鋁合金液態(tài)模鍛的發(fā)展現(xiàn)狀

1、鋁合金液態(tài)模鍛的發(fā)展現(xiàn)狀摘 要: 鋁合金液態(tài)模鍛是一種具有省力、節(jié)能、節(jié)材、能一次成形為接近成品形狀且制件質(zhì)量高的技術。介紹了該技術的現(xiàn)狀、優(yōu)點及新進展。關鍵詞: 鋁合金 ； 液態(tài)模鍛 ； 進展1引言當今世界能源短缺，汽車、戰(zhàn)車等正向著輕量化、高速、安全、節(jié)能、低成本及長壽命方向發(fā)展，采用輕合金是汽車和兵器輕量化的主要手段之一 。 鋁合金具有高比強度、耐蝕性、易成型、熱穩(wěn)定性與再生性好和簡化結構等一系列優(yōu)點能滿足軍工和民用的特殊要求。如英國“蝎”式坦克，除裝甲車體外，還有平衡肘連桿底座、剎車盤、負重輪、炮塔座圈、油箱、座椅等多種零部件采用了鋁合金或鎂合金，大大減輕了重量，極大的提高了裝備的機動

2、性能，從而可以改善坦克的行駛性能，提高安全性。目前汽車上鋁合金零件主要有活塞、汽缸體、汽缸蓋、連桿、連桿蓋、離合器殼、輪轂和油泵閥體等。因此用液態(tài)模鍛成形鋁合金具有很好的發(fā)展前景 .12 鋁合金成形技術液態(tài)模鍛 液態(tài)模鍛是介于液態(tài)成型和固態(tài)成型之間的一種比較新的工藝, 集中了它們這兩種工藝的優(yōu)點。自60年代至今，液態(tài)模鍛工藝在我國取得了較大發(fā)展。尤其是鋼質(zhì)液態(tài)模鍛工藝已較為成熟。但由于設備及冶煉條件的限制,有色金屬尤其是鋁合金的液態(tài)模鍛在最近十年才得到較快發(fā)展。 液態(tài)模鍛工藝是對澆入模具內(nèi)的液態(tài)金屬施以較高的機械壓力，使其凝固時消除鑄造缺陷并產(chǎn)生一定塑性變形，從而獲得高質(zhì)量制件的一種方法。液態(tài)

3、模鍛是一種省力、節(jié)能、材料利用率高的先進工藝。制件的力學性能較高，可以接近或達到同種合金的鍛件水平 。 鋁合金液態(tài)模鍛工藝的應用范圍，從實際應用情況以及它的結晶特點來看，主要有如下特點: (1液態(tài)模鍛工藝對材料的適用范圍比較寬，它既適用于高性能的變形合金, 也適用于常用的鑄造合金。 (2以陶瓷顆粒、晶須、纖維增強的金屬基復合材料(MMC綜合了金屬的韌性、成形性、導電導熱性等及陶瓷的強度、剛度、硬度、耐熱、耐磨、耐蝕等性能，在材料科學中異軍突起，逐漸進入實用化階段。液態(tài)模鍛是復合材料成形的最佳方法之一。用液態(tài)模鍛技術成形復合材料的研究也進行得非?；钴S。 用高強Al-Zn-Mg-Cu合金LC4為基

4、體，以Al203顆粒為增強劑，采用半固態(tài)攪拌法制備出顆粒均勻，與基體結合良好的10%Al203P/LC4復合材料，具有優(yōu)異的抗拉強度和彈性模量，可以取代高錳鋼來制造履帶板，采用液態(tài)模鍛工藝制造履帶板板體，其質(zhì)量明顯優(yōu)于一般鑄造的方法，生產(chǎn)效率也較高8。鋁合金復合材料很有前途。 (3液態(tài)模鍛技術不僅適用于軸對稱的實心零件、杯形件、通孔件以及長軸類等厚壁零件，也適用于非軸對稱、壁厚不均勻、形狀復雜的零件。對于一些薄壁零件也可以用液態(tài)模鍛獲得很好的成形質(zhì)量 3 液態(tài)模鍛成形技術主要優(yōu)點3.1材料利用率高、成本低 與模鍛相比，由于沒毛邊及實心孔所損耗的金屬材料，故材料利用率可達95%以上。若與壓鑄工藝

5、相比，液態(tài)模鍛工藝不需要設置澆口套、噴嘴、澆注系統(tǒng)等輔助消耗的金屬材料(占制件的20%-30%。用LY11液鍛發(fā)動機主軸承蓋克服了模鍛錘上成形 的缺點，在用LD10鋁合金液鍛生產(chǎn)起動機連桿時，使得成形工序減少，加工余量減小，從而提高了材料利用率，降低生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益。 3.2力學性能高 由于半凝固狀態(tài)的鋁合金在充足的壓力下凝固結晶，組織致密、晶粒細小，故所得制件的力學性能好, 如果采用較大的壓力(100-150 MPa,則在塑性變形階段效果明顯, 可以接近或達到模鍛件的水平。見表1所示。表1 ZL1O3鋁合金件的力學性能Table 1 Mechanical properties of

6、parts in ZL103 aluminum alloyb/MPa/%HBLiquid forging 320 7.0 110 Lowerpressure casting 245 2.5 90 Traditional forging 324 7.2 107 3.3成品率高,質(zhì)量好 液態(tài)模鍛時，加工溫度比鑄造時低得多，制件在模內(nèi)收縮小，并又受三向壓應力的影響，故不易形成氣孔與顯微疏松等缺陷。同時具有精鑄件精密成型的高效率,高精度的特點。 3.4設備投資少 模鍛工藝需要采用熱模鍛壓力機或摩擦壓力機等投資較高的設備。壓力鑄造需要專門的壓鑄機，設備投資也較大。由于在液態(tài)模鍛過程中,金屬是在流動狀態(tài)下

7、成形,因此,所需的成形壓力小,相應的設備噸位小;熔融的金屬成形容易,所加工工件的表面精度高,可以達到少無切削加工的要求,并可制造傳統(tǒng)工藝難成形的復雜制件。設備投資少,有利于液態(tài)模鍛工藝的推廣和應用。 4 液態(tài)模鍛新技術新工藝 4.1半固態(tài)金屬成形技術 半固態(tài)金屬成形技術作為一種新興復合材料加工技術引起了廣泛的關注，它的研究起源于本世紀70年代，距今不過二十余年。一般而言，金屬在靜止狀態(tài)下結晶時，最先凝固的部分是樹枝狀長大，形成網(wǎng)狀結構，殘余液態(tài)金屬分布于樹枝結70年代初，麻省理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn)，在金屬凝固時加以攪拌，可以將產(chǎn)生的樹枝狀初晶破碎并分散到未凝固的殘余液體金屬中去，凝固組織由通常

8、的樹枝狀晶體變成球狀的等軸晶體，成為變形抗力較低、具有良好流動性的金屬糊狀物，并可以很方便地施以各種后續(xù)成形加工。半固態(tài)成形技術有如下特點:顯微組織細化，大大減輕了內(nèi)部缺陷和偏析等；半固態(tài)金屬變形抗力大大降低，并可以制造出近凈成形制品；利用半固態(tài)糊狀金屬的高粘性，可以容易并且均勻的混入異種材料和比重差大的金屬，從而制造新型復合材料和新成分合金。 4.2液態(tài)擠壓工藝 液態(tài)擠壓是在液態(tài)模鍛研究的基礎上，結合熱擠壓變形的特點而發(fā)展起來的一種液態(tài)金屬成形工藝。其成形過程為:將液態(tài)金屬直接澆入擠壓桶內(nèi)，借助擠壓沖頭對未凝固的或準凝固金屬施以高壓，使其在壓力下發(fā)生流動、結晶、凝固過程，隨后，擠壓成形?？谔?/p>

9、的準凝固金屬經(jīng)受斷面縮減的大塑性變形，一次成形出管、棒、型材類制品。利用液態(tài)擠壓工藝也可以直接制備金屬基復合材料管、棒、型材類制件，由此突破了現(xiàn)有復合材料成形方法均需二次變形，即先成形出復合材料坯體，再經(jīng)擠、軋等工藝制成管、棒型材的限制，可以減少成形工序，降低成本，有望成為成形高性能復合材料管、棒、型材的一條新途徑。 5 結束語 液態(tài)模鍛技術的存在己經(jīng)有半個多世紀，隨著理論研究的不斷深入和實踐應用中的不斷發(fā)展，液態(tài)模鍛技術在理論探索方面將會逐步形成完善的體系，對鋁基復合材料成形也將會起到越來越重要的作用。電子計算機數(shù)值模擬成形過程, 人工神經(jīng)網(wǎng)絡預測液態(tài)模鍛工藝參數(shù)的研究14等先進手段的使用，

10、新型專用設備、專用模具材料的開發(fā)，半固態(tài)成形、液態(tài)擠壓等新技術和新工藝的發(fā)展都將給液態(tài)模鍛技術注入新的活參 考 文 獻 1 .2002.20（5）:8 2 .1999.(3:33 3 .1990:425 4 .1981:110 5 .1984:115 6 .1999.(3:12 7 .2003(7:4042 8 費良軍等.擠壓鑄造挖土機履帶板板體的制造工藝研究.98擠壓鑄造(液態(tài)模鍛學術會議論文集:4044 9 .1998(4 :3031 10 .1997( 5 :3940 11 .1998.5(3:17 12 .1998(5:1523 13 1997.4(3:4346 14 Qi Le-Hua, Hou Jun-Jie, Cui Pei-Ling, He-Jun Li. Research on Prediction of the Processing Parameters