铝合金材料的应用及其加工成形技术研究

摘 要：铝及铝合金材料由于具有很多优良的特性，目前，在有色金属材料领域，其产量最大并且应用范围也最广泛，主要应用于和国民经济相关的各行业中，包括机械制造、汽车生产、航空航天、能源及化学工业等行业。而且，随着材料科学研究者对铝及其合金材料的深入研究以及全球对节约资源和环境保护的重视，使得其发展速度非常快，在许多领域大有代替钢铁材料的趋势，对国民经济的发展与人民物质和文化生活的提高具有重要的作用，也是国防军工现代化的重要基础材料。本文主要介绍了铝合金材料的基本性能和应用，着重分析讨论了铝合金材料成形技术有关内容。

关键词：铝合金;加工成形;材料

1.铝及其合金材料的概况

铝及其合金加工产品由于具有一系列优良的性能己经在机械制造、国防、能源及化学工业等领域中得到广泛应用。其中，属于不可热处理强化的变形铝锰系合金显著的特点是抗腐蚀性、导电导热性能好、塑性高，强度比1×××系铝合金高，而与1×××系铝合金的耐蚀性相近，且具有良好的焊接性能和成型加工性能，被作为一种具有良好抗蚀性能的中等强度铝合金而得到广泛的应用。铝锰系合金是具有代表性的防锈铝合金，主要用于液体产品的运输、热交换器和化工产品处理与贮存装置，以及薄板加工的各种压力容器与管道等需要有高的抗蚀性、良好的成形性能和焊接性好的零部件。为了提高铝合金的成型性和机械性能，最好的方法之一是获得超细晶粒，尺寸小于1um的超细晶可以通过大塑性应变获得，之前已有一些技术现在可用于生产高应变合金，包括高压扭转应变（HPT）、限制模压变形法（CGP）、和等通道角挤压（ECAP）等。

2.铝合金的典型应用分析

2.1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鋁合金制造。波音767客机采用的铝合金占到了机体结构重量的81%。铝合金也是航天领域中的重要材料，如“阿波罗”号飞船的“土星”5号运载火箭各级的燃料箱、仪器舱等都用铝合金制造的。

2.2交通领域

目前，汽车制造呈现出轻量化的发展趋势，而铝合金材料的密度较小，是一种性能十分优良的轻质材料，因此，在汽车轻量化发展的进程中成为主要的材料，例如发动机气体缸、轮毂等零件大多用铝合金材料制作而成的。

2.3包装领域

铝合金可用于制备易拉罐、盖、瓶、桶、包装薄等，广泛应用于饮料、化妆品、食品、药品、香烟、工业产品等包装。

2.4建筑领域

建筑装饰用铝材铝合金因其良好的抗蚀性、足够的强度、优良的工艺性能和焊接性能、广泛用于建筑物构架、门窗、吊顶等。对铝合金着色后，制成各种装饰品，作为装饰材料。

2.5电子领域

现阶段汽车制造呈现出轻量化的发展趋势，而铝合金材料的密度较小，是一种性能十分优良的轻质材料，因此，在汽车轻量化发展的进程中成为主要的材料，例如发动机气体缸、轮毂等零件大多用铝合金材料制作而成的。

3.铝合金的加工成形技术分析

3.1铝合金铸造

铸造就是将铝合金熔化成熔体，利用其良好的流动性和可填充性，将铝合金浇铸到各种模具中，制造形状复杂、壁厚较薄或要求气密的承受中等载荷的零件。铸造出的铝合金零件，如缸体、支架、箱体以及轮毂等，可用于航空航天和交通等领域。

3.2轧制成形

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。根据轧制温度分为热轧和冷轧，热轧是在金属高温时进行轧制成形，以此保证产品质量的稳定，同时明显降低了能耗，提高了生产效率，从而获得良好的经济效益。热轧主要用于生产厚板，用于制备易拉罐、汽车车身板及航空航天用带材的冷轧坯料;冷轧主要是用于生产铝合金薄板、铝箔毛料等。

3.3挤压成形

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。采用挤压工艺不仅可生产形状简单的管、棒、带材产品，还可以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。挤压成形制备的铝合金线材可用于制备导线等，挤压成形的铝管材可用于制备导电管、暖水管、建筑用铝管等。

3.4 3D打印成形

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。目前，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。

4.结语

综上，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，具有十分广阔的发展前景。

参考文献

[1]Dong H S，Park J J，Kim Y S，et al.Constrained groove pressing and its application to grain refinement of aluminum[J].Materials Science & Engineering A.2002，328（1-2）：98-103.

[2]张新明，邓运来，张勇.高强铝合金的发展及其材料的制备加工技术[J].金属学报，2015，51：257-271

[3]王丽娟.铝合金材料加工变形控制对策的分析[J].世界有色金属.2018（21）

[4]张正昊.铝合金在航天航空中的应用分析[J].中国高新区.2018（07）

[5]刘文鑫.试论铝合金材料加工变形控制措施[J].中国金属通报.2018（04）

[6]白嘉远.铝合金材料的应用及其加工成形技术[J].世界有色金属.2017（14）

作者简介：

刘燕（1992-），性别：女;籍贯：内蒙古;民族：汉;学历：研究生;单位：国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心。