连成旺锻造

一、铝合金锻造

（一）铝坯料的准备和加热

1，坯料准备

        锻于锻造的铝合金坯料有铸锭、轧坯和挤坯。铸锭常用于制造各向异性较小的自由锻件和模锻件。对于大型模锻件的坯料，当挤压棒尺寸不够时，大多数也使用锻造后的铸锭作为坯料。锻造前，应加工铸锭表面，使其表面粗糙度小于12.5μm，并均匀退火，以改善塑性。

        铝合金轧制毛坯，具有纤维宏观组织。常用于轧制厚度小于l00mm的钢坯和钢坯，用于制造壁板锻件和大量生产的小型薄锻件。轧制毛坯具有较好的表面质量、较均匀的组织和机械性能。因此，在用钢坯作为钢坯制作大型重要的锻件和模具锻件时，首先选择轧钢棒，然后选择挤压棒，最后选择锻钢棒。选择轧制毛坯的问题是，高厚的轧钢板坯很难进行下料，在下料过程中金属损失很大。

        由于铝合金的挤压坯料具有较大的生产灵活性，目前大多数铝合金锻件采用挤压坯料作为锻造坯料，挤压棒特别适合用作长轴锻造零件的坯料。然而，模锻前必须清除这些表皮缺陷，因为挤压坯料的各个方向都有很大的异性，而且表皮上有厚厚的晶圆、层、表皮气泡等缺陷。

        用锯床、车床或铣床下料，较少使用剪床下料，个别情况下，采用钢坯加热后锤上切割的方法。

2，锻前加热

        由于铝合金锻造溫度范畴较窄，铝合金毛坯加热应选用能够确保达到规定溫度范畴易于自动控制的箱式电阻炉，炉内空气强制循环，应用带隔热保温屏的加温元器件。现阶段，国内铝合金毛坯多用铁铬铝丝电阻炉加热，炉具有自动控制仪表溫度在±10℃范围之内。为了测量溫度，在加热区距毛坯100-160mm之间安裝热电偶，基本上合乎要求。当沒有电炉时，能够应用燃气灶和油炉，但不容许火焰直接接触坯料，以防过燃烧。燃料的硫含量要低，以防高溫下的硫渗入晶界。

        安装炉前，应清除油垢和其他污垢。炉内不得与钢坯混合，以免铝屑和氧化铁屑混合，容易爆炸。安装炉膛时，毛坯不得与加热部件接触，以免短路和损坏加热部件。炉内的毛坯应放置在距离炉门250-300mm之间，以确保加热均匀。钢板应放置在毛坯和电阻丝之间，以防止毛坯在加热过程中过度燃烧。

        铝合金具有良好的导热性能。任何厚度的坯料都不需要预热。它们可以直接在高温炉中加热。它们需要将毛坯加热到锻造温度的上限。为了确保强化阶段的完全溶解，加热时间通常比钢坯长。根据每1mm的直径（或厚度），大约需要1.5min。对于挤压坯料或轧制坯料，在加热到开口和锻造温度后，是否需要保温取决于锻造和模具锻造时没有裂缝，铸锭必须保温。

        铝合金的锻造温度范围较窄，一般在150℃以内，有的高强铝合金的锻造温度范围甚至在100℃以内。锤式上锻温度一般比压机上锻温低20-30℃。为减少锻造温度的变化，需预热铝合金锻模。

①括号内为旧牌号。

        国外技术数据显示，铝合金的锻造温度范围较窄。例如，在美国最常用的15种铝合金，其锻造温度范围一般小于55℃，最高温度不超过90℃。与国内锻造温度相比，初始锻造温度降低，最终锻造温度增加。在较窄的温度范围内进行锻造，合金无疑具有良好的可塑性、较小的变形阻力，获得的再结晶组织均匀小。

（二）锻造工艺

1，变形速度和变形程度

        变形速度对大多数铝合金的可塑性影响不大，但当个别高合金铝合金处于高速形状时，可塑性显著降低。此外，当从低变形速度过渡到高变形速度时，随着合金的合金化程度的不同，变形阻力增加约0.5-2.0倍。因此，铝合金锻造可以在较低的变形速度或较高的变形速度下进行。然而，为了增加允许的变形程度，提高生产效率，减少变形阻力，提高合金填充模腔的流动性，铝合金锻造采用压力机和模锻比锤锻造更好。特别是对于大型铝合金锻件和模具锻件。

        铝合金在高速铁锤上锻压时，因为形变速度大，内部摩擦力大，热效应也大，使合金在锻压过程中的温度升高（约100℃）更加明显。因此，应调整铝合金的初始锻造温度，锻造前毛坯的加热温度应采用原规定的初始锻造温度下限。此外，由于铝合金的外部摩擦系数大，流动性差，如果变形速度过快，很容易产生脱皮、折叠和结晶组织不均匀等缺陷，低塑性高强度铝合金也容易导致锻件开裂。因此，这种铝合金最适合在低速压力机上锻造。

        通过选择合理的变形程度，可以确保合金在锻造过程中不会开裂，并且可以均匀地变形，从而获得良好的组织和性能。为了确保铝合金在锻造过程中不会开裂，应根据合金的塑性图确定所选锻造设备每次打击或压缩时允许的最大变形程度。

        铝合金锻件最易于产生粗大晶粒，除了临界变形原因外，模具表面粗糙、变形剧烈不均匀、终锻温度低、淬火温度高和时间长等，都会导致产生粗大晶粒。为避免形成粗晶，终锻温度下的变形程度应适当控制。

2，锻件、锻模设计和工艺操作的特点

        对于铝合金锻件，在选择分模表面时，除了与钢制锻件在选择分模表面时考虑的因素外，还应考虑均匀变形。如果不合理地选择分模表面，很容易扰乱锻件的流线，去除粗糙边缘后，流线末端暴露，铝合金锻件更容易在分模表面产生磨损、肋裂缝等缺陷，从而降低其疲劳强度和抗应力腐蚀能力。

        在锻造过程中，铝合金的表面氧化、污染和金相组织变化不明显，因此机械加工余量应小于钢材、高温合金。铝合金的附着力很大。为了便于在实际生产中提取材料，通常使用7°模锻斜度。1°-5°斜角也可用于有顶出装置的情况。

        设计圆角半径对于铝合金锻件尤为重要。小角半径不仅使金属流动困难，纤维断裂，而且使锻件折叠、裂缝，降低锻造寿命。因此，在可能的情况下，应尽可能增加圆角半径。铝合金锻件的圆角半径一般大于钢锻件的圆角半径。为防止铝合金锻件在切割边缘后在分模线上出现裂纹，其锻造模具的槽桥高度和圆角半径比钢锻件锻造模具大30%。

        铝合金不适合滚动和拉长模具。因为在轧制和拔出坯料的过程中，很容易在坯料内部产生裂缝。一般来说，单个模具膛锻造模具更常用。特别是对于形状复杂的锻件，应使用多组模具和多次模具锻造，使简单形状的坯料逐渐过渡到形状复杂的锻件，使金属容易流动均匀，易于填充，保持流线连续。

        磨痕的方向最好沿着金属流动方向，模具工作表面粗糙度达到1.6μm以上，因为铝合金的粘结力大，流动性差，需要对模具工作表面进行仔细的抛光。模具必须在工作中前预热，预热温度为250-400℃，以减少模具工作表面的热应力，有利于金属流动和填充模膛，保证最终锻造温度。

        在模锻过程中，首先应轻轻击几下，打破表面粗晶环，改善金属的塑性，然后逐渐重击，因为铝合金棒表面有粗晶环，塑性差，锻造时容易出现裂纹，充满模膛的金属。

（三）模锻时的润滑

        模具润滑成为铝合金锻造过程质量的关键因素之一，无论是润滑操作系统还是润滑剂，都是模具润滑研发的关键项目，可以改善金属流动，避免粘模，减少锻件表面缺陷，还可以使模具锻造过程中的压力减少9%~15%。根据镦粗试验，铝合金不使用润滑剂时摩擦系数为0.48，使用各种润滑剂时摩擦系数在0.06-0.24之间，摩擦系数随着压力的增加而增加。

        将铝坯浸入到质量分值为10%的NaOH水溶液中，在其表层产生松散的化学氧化涂层，能具有润滑剂的功效。通常情况下，铝合金锻件润滑剂的关键成份是石墨，还可以在胶体悬浮液中加上一些有机化合物或无机化合物，以得到较好的功效。润滑剂的载体能够是矿物油或水等。例如，石墨+机油（比例1.5:1）在500-600℃时能够应用。但需注意的是，含有石墨的润滑剂针对模锻铝合金有比较严重的缺点，其残渣不容易清除；石墨颗粒嵌在锻件表层很有可能会造成污渍、麻坑和锈蚀。因而，锻后必须开展表层清理。

        在使用润滑剂时，可以通过喷雾方式向模具上喷涂润滑剂。在国外一些自动化程度高的大型铝锻件的锻造过程中，已经实现了单坐标或多坐标机器人的自动喷涂润滑。在全自动条件下，现代润滑操作系统可以提供非常准确的润滑图形或消耗，从而获得优化和一致的润滑条件。

（四）锻件的热处理和清理

1，锻件的热处理

        铝合金锻造的退火工艺流程，一般用以中间几道压力加工工艺流程中间退火，或是对供货状态锻造的退火。退火的目地是以便清除锻造遗留下来的加工硬化和内应力，提升合金的塑性，以便于开展形变水平较高的工艺压力加工或是便于机械加工。铝合金锻造主要用以高溫退火(也称再晶退火，见表1.5.3和彻底退火。现阶段逐渐应用迅速退火新工艺流程替代传统式高溫退火加工工艺流程。针对必须热处理加固的铝合金锻造具备低强度、高塑性、迅速退火又达不上的规定，应采用彻底退火加工工艺。

注：括号内的牌号为旧牌号。

2，锻件的清理与修伤

        在铝合金锻造过程中，铝和铝合金锻造的清洁和损伤起着重要的作用。由于铝和铝合金硬度低，流动性差，与模具的附着力大，锻件容易产生折叠、裂纹、剥落等缺陷。如果这些缺陷没有及时清除，锻件将继续发展，如果再次锻造，锻件将被废弃。

        锻件的清洗过程如下模锻后，在带锯或边缘切割模上去除毛边，切割后的锻件挂入酸洗槽进行清洗。清洗后，检查锻件的缺陷，用铣刀、风铲和其他工具修复锻件上暴露的缺陷。损坏部位应与周围部位平滑过渡，以避免再次折叠。

        除了超硬铝外，铝合金锻件还在冷态下用切割模具切割边缘。对于大型模具锻造部件，通常用带锯切割粗糙边缘。用冲洗或机械加工去除锻件的连接皮革。需要注意的是，对于合金化程度高的铝合金，模具锻造后不能长时间切割和去除粗糙边缘。由于时效性，强化阶段可能会沉淀。此时，切割处会撕裂。铝合金锻件通常在空气中冷却，但也可以在水中冷却，以便及时切除粗糙边缘。