：5052 aluminum alloy has many performance advantages. For example， it possess excellent corrosion resistance， satisfactory welding， good cold processing， medium strength and so on. First of all， based on the analysis of the application of 5052 aluminum alloy in the field of sports equipment production and preparation， the performance advantages of 5052 aluminum alloy material are summarized. Then， the application of 5052 aluminum alloy in the field of sports equipment is briefly described. Finally， the application of 5052 aluminum alloy pipe in the production and preparation of sports equipment is analyzed by using the concrete case.

Key words：5052 aluminum alloy; Sports equipment; Performance advantages; Case analysis

0 引言

铝合金是一类被当前社会广泛应用的铝基有色金属结构材料的总称。因其具有冷冲压性能良好、可塑性强、中等强度、耐腐蚀性能强以及密度低等优点，被广泛应用于社会生产、群众生活的诸多领域，如建筑、航空、船舶、体育、家电、五金加工等。从所能达到的最高硬度来对铝合金材料进行区分，可简单分为7系、2系、4系、6系、5系、3系、1系，硬度依次降低[1]。5052铝合金属铝合金材料中的5系材料（还包括5A01、5B06、5005、5086等），主要由Al、Mg等构成，是铝合金“家族”在体育器材、设备加工领域应用最广的防锈铝材料之一。5052铝合金加工而成的体育器械具有：强度高，特别是抗疲劳强度、塑性与耐腐蚀性高;不能热处理强化，在半冷作硬化时塑性尚好，冷作硬化时塑性低;可切削性能不良，可抛光等特征。本文针对该类型材料在体育器械生产制备中的应用情况进行分析，旨在为金属加工、体育产品加工等领域提供一定的参考。

1 铝合金体育器械制备概述

体育器械装备如棒球棒、自行车、赛车车辆防滚架等需要同时兼具高强度、高刚性、耐腐蚀、质量轻、易加工成型等多种性能[2]。得益于自身优异的特性以及与体育器械装备制备要求的高度匹配特性，5052铝合金在近些年已经成为合金“家族”中在体育器械装备领域应用最为广泛的材料之一，其应用如表1所示。

利用铝合金加工制备的以上体育器械普遍具备质轻、硬度高、刚性好、抗腐蚀性强等特征，但是部分器械的某些性能略有不足。如利用7001、7178铝合金制备的棒球棒在抗腐蚀性、耐磨性、可加工性等方面均略显不足;利用7046、2A11铝合金制备的网球拍把手铆钉除了具备质量轻等优点外，在强度、硬度、抗腐蚀性等方面表现均不理想;利用2A14、2A11制备的自行车各零部件虽在质量、硬度、抗腐蚀性、可加工性以及外观设计等方面均表现出一定优势，但由于部分零件硬度不足，在进行长期高强度竞技时较容易发生故障。因此，随着铝合金材料在体育装备、器械加工领域的研究与发展，利用5052铝合金及其改性材料进行体育装备、器械加工等逐漸成为合金体育器材加工领域研究重点。

2 5052铝合金性能分析

2.1 化学成分

5052铝合金各元素质量分数如表2所示。

由表2可知，5052铝合金中除Al外，质量分数最高的有色金属为Mg（2.2%～2.8%），其次为Cr（0.15%～0.35%）或Si（0.25%）[3]。其中，Mg元素能够全面提升铝合金的耐腐蚀性。Cr元素在铝合金中能够形成（CrFe）Al7和（CrMn）Al12等金属化合物，一定程度阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有较好的强化作用，还能改善铝合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。Si元素是改善合金流动性能的主要成分，能够保证铝合金从共晶到过共晶都能得到最好的流动性，Si元素还可改善铝合金的拉伸强度、硬度、切削性以及高温时强度，而使延伸率降低。

2.2 工艺性能

2.2.1 成形性能

成形性能方面，5052铝合金热态工艺塑性良好。锻造和模锻温度为420～475℃，在此温度范围内的变形率大于80%的热变形;其冷冲压性能与合金状态有关，退火状态（O）的冷冲压性能良好，硬化H32、H34状态时次之，而H36、H38状态时不好[4]。

2.2.2 焊接性能

5052铝合金的气焊、电弧焊、电阻焊、点焊、缝焊性能良好;二氩弧焊时出现结晶裂缝倾向;硬钎焊性能尚好，而软钎焊性能较差;焊缝的强度和塑性高，焊缝强度达基体金属强度的90%～95%，但焊缝的气密性不高。

此外，5052铝合金机械加工性能方面的退火状态的切削加工性能不好;冷作硬化状态时有所改善。

2.3 力学性能

5052铝合金基本力学性能指标如表3、表4所示。

硬化H16、H26、H36状态下5052铝合金能够获得最大的室温拉伸强度;硬化H112狀态下拉伸强度表现最差，在大于厚度12.50～80.00 mm条件下，拉伸强度仅170 MPa左右;硬化H18状态下条件屈服强度达到最大值240 MPa。典型的5052铝合金管件具有极为优良的抗疲劳强度和塑性，远高于一般钢材，可适用于各种压力下的成型加工，但在进行设备或器械加工过程中需要注意不能热处理强化。

3 5052铝合金管件体育器械应用案例

3.1 帆船运动

传统的竞技用帆船主要由艇体、艇上装备以及桅杆等3部分构成，各部件均可以由5052铝合金加工制备（如图1所示）。利用5052铝合金材料加工而成的艇体具备高耐腐蚀性，能够保证在海水长期浸泡下不发生腐蚀、软化。利用5052铝合金材料加工所得的帆船桅杆具有质量轻、耐腐蚀性强、刚度高、弹性势能强等特征[5-6]。5052铝合金材料具有良好的可挤压性能，同时兼具优良的断裂韧性和高焊接性，利用5052铝合金材料加工而成的桅杆、艇上装备弓形接头焊缝能够满足超过4年不断裂、无腐蚀斑点等的要求。

3.2 游泳运动

传统的游泳池多以水泥、瓷砖等建筑材料加工而成，该类型材料在水环境下容易变形、脱落，存在一定的危险性。竞技泳池中一般大量使用模块化5052铝合金挤压型材，利用组装技术即可快速建设成型。利用该材料加工而成的游泳池具有外观整洁、卫生、美观、耐腐蚀等优点，可以满足竞技场地在长期运营无法放水环境下不漏水、易维护等要求[7-8]。游泳池用5052铝合金材料规格如表5所示。

3.3 冰雪运动

传统的滑雪杆多以木材为主要加工材料，它具有耐低温、易获取和加工成型等优势。然而，随着滑雪竞技运动的发展，木质滑雪杆质量重、不耐磨其高强度运动极易变形、断裂等问题逐渐显现。利用5052铝合金材料经过挤压加工而成的滑雪杆通常长1 100～1 350 mm，头部尺寸及管材壁厚的选择更加灵活，既要能够充分保证运动员竞技过程中对滑雪杆强度需求的同时也要保证在长期使用中不易发生磨损、降低器材的损耗速度。

4 结语

综上所述，本文针对体育用5052铝合金管件在体育器械生产制备中的应用分析了5052铝合金材料的综合性能及优势。并以帆船运动、游泳运动、冰雪运动为例，对5052铝合金材料在体育装备、器械、设备等加工领域中的应用进行了总结。如今体育器械加工领域中复合材料的应用越来越多，为拓展铝合金等金属材料的应用，本文的研究意义主要在于为金属材料在体育器械制备领域的发展提供借鉴。

参考文献

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[2]李莺歌，潘太军. 6061铝合金棒球棒铸造成形微观组织和力学性能研究[J]. 热加工工艺，2014，43（12）：72-74+82.

[3]李英达，宋宇骅，宋佩维. 固溶处理对新型Mg-4Al-2Si合金羽毛球拍力学性能的影响[J].铸造技术，2016（9）：1855-1857.

[4]卢 刚，王艳丽，韦 昌，等. H22/H32状态5052铝合金力学性能稳定性对比分析[J].热处理技术与装备，2019，40（3）：15-19.

[5]王艳丽，卢 刚 .不同拉伸率对5052铝合金O态板带材力学性能的影响[J].热处理技术与装备，2017，38（4）：39-41.

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[7]刘 欣，秦 宇. 加热方式对体育器材用5052铝合金锻压件性能的影响[J]. 轻合金加工技术，2017，45（2）：42-46.

[8]张兰香. 我国体育器械中对铝材的有效应用[J]. 粘接，2020，43 （8）：156-159.