铝合金锻造工艺特点与分类

铝合金根据其成分和工艺性能可以分为铸造铝合金和变形铝合金两大类。变形铝合金按其使用性能和工艺性能分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等四类。

（1）防锈铝 在防锈铝中的主要合金元素是锰和镁，属Al-Mn和Al-Mg系合金。这类铝合金属于不能时效强化的铝合金，锻造退火后是单相固溶体，故抗腐蚀性能高，塑性好。锰在铝中能通过固溶强化提高铝合金的强度，但其主要的作用是能提高铝合金的抗蚀能力，Al-Mn系合金中的第二相MnAl₆与铝的化学性质接近，故含锰合金抗蚀性好。镁对铝合金的抗蚀性损伤较小，而且有较好的固溶强化效果。

防锈铝承受压力加工的能力很强，可施以冷压力加工使之产生加工强化。它的焊接性也很好，可切削性较差（因太软）。防锈铝被用来制作抗腐蚀及受力不大的零部件，如油管、油箱、铆钉等。

（2）硬铝 硬铝基本上是Al-Cu-Mg系合金，还含有少量的锰。加入铜和镁，除固溶强化作用外，还形成CuAl₂（θ相），Al₂CuMg（S相）等强化相。锰的加入主要是为了改善合金的抗蚀性，也有一定的固溶强化作用，但锰的析出倾向小，故不参与时效过程。各种硬铝都可以进行时效强化；合金中的铜、镁含量越高，时效强化效果越显著，强度就越高，但塑性和抗蚀性则下降。根据合金的合金化程度、力学性能和工艺性能，硬铝可分为铆接硬铝（2A01，2A10）、中强硬铝（2A11）、高强硬铝（2A12，2A06）和耐热硬铝（2A02）等。

硬铝是目前航空工业中应用最广泛的一类变形铝合金，时效硬化能力强，热处理后强度最高可达500MPa，被用来制作飞行器中的各种承力构件等。

硬铝的抗蚀性差，特别在海水中尤甚。这是因为它含有较高的铜，而含铜的固溶体和化合物的电极电位比晶粒边界高，易引起晶间腐蚀。

（3）超硬铝 超硬铝以Al-Cu-Mg-Zn系为主，如7A04等。其时效强化相除θ相和S相外，尚有强化效果很强烈的MgZn₂（η相）及Al₂Mg₃Zn₃（T相）。淬火时效处理后的室温强度可超过600MPa，是强度最高的一种变形铝合金。这种合金的缺点是抗疲劳性能差，对应力集中敏感，有明显的应力腐蚀倾向，耐热性也低于硬铝。

（4）锻铝 锻铝属于Al-Mg-Si-Cu系和Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。在这类铝合金中合金元素的种类虽多，但每种元素的含量都较少，因而具有良好的热塑性，适宜制作航空用各类锻件，特别是形状复杂的大型锻件。铜、镁、硅等元素的加入，在合金中可以形成Mg₂Si，Al₂CuMg，CuAl₂等化合物。加入铁和镍时，可以提高合金的使用温度，故称做耐热锻造铝合金。常用的锻造铝合金有6A02、2A50、2B50和2A14等。其供应状态一般是淬火加人工时效。(www.xing528.com)

对于需要在高温下工作的铝合金，通常加入少量的过渡族元素锰、铬、锗、钛，这类元素溶入基体能强烈提高再结晶温度，当弥散的第二相析出时，可有效地阻止再结晶过程及晶粒长大。再结晶温度也是反映耐热性的一项指标。

变形铝合金中过多的合金元素含量，会引起合金工艺塑性和抗蚀性能严重下降，甚至使合金的压力加工难于进行。所以变形铝合金中的w（Cu）一般不超过5%，w（Mg）不超过2.5%～5%，w（Zn）为3%～8%，w（Si）一般为0.5%～1.2%。铁、硅等元素是变形铝合金中的有害杂质。

大多数变形铝合金都有较好的可锻性，可用来生产各种形状和类别的锻件。铝合金锻件可用现有的各种锻造方法来生产，包括自由锻、模锻、顶锻、辊锻、辗压、旋压、环轧与挤压等。铝合金的流动应力明显地随成分的不同而改变，各合金中流动应力的最高值约为最低值的两倍（即所需锻造载荷相差约两倍）；一些低强度铝或铝合金，例如1100（相当于工业纯铝1200）和6A02，其流动应力较碳钢为低。而高强度铝合金尤其是Al-Zn系合金，例如7075（LC4），7049（LC6）等，它们的流动应力显著高于碳钢。其他一些铝合金，例如2219（LY16），它们的流动应力和碳钢非常相似。作为一类合金，铝合金一般可以认为比碳钢和很多合金钢较难锻造，但与镍或钴基合金及钛合金相比，铝合金又较明显地易于锻造，特别是当采用等温模锻技术的情况下。

变形铝合金可根据工艺塑性和力学性能分为三类。属于低强度、高塑性的合金有：6A02，3A21，5A02，5A03，5A05及工业纯铝等；属于中等强度和塑性的合金有：2A14，2B50，2A70，2A80，2A02，2A06，2A11，2A16，2A17，5A06等；属于高强度、低塑性的合金有2A14，2A12，7A04等。图2-3-26表明了在铝合金锻造生产中具有代表性的10种铝合金的可锻性对比情况，其相对可锻性是基于10种合金在各自锻造温度范围内每吸收单位能量所产生的变形率，同时也考虑到了达到某种特定变形要求的难易程度和产生裂纹的倾向性。由图2-3-26中可以看出，各种铝合金的可锻性随着温度的增加而增加，但温度对各种合金的影响程度有所不同。例如，高含硅量的4032合金的可锻性对温度变化很敏感，而高强度Al-Zn-Mg-Cu系7075等合金受温度影响在图中为最小。图2-3-26中各种铝合金的可锻性相差很大，其根本原因在于，各种合金中合金元素的种类和含量不同，强化相的性质、数量及分布特点也大不相同，从而严重影响合金的塑性及对变形的抵抗能力。有些变形铝合金，例如1100和3003（LF21），它们的可锻性级别远高于图2-3-26中所列出的合金，但这些合金在锻造生产中的应用有限，因为它们不能被热处理强化。铝合金与其可锻性有关的另一个特点是流动性差。所谓流动性是指合金在外力作用下充填锻模型腔的能力。它主要取决于合金的变形抗力和外摩擦因数。变形抗力和外摩擦因数愈小，流动性愈好。在锻造温度下，高强度铝合金的变形抗力比钢的大，而且外摩擦因数也较大，所以铝合金的流动性较差。因此铝合金的锻造有其本身的工艺特点，特作如下介绍。

图2-3-26 几种铝合金的可锻性对比