5356铝合金熔体处理及连续流变挤压工艺的应用

5356铝合金熔体处理及连续流变挤压工艺的应用

唐丽

新疆众和股份有限公司  新疆  830000

摘要：5356系非增强形变铝合金，因其质量轻、比模量高、高强度和高韧性而被广泛用于军事、航天和船舶等领域。因此，它作为一种新型的焊料，特别是用于Al-Mg,AI-Mg-Si和AI-Mg-Si等的焊料，显得尤为重要。在对5356铝合金进行焊接时，对其机械性能提出了更高的要求，这就需要对其母材进行高质量的焊接。本论文以5356铝合金为研究对象，对其进行提纯、细化处理，并对其进行了均质化处理，并对其进行了半固态的流变挤压。

关键词：5356铝合金；熔体处理；应用

引言

5356铝合金是一种非热处理强化的变形铝合金，具有质量轻、强度高、抗腐蚀稳定性和较高的比模量、断裂韧性等诸多优势。很多铝合金制品都以5356铝合金为基体材料，采用拉拔等方法将其制成长丝状，对其品质有很高的要求，而合金的成分和组织是否均匀，晶粒是否细小，溶体是否纯净都是其品质的重要影响因素。为此，国内外学者对5356铝合金进行了提纯、细化和微合金化。如果5356铝合金的质量不达标，将给以后生产的产品埋下隐患.纯化能除去合金中的杂质，而细化能降低合金的晶粒，是一种新兴的熔体加工技术。采用高强度超声波对铝液进行处理，不但可以使其凝固组织得到细化，而且对铝液起到了提纯作用。

1铝合金连续流变挤压工艺的现状

在铝合金线材、管材的加工过程中，单纯的挤压技术对铝合金进行加工，会导致生产成本的过高，生产的产品质量比较差，且采用挤压工艺生产铝合金线材或管材的效率也不高。通过对铸造后的铝合金进行辊压来实现对丝材的加工，在辊压之前，需要对合金进行加热来降低辊压设备的能量输出，这种方法的生产成本也是比较高的，并且生产过程的连续性不高。由于连续铸造和轧制后，产品中存在着大量的内部缺陷，如夹杂、裂纹、表面油污等，在生产过程中，所形成的产品将会与设备中的润滑油等发生接触，而油污残留在金属表面的凹坑就是制约其性能的一个重要因素。英国霍尔顿公司在80年代通过多年的研发与试验，研制出了一种新型的连续流变挤出成形工艺，为合金线材、管材的生产开辟了一条新路。用于金属材料的连续流变挤出工艺可分为单辊单槽、单辊双槽和双辊双槽三种。连续流变法是指将金属材料以半固体状态挤出，将金属材料置于挤出装置中，再向其中注入一种可持续循环的冷却水，使金属材料在挤出装置中得到冷却。金属熔体以挤压轮的摩擦为动力，在摩擦轮的推动下，金属凝固后，金属在摩擦力的影响下，从模具中挤出来，形成金属丝或金属管[1]。

2连续流变挤压技术的应用

连续流变挤出作为一种新型的液体成形技术，具有良好的成形性能和良好的成形性能。该技术集液体成形与塑性形变的优点于一体，有望成为21世纪最有应用前景的成形工艺。其基本原理是：在熔融过程中，金属液在熔化过程中，通过熔化槽管壁的摩擦，在熔化过程中，金属液在熔化过程中，通过熔化过程中的摩擦，将金属液从熔化过程中排出。将金属液从模具中注入到模具中，将其从模具中取出，并将其分为三个阶段：动态结晶，半固态流变学，固态挤出塑化。该工艺的主要特征是：①流程短、效率高、能耗低；②产品具有优良的性能，③具有较大的适应性和较大的品种多样性，④具有不受时间限制的特点，⑤设备投入少，制造费用低廉，⑥工艺简单，提高了生产效率。

当前，该设备主要用于制造铝合金管、线、棒等细长制品。对7075铝合金进行了流变挤出成形试验，结果表明，在相同材料条件下，该成形件的拉伸强度可达502 MPa，其拉伸性能明显好于常规铸件.

用连续流变挤出成型技术加工出了AI-Ti-B细化剂，在进行了性能测试之后，它的细化效果比较好，比进口产品的细化效果要好，并且制备流程短、成本低。研制出的高性能AI-Sc-Zr耐高温铝丝，与日本耐高温铝丝比较，拉伸强度提高39.4%，延伸率提高255%，导电率提高0.83%，拉伸强度提高0.83%。通过对5356铝合金的连续挤出，可以实现大颗粒的粉碎和细化，同时降低了铸造缺陷。可以让5356合金的各项性能得到进一步的提升。我们前期研究发现，AZ61镁合金经连续流变挤出后，其微观结构中出现了均匀的等轴晶粒和球晶粒，在680' C的浇铸温度下，所得到的AZ61镁合金横截面结构良好，并表现出明显的两相塑化流动特性。用连续挤出方法来制备5356铝合金，结果表明，与常规挤出后的合金相比，连续流变挤出5356铝合金晶粒的细化量增加了41.5%，同时，它的抗拉强度和延展性也得到了提升。此外，还总结出其工艺方法具有高效、低耗等优势[2]。

3熔体处理工艺的机理分析

在没有经过过滤的情况下，这些不同大小的夹杂粒子会在合金中产生孔洞，一旦出现裂缝，孔洞又会促使裂缝继续扩大，从而降低合金的各项性能。另外，由于不能有效地过滤，使得熔体中残留的夹杂物质，使得熔体粘度增大，流动性能下降，从而影响了熔体在铸造时的充型性能。而在这种情况下，金属中的杂质还会和金属中的空气发生反应，从而产生细小的气泡，从而导致金属的破坏。从而降低了材料的拉伸强度和延伸率。

过滤净化是一种利用过滤合金熔体，将合金熔体中悬浮的细小颗粒和大块夹杂从熔体中分离出来，从而降低合金熔体中的有害物质和气体，从而达到改善合金机械性能的目的。采用玻璃纤维网滤除5356铝合金中的夹杂，并以此为基础对其进行了试验研究。而5356铝合金中的夹杂则是以氧化物为主，以Al2O03、 MgO等氧化物157)，这些夹杂都是以颗粒形式存在，大多是在冶炼和铸造的时候形成的。

在玻纤网的过滤工艺中，存在着由许多小分格组成的“截留”现象，其中的一个颗粒在滤纸上流动，如果其中心线与滤纸的直径相等或者更小，则会在滤纸上被截留。因此，玻璃纤维网状物截获的包裹体粒子的粒径被限制在比玻璃纤维网状物的贯穿孔径更大的范围内。由于使用的玻纤网比较软，在高温条件下，粒径和粒径都比较大的粒子极易从玻纤网中逸出，所以玻纤网对合金溶液的过滤效果会有很大的影响[3]。

泡沫陶瓷过滤的优点在于能够将比其通孔更小的夹杂颗粒分离出来。本文还从三个角度对陶瓷泡沫塑料的过滤机制进行了阐述。(1)筛分：筛选的原则与玻纤布相同，也就是内含物的粒度一定要比滤纸的表面孔隙大，滤纸的作用是把内含物颗粒聚集到泡沫塑料的上方，这样就可以把内含物颗粒从泡沫塑料中分离出去。(2)饼状层：由于合金液的持续注入，使更多的大的夹杂粒子被挡在了泡沫塑料滤板上。这就会在过滤片上形成局部的夹杂，而金属熔体却可以透过，而夹杂在夹杂中的夹杂越厚，则会使较小的夹杂颗粒与熔体分开。在试验过程中，我们发现，铝溶液中的压力会显著的增加。(3)深层过滤：在合金熔融物流经陶瓷泡沫滤板时，那些直径小于通孔的夹杂粒子将会与陶瓷泡沫的表面接触，然后，这些夹杂粒子将会很容易地停留在滤板的某些凹坑中，所以，滤板的结构越是复杂，阻碍更多的夹杂粒子将会被阻挡，从而对滤板的夹杂粒子起到更好的过滤作用。

结束语

本文重点对5356铝合金经过不同精炼剂的精炼，不同过滤器的过滤，不同的细化剂的加入，和高能超声波处理后的结构和性能进行了分析。同时，对经处理后的试件进行了微观结构和机械性能的测定。总结了试验结果中出现的一些规律，并分析了每一工艺对合金性能的影响机理。

参考文献

[1]刘景山. 5356铝合金熔体处理及连续流变挤压工艺的研究[D]. 甘肃:兰州理工大学,2019.

[2]葛晴晴. 连续铸挤Mg-Zn-Cu合金工艺及热处理研究[D]. 辽宁:东北大学,.

[3]张树国. 铝合金流变挤压铸造成形技术基础研究[D]. 江西:南昌大学,2018.