高强铝合金薄壁管材旋压制备技术

高强铝合金薄壁管材旋压制备技术

李尚卓

哈尔滨东安高精管轴制造有限公司 黑龙江哈尔滨市 150060

摘要:众所周知，高强铝合金以航空需求为背景，不断发展，高强铝合金的出现，更是满足了不同时代飞机发展的不同要求。而且高强铝合金密度小，强度大，加工性能以及焊接性能都比较好，因此高强铝合金满足了现代飞机发展所要求的轻量化，宽畅化，舒适化，寿命长等一系列要求。本文将简单介绍高强铝合金薄壁管材旋压制备技术。

关键词：铝合金 旋压制备技术 技术分析

1、前言

高强铝合金具有强度高，耐热性能好等优点，以2024铝合金为例，该合金薄壁管材主要应用于飞机的机身框架，机翼的金属条以及机翼的肋骨部位等受力条件。除此之外，还有一部分高强铝合金也被广泛应用于交通，建筑等行业领域，目前国内已经对高强铝合金薄壁管材旋压制备技术有初步的了解，本文将以此为基础进行简要探究。

2、高强铝合金的历程

高强铝合金的发展历程大概可以概括为五个阶段，而其被分为五个阶段的依据是高强铝合金的成分，工艺，组织，性能等。第一代铝合金为高静强度铝合金，第二代铝合金为高强耐腐蚀铝合金，而第三代铝合金记具备更强的性能，更好的韧性，而且还具备耐腐蚀的特点，因此被称为高强高韧奈蚀铝合金。第四代铝合金在第三代铝合金的基础上，增加了另一项功能，这项功能为高耐损伤，因此第四代铝合金被称为高强高韧耐蚀，高耐损伤铝合金。而第五代铝合金又增加了低淬火敏感性这一功能。由此可见，随着铝合金的各个阶段的特征的不同，其功能也更加丰富，其将来被应用的范围也会更加广泛^[1]。

3、铝合金薄壁管材旋压制备技术背景

因为铝合金的比重较小，价格较为低廉，因此被广泛的应用于航天建筑，航空，电子，机械等各个领域。除此之外，铝合金凭借其低廉的价格，在人们日常生活中的应用范围十分广泛， 它的用量仅次于钢铁，成为第二大有色金属材料，足以见得其地位非常重要。除此之外，铝合金在形成之前，由于其中注入的金属元素不同，可以将铝合金分为以下几个体系，他们分别为铝锌系，铝铜系，铝镁系，铝锡系。按照铝合金的性能及用途不同，又可以将铝合金分为防锈铝，硬铝，超硬铝，锻硬铝^[2]。而防锈铝中的主要合金元素为金属镁以及金属锰；硬铝中的主要合金元素金属铜，金属镁以及少量的金属锰；超硬铝中的主要合金元素为金属镁，金属锌，金属铜以及少量的金属锰和金属镊。最后要介绍的是锻铝中的主要合金元素，锻铝相比于前面几种铝合金，其硬度更强，所以构成锻铝的主要金属元素也多于其他几种铝合金的主要金属元素。而这些金属元素依次为金属镁，金属锡，金属铜，另外其主要金属元素也可以是金属镁，金属铜，金属镊以及金属铁。

在上述提到的几种铝合金当中，应用被广泛的为6061和6063这两种铝合金，因为这两种铝合金具备良好的机械性能，所以被应用的范围也更加广泛。但是随着超高建筑群的出现，工业领域对于铝合金的材质要求也越来越高，因此铝合金薄壁管材旋压制备技术也在该背景之下随之出现^[3]。

4、旋压制备技术的具体操作方法

4.1操作原理

在铝合金熔炼的过程当中，需要加入适量的 Al_Ti_C_Re晶体细化剂，熔炼完成之后，便可形成带有晶体细化颗粒的铝合金棒，然后把这些铝合金棒经过锻造，便可以形成高强度，高性能的新型铝合金材质。

4.2旋压制备技术的特点

第一个特点是铝合金在容量的过程当中，由于加入了晶体细化剂，其作为一种中间合金，可以使熔炼出来的铝合金中含有足够细微的Tic晶核，而且这些tic晶核的大小可以控制在一亚微毫米以下，由此可见，正由于这些tic晶核足够细微，才能使得铝合金当中的晶粒组织得到明显的细化与软化。

第二个特点是，由于晶体细化剂当中含有Re，因此可以在铝合金熔炼的过程当中起到一定程度的净化作用。

第三个特点是铝合金在熔炼的过程当中经过了均质化，二次加热以及挤压这几个步骤之后，达到了显著细化甚至超细化的熔炼效果，而且细化程度甚至可以用微米来衡量。

第四个特点是旋压制备技术工艺简单，易于操作。而且该技术一致性较好，也具备良好的再现行，而且在操作过程中不需要再更改设备，也没有必要再更改生产工艺^[4]。

4.3旋压制备技术的具体操作过程

首先在原铝业当中添加铝锡合金，紧接着添加Fe 添加剂，再添加 Cr添加剂，然后依次加入Cu添加剂，Mn添加剂，便将其搅拌均匀。搅拌均匀之后，静待几分钟，再加入造渣剂，

造渣剂添加进锅炉中之后进行搅拌，一直搅拌到锅中出现废渣之后便可进行扒渣工作。对于所扒出来的废渣，要进行实验分析，还要将这些废渣放入保温炉继续进行研究。与此同时，搅拌工作还要继续进行，还需要进一步搅拌得出废渣，当最后所有的废渣都被捞出来之后，便可以依次加入Al，5Ti，0.5C,Re晶体细化剂，需要额外强调的是，这些晶体细化剂占总铝合金总量的0.3%。最后铝合金熔铸成之后便可以形成180mm的铝合金圆棒，将该180mm的铝合金圆棒进行均质化之后，然后把这个这些铝合金金属棒进行加热，再进行型材挤压，最后将挤压之后的铝合金进行张拉定尺。以上便是整个操作过程

^[5]。

4.4检验技术成果

经过检验，采用该实验技术所熔炼出来的铝合金当中，每平方毫米中平均含有60~90个晶体粒，除此之外，铝合金金属棒当中的晶粒分布比较均匀，不仅仅横向分布比较均匀，而且纵向分布也很均匀。另外，所有的这些晶粒均为等轴晶粒，而且并没有在检验过程当中发现变形了的晶粒。另外再对铝合金金属棒当中的晶粒进行等级评判时，将铝合金中所含晶粒等级定为3.5~4级。受到技术限制的问题，部分技术在进行铝合金熔炼过程当中，一旦铝合金冷却之后，很可能出现铝合金表面有裂缝的现象，而该技术在操作过程当中有效的避免了这一问题。所融铸出来的铝合金金属表面十分光滑，并没有出现冷却之后的裂缝，而且所容出来的型材，抗压强度可以达到310 mpa，该技术所熔炼出来的铝合金相关指数与标准指数相比，超过了标准值规定的1.17倍^[6]。另外，所融铸出来的铝合金伸长率可以达到15.8%，比规定的标准值高出了远远两倍。

5、结语

高强铝合金是我国国防工业当中一种必不可少的材料，然而，我国目前还缺少专门从事于研究铝合金材料的研究人员以及研究部门，因此为了使高强铝合金能更好地发挥其价值，需要专门设立从事研究铝合金材料的研究部门，并培养相关人才，使铝合金能够更好的发挥其在工业，建筑，航空等各个领域当中的价值，继续造福人类。

参考文献：

1. 闫亮明. 高强铝合金薄壁管材旋压制备技术[J]. 锻造与冲压, 2015(21):40-40.

2. 柴国强, 李德富. 一种高精度大尺寸薄壁铝合金管材旋压方法:, CN105363869B[P]. 2017.

3. 弃非, 王兴隆, 郭胜利,等. 高精度大规格5A02铝合金管材旋压工艺研究[C]// 中国机械工程学会. 中国机械工程学会, 2016.

4. 温涛, 赵磊, 阴中炜,等. 一种大尺寸复杂薄壁无缝柱形6061铝合金内衬的旋压工艺研究[C]// 中国机械工程学会. 中国机械工程学会, 2016.

5. 黑爱卿, 李钰, 邓全得,等. 大尺寸薄壁LF6铝合金筒体旋压成形技术[J]. 精密成形工程, 2020, 012(002):43-47.

6. 许春田, and 王树青. "大口径薄壁铝制套筒旋压成型加工设备.", CN208231269U. 2018.