一、鋁合金鍛造

（一）鋁坯料的準(zhǔn)備和加熱

1，坯料準(zhǔn)備

        鍛于鍛造的鋁合金坯料有鑄錠、軋坯和擠坯。鑄錠常用于制造各向異性較小的自由鍛件和模鍛件。對于大型模鍛件的坯料，當(dāng)擠壓棒尺寸不夠時(shí)，大多數(shù)也使用鍛造后的鑄錠作為坯料。鍛造前，應(yīng)加工鑄錠表面，使其表面粗糙度小于12.5μm，并均勻退火，以改善塑性。

        鋁合金軋制毛坯，具有纖維宏觀組織。常用于軋制厚度小于l00mm的鋼坯和鋼坯，用于制造壁板鍛件和大量生產(chǎn)的小型薄鍛件。軋制毛坯具有較好的表面質(zhì)量、較均勻的組織和機(jī)械性能。因此，在用鋼坯作為鋼坯制作大型重要的鍛件和模具鍛件時(shí)，首先選擇軋鋼棒，然后選擇擠壓棒，最后選擇鍛鋼棒。選擇軋制毛坯的問題是，高厚的軋鋼板坯很難進(jìn)行下料，在下料過程中金屬損失很大。

        由于鋁合金的擠壓坯料具有較大的生產(chǎn)靈活性，目前大多數(shù)鋁合金鍛件采用擠壓坯料作為鍛造坯料，擠壓棒特別適合用作長軸鍛造零件的坯料。然而，模鍛前必須清除這些表皮缺陷，因?yàn)閿D壓坯料的各個(gè)方向都有很大的異性，而且表皮上有厚厚的晶圓、層、表皮氣泡等缺陷。

        用鋸床、車床或銑床下料，較少使用剪床下料，個(gè)別情況下，采用鋼坯加熱后錘上切割的方法。

2，鍛前加熱

        由于鋁合金鍛造溫度范疇較窄，鋁合金毛坯加熱應(yīng)選用能夠確保達(dá)到規(guī)定溫度范疇易于自動控制的箱式電阻爐，爐內(nèi)空氣強(qiáng)制循環(huán)，應(yīng)用帶隔熱保溫屏的加溫元器件?，F(xiàn)階段，國內(nèi)鋁合金毛坯多用鐵鉻鋁絲電阻爐加熱，爐具有自動控制儀表溫度在±10℃范圍之內(nèi)。為了測量溫度，在加熱區(qū)距毛坯100-160mm之間安裝熱電偶，基本上合乎要求。當(dāng)沒有電爐時(shí)，能夠應(yīng)用燃?xì)庠詈陀蜖t，但不容許火焰直接接觸坯料，以防過燃燒。燃料的硫含量要低，以防高溫下的硫滲入晶界。

        安裝爐前，應(yīng)清除油垢和其他污垢。爐內(nèi)不得與鋼坯混合，以免鋁屑和氧化鐵屑混合，容易爆炸。安裝爐膛時(shí)，毛坯不得與加熱部件接觸，以免短路和損壞加熱部件。爐內(nèi)的毛坯應(yīng)放置在距離爐門250-300mm之間，以確保加熱均勻。鋼板應(yīng)放置在毛坯和電阻絲之間，以防止毛坯在加熱過程中過度燃燒。

        鋁合金具有良好的導(dǎo)熱性能。任何厚度的坯料都不需要預(yù)熱。它們可以直接在高溫爐中加熱。它們需要將毛坯加熱到鍛造溫度的上限。為了確保強(qiáng)化階段的完全溶解，加熱時(shí)間通常比鋼坯長。根據(jù)每1mm的直徑（或厚度），大約需要1.5min。對于擠壓坯料或軋制坯料，在加熱到開口和鍛造溫度后，是否需要保溫取決于鍛造和模具鍛造時(shí)沒有裂縫，鑄錠必須保溫。

        鋁合金的鍛造溫度范圍較窄，一般在150℃以內(nèi)，有的高強(qiáng)鋁合金的鍛造溫度范圍甚至在100℃以內(nèi)。錘式上鍛溫度一般比壓機(jī)上鍛溫低20-30℃。為減少鍛造溫度的變化，需預(yù)熱鋁合金鍛模。

①括號內(nèi)為舊牌號。

        國外技術(shù)數(shù)據(jù)顯示，鋁合金的鍛造溫度范圍較窄。例如，在美國最常用的15種鋁合金，其鍛造溫度范圍一般小于55℃，最高溫度不超過90℃。與國內(nèi)鍛造溫度相比，初始鍛造溫度降低，最終鍛造溫度增加。在較窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行鍛造，合金無疑具有良好的可塑性、較小的變形阻力，獲得的再結(jié)晶組織均勻小。

（二）鍛造工藝

1，變形速度和變形程度

        變形速度對大多數(shù)鋁合金的可塑性影響不大，但當(dāng)個(gè)別高合金鋁合金處于高速形狀時(shí)，可塑性顯著降低。此外，當(dāng)從低變形速度過渡到高變形速度時(shí)，隨著合金的合金化程度的不同，變形阻力增加約0.5-2.0倍。因此，鋁合金鍛造可以在較低的變形速度或較高的變形速度下進(jìn)行。然而，為了增加允許的變形程度，提高生產(chǎn)效率，減少變形阻力，提高合金填充模腔的流動性，鋁合金鍛造采用壓力機(jī)和模鍛比錘鍛造更好。特別是對于大型鋁合金鍛件和模具鍛件。

        鋁合金在高速鐵錘上鍛壓時(shí)，因?yàn)樾巫兯俣却?，?nèi)部摩擦力大，熱效應(yīng)也大，使合金在鍛壓過程中的溫度升高（約100℃）更加明顯。因此，應(yīng)調(diào)整鋁合金的初始鍛造溫度，鍛造前毛坯的加熱溫度應(yīng)采用原規(guī)定的初始鍛造溫度下限。此外，由于鋁合金的外部摩擦系數(shù)大，流動性差，如果變形速度過快，很容易產(chǎn)生脫皮、折疊和結(jié)晶組織不均勻等缺陷，低塑性高強(qiáng)度鋁合金也容易導(dǎo)致鍛件開裂。因此，這種鋁合金最適合在低速壓力機(jī)上鍛造。

        通過選擇合理的變形程度，可以確保合金在鍛造過程中不會開裂，并且可以均勻地變形，從而獲得良好的組織和性能。為了確保鋁合金在鍛造過程中不會開裂，應(yīng)根據(jù)合金的塑性圖確定所選鍛造設(shè)備每次打擊或壓縮時(shí)允許的最大變形程度。

        鋁合金鍛件最易于產(chǎn)生粗大晶粒，除了臨界變形原因外，模具表面粗糙、變形劇烈不均勻、終鍛溫度低、淬火溫度高和時(shí)間長等，都會導(dǎo)致產(chǎn)生粗大晶粒。為避免形成粗晶，終鍛溫度下的變形程度應(yīng)適當(dāng)控制。

2，鍛件、鍛模設(shè)計(jì)和工藝操作的特點(diǎn)

        對于鋁合金鍛件，在選擇分模表面時(shí)，除了與鋼制鍛件在選擇分模表面時(shí)考慮的因素外，還應(yīng)考慮均勻變形。如果不合理地選擇分模表面，很容易擾亂鍛件的流線，去除粗糙邊緣后，流線末端暴露，鋁合金鍛件更容易在分模表面產(chǎn)生磨損、肋裂縫等缺陷，從而降低其疲勞強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕能力。

        在鍛造過程中，鋁合金的表面氧化、污染和金相組織變化不明顯，因此機(jī)械加工余量應(yīng)小于鋼材、高溫合金。鋁合金的附著力很大。為了便于在實(shí)際生產(chǎn)中提取材料，通常使用7°模鍛斜度。1°-5°斜角也可用于有頂出裝置的情況。

        設(shè)計(jì)圓角半徑對于鋁合金鍛件尤為重要。小角半徑不僅使金屬流動困難，纖維斷裂，而且使鍛件折疊、裂縫，降低鍛造壽命。因此，在可能的情況下，應(yīng)盡可能增加圓角半徑。鋁合金鍛件的圓角半徑一般大于鋼鍛件的圓角半徑。為防止鋁合金鍛件在切割邊緣后在分模線上出現(xiàn)裂紋，其鍛造模具的槽橋高度和圓角半徑比鋼鍛件鍛造模具大30%。

        鋁合金不適合滾動和拉長模具。因?yàn)樵谲堉坪桶纬雠髁系倪^程中，很容易在坯料內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。一般來說，單個(gè)模具膛鍛造模具更常用。特別是對于形狀復(fù)雜的鍛件，應(yīng)使用多組模具和多次模具鍛造，使簡單形狀的坯料逐漸過渡到形狀復(fù)雜的鍛件，使金屬容易流動均勻，易于填充，保持流線連續(xù)。

        磨痕的方向最好沿著金屬流動方向，模具工作表面粗糙度達(dá)到1.6μm以上，因?yàn)殇X合金的粘結(jié)力大，流動性差，需要對模具工作表面進(jìn)行仔細(xì)的拋光。模具必須在工作中前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250-400℃，以減少模具工作表面的熱應(yīng)力，有利于金屬流動和填充模膛，保證最終鍛造溫度。

        在模鍛過程中，首先應(yīng)輕輕擊幾下，打破表面粗晶環(huán)，改善金屬的塑性，然后逐漸重?fù)?，因?yàn)殇X合金棒表面有粗晶環(huán)，塑性差，鍛造時(shí)容易出現(xiàn)裂紋，充滿模膛的金屬。

（三）模鍛時(shí)的潤滑

        模具潤滑成為鋁合金鍛造過程質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，無論是潤滑操作系統(tǒng)還是潤滑劑，都是模具潤滑研發(fā)的關(guān)鍵項(xiàng)目，可以改善金屬流動，避免粘模，減少鍛件表面缺陷，還可以使模具鍛造過程中的壓力減少9%~15%。根據(jù)鐓粗試驗(yàn)，鋁合金不使用潤滑劑時(shí)摩擦系數(shù)為0.48，使用各種潤滑劑時(shí)摩擦系數(shù)在0.06-0.24之間，摩擦系數(shù)隨著壓力的增加而增加。

        將鋁坯浸入到質(zhì)量分值為10%的NaOH水溶液中，在其表層產(chǎn)生松散的化學(xué)氧化涂層，能具有潤滑劑的功效。通常情況下，鋁合金鍛件潤滑劑的關(guān)鍵成份是石墨，還可以在膠體懸浮液中加上一些有機(jī)化合物或無機(jī)化合物，以得到較好的功效。潤滑劑的載體能夠是礦物油或水等。例如，石墨+機(jī)油（比例1.5:1）在500-600℃時(shí)能夠應(yīng)用。但需注意的是，含有石墨的潤滑劑針對模鍛鋁合金有比較嚴(yán)重的缺點(diǎn)，其殘?jiān)蝗菀浊宄?；石墨顆粒嵌在鍛件表層很有可能會造成污漬、麻坑和銹蝕。因而，鍛后必須開展表層清理。

        在使用潤滑劑時(shí)，可以通過噴霧方式向模具上噴涂潤滑劑。在國外一些自動化程度高的大型鋁鍛件的鍛造過程中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了單坐標(biāo)或多坐標(biāo)機(jī)器人的自動噴涂潤滑。在全自動條件下，現(xiàn)代潤滑操作系統(tǒng)可以提供非常準(zhǔn)確的潤滑圖形或消耗，從而獲得優(yōu)化和一致的潤滑條件。

（四）鍛件的熱處理和清理

1，鍛件的熱處理

        鋁合金鍛造的退火工藝流程，一般用以中間幾道壓力加工工藝流程中間退火，或是對供貨狀態(tài)鍛造的退火。退火的目地是以便清除鍛造遺留下來的加工硬化和內(nèi)應(yīng)力，提升合金的塑性，以便于開展形變水平較高的工藝壓力加工或是便于機(jī)械加工。鋁合金鍛造主要用以高溫退火(也稱再晶退火，見表1.5.3和徹底退火。現(xiàn)階段逐漸應(yīng)用迅速退火新工藝流程替代傳統(tǒng)式高溫退火加工工藝流程。針對必須熱處理加固的鋁合金鍛造具備低強(qiáng)度、高塑性、迅速退火又達(dá)不上的規(guī)定，應(yīng)采用徹底退火加工工藝。

注：括號內(nèi)的牌號為舊牌號。

2，鍛件的清理與修傷

        在鋁合金鍛造過程中，鋁和鋁合金鍛造的清潔和損傷起著重要的作用。由于鋁和鋁合金硬度低，流動性差，與模具的附著力大，鍛件容易產(chǎn)生折疊、裂紋、剝落等缺陷。如果這些缺陷沒有及時(shí)清除，鍛件將繼續(xù)發(fā)展，如果再次鍛造，鍛件將被廢棄。

        鍛件的清洗過程如下模鍛后，在帶鋸或邊緣切割模上去除毛邊，切割后的鍛件掛入酸洗槽進(jìn)行清洗。清洗后，檢查鍛件的缺陷，用銑刀、風(fēng)鏟和其他工具修復(fù)鍛件上暴露的缺陷。損壞部位應(yīng)與周圍部位平滑過渡，以避免再次折疊。

        除了超硬鋁外，鋁合金鍛件還在冷態(tài)下用切割模具切割邊緣。對于大型模具鍛造部件，通常用帶鋸切割粗糙邊緣。用沖洗或機(jī)械加工去除鍛件的連接皮革。需要注意的是，對于合金化程度高的鋁合金，模具鍛造后不能長時(shí)間切割和去除粗糙邊緣。由于時(shí)效性，強(qiáng)化階段可能會沉淀。此時(shí)，切割處會撕裂。鋁合金鍛件通常在空氣中冷卻，但也可以在水中冷卻，以便及時(shí)切除粗糙邊緣。