铝合金材料的应用及其加工成形技术

铝合金材料的应用及其加工成形技术

李文宝

东北轻合金有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150060

摘要：随着经济的发展以及工业水平的提升，我国对于金属材料的需求日益增加，铝合金材料作为一种轻质金属结构材料，具有后耐蚀性、易加工、回收率高、节能环保性等优势，在工业生产中发挥了越来越重要的作用。铝合金作为轻质金属结构材料，具有耐蚀、比强度高、易加工及回收成本低、回收率高等优点，广泛应用在航空航天、交通、电力、化工等领域，被誉为绿色环保材料。随着我国工业的快速发展，对铝合金需求日益增多，目前在金属材料的应用中铝合金仅次于钢铁，而且在越来越多的领域逐渐替代钢铁。

关键词：铝合金；应用；加工成形技术

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。

一、铝合金材料特点

1、铝合金密度小。铝合金的密度非常小，其对应的密度为 2.7 克每立方厘米，而在同样的生产过程中，拥有广泛应用的钢密度为 7.8 克每立方厘米，所以铝合金的实际密度与钢比较只占 1/3 左右。

2、良好的力学性能。铝合金具有非常良好的力学性能，铝合金中添加了一定的强化元素，对于纯铝而言它具有更低的密度，并且更好的塑造性对于铝合金来说能够形成高强度的材料在使用过程中，相较于其他合金材料具有更加广泛的应用市场。

3、铝合金的耐腐蚀性能较强。铝合金的耐腐蚀性能可以通过一定的实验数据来表现。在一定的实验当中，铝合金长时间暴露在大气中能够及时在表面形成一种自我保护的氧化膜。该氧化膜对铝合金的表面起到了非常好的固定和保护作用，避免其在进一步氧化的同时，增强其耐腐蚀性能。

4、铝合金的导热性能良好。铝合金良好的导热性对于纯铝来说是不能企及的。在众多的金属元素之中，铝合金的导热性能非常强，并且可以广泛地应用于取暖器以及散热器的制造当中。

二、铝合金的应用

1、航空航天领域。铝合金是飞机的主要结构材料。飞机上的蒙皮和起落架都可以用铝合金制造。同时在飞机的配件中，铝合金材料也有着较为广泛地使用，例如蒙皮、起落架等。在航天领域，铝合金也被作为重要材料使用。例如“阿波罗”号飞船的燃料箱、仪器仓等都是运用铝合金材料制造而成的。

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。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，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。

3、建筑领域。铝合金材料具有耐腐性、高强性等优良特性，这些优良特性体现在建筑行业中表现为高焊接性能与工艺性能，在建筑物构架、门窗与吊顶中都有着十分广泛地运用。除此之外，铝合金材料具有一定的装饰性，通过对其表面进行一定程度的处理使其生成不同颜色的膜层，因此可以将铝合金材料加工成不同形状、不同颜色的装饰品，在建筑物设计与制造中起到有效的装饰作用。

4、电子领域。由于铝合金具有较好的导电性，可用于制备各种电线、导体等。由于铝合金具备坚固耐用、方便着色、散热效果好、综合成本不断下降等优势，在手机、平板电脑、移动电源、电视机等领域获得大量应用，如制备壳体、电子元件等。因此可以将之运用到各种类型的电线与导线的制备中 ；同时，铝合金材料还有很强的耐用性、易着色性、散热性等优良特性，且投入成本较低，因此它在手机、平板电脑、电视的外壳与电子元件制造领域有着一定程度的应用。综上所述，由于铝合金具有良好力学、导电、导热性能，在我们的生活当中获得了广泛应用，为社会发展起到了重要作用。

三、铝合金加工成形技术

1、铸造。铝合金的铸造过程即首先对铝合金进行一定程度的熔化处理，使其成为溶体，在此基础之上利用铝合金溶体良好的流动性与可填充性将之浇铸到不同形状的模具当中去，从而形成各种零件，在这一过程中需要注意对厚度、气密、荷载承受性能进行有效的控制，使其能满足铸造需求。通过铸造所形成的铝合金零件，例如缸体、支架、箱体、轮毂等，可用于各个领域的生产与安装当中。

2、轧制。轧制流程如下，首先锭坯受到摩擦力的作用进入到处于旋转状态的轧辊间，在轧辊间中锭坯会收到一定的压力，在压力的作用之下其横截面逐渐减小并同时在形状上在发生一定程度的变化，除此之外，压力会促使锭坯的厚度减小并使其长度增加。从本质上来看，轧制过程其实是一个塑性变形的过程。轧制又可以进一步细分为热轧与冷轧，热轧是在保持被轧制金属处于高温状态下的形式，高温环境保证了产品质量的稳定性，同时也可以对生产效率进行一定程度地提升，具有良好的经济效益。而对于冷轧而言，这种轧制方式一般用于铝合金薄板、铝箔毛料的生产中。

3、挤压。铝合金材料的挤压主要的是将锭坯装入到挤压筒之中，挤压筒会不断向金属施加一定的压力，便将其从给定形状与尺寸的模孔中挤出，进而产生塑性变形使其成为所需形状与尺寸的产品。通过对铝合金采取挤压成形工序，可以对铝合金的变形能力进行显著地提高，进而对铝合金的组织与性能做出有效改善。一般情况下，铝合金挤压成形不仅可以对管、棒、带等形状相对简单的产品进行生产，同时还能够生产断面形状非常复杂的实心和空心型材，以及阶段变断面和逐渐变断面型材。

4、3D打印技术。3D打印技术是一种新型的金属成形技术，其距离主要如下 ：首先应用三维建模软件对数据进行建模，形成三维数据模型，以此为基础进行分层处理，通过分层处理可以获取各个截面的二维轮廓数据，然后再对高能激光束进行一定程度的利用，通过其对金属粉末进行扫描溶化处理，并将分层不断进行叠加，最终会形成三维金属零件3D打印技术具有一次成形、快速柔性以及高效的特点。当前状况下，3D打印技术已经在铝合金航天部件生产、武器装备以及模具制造等领域中有了一定程度地应用。

综上所述，铝合金材料凭借着自身的优良特性，使其在航空航天、汽车制造、建筑、生产包装等领域中有着广泛的应用。未来需要进一步改善与优化铝合金的生产工艺，进一步提升铝合金质量，满足各个领域的需求。

参考文献：

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