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鋁合金在我國的制造業中應用十分廣泛,是航空航天的主要結構质料。鋁合金具有比重小、比強度高、比剛度高、耐應力腐蝕、綜合性能好和價格自制等特點,其産量僅次于鋼,居世界第二位。變形鋁合金主要用于飛機蒙皮、桁條、隔框、壁板、翼肋、翼梁和尾翼等零部件,鋁合金鍛件在飛機機翼上的應用見圖1

隨著飛機性能要求的提高,可靠性的提高,對鋁合金零部件的技術要求也越來越高。鋁合金鍛件的質量一致性、組織均勻性和性能穩定性,也必須通過鍛造工藝及質量控制得到進一步的提升。

因此,關注鋁合金鍛件的生産,應從鋁合金擠壓棒材及鑄錠開始,嚴格控制。從鍛造工藝參數制定、鍛造制坯、模鍛、熱處理檢測以及模具制作、潤滑劑的使用等等進行研究和控制,減少生産本钱;減少人力、物力消耗,縮短加工周期;減少返工和返修,加強鋁合金鍛件外貌控制。提高一次檢驗合格率,成爲鋁合金鍛造加工所需解決的難題。

鋁合金鍛件的現狀

鋁合金棒材

鋁合金中小鍛件一般由擠壓棒材鍛造而成;大型自由鍛件或模鍛件一般由鑄錠經過反複改鍛,並經最終自由鍛或模鍛加工而成。鋁合金鍛件的質量好壞與其化學身分、純淨度、組織均勻性以及晶粒巨细有直接的關系。因此,對鋁合金鍛件質量控制就必須要控制鋁棒或鑄錠的內部質量和外貌質量,不能存在夾雜、偏析等冶金缺陷,质料外貌要光潔完整,不能有裂紋、折疊、氣泡、分層等缺陷。

目前,我国铝合金加工场提供的棒材,在化学身分控制方面根本与外洋厂家相当,但在微量元素的控制方面另有一定的差距。体现在力学性能数据疏散度较大,而外洋的力学性能数据比力稳定,差值较小,近乎一致。由于挤压工艺及挤压筒的不公道,控制不当,经常发明鋁合金棒材的低倍组织存在粗晶或粗晶环,有些炉批的粗晶环远大于GB/T 3191-2010《鋁及鋁合金擠壓棒材》規定的≤8mm要求。有些爐批的粗晶在整個截面上都有,還有些呈"月牙"狀,或幾乎一半的截面都有粗晶,使鋁合金鍛件的生産無法進行,或生産的鍛件有粗晶不能滿足鍛件標准的要求。

国内鋁合金棒材外貌不但滑,或粗晶环大于标准要求,必须车去一定量后,方可铸造,不但消耗了原质料,增加了人力、物力本钱,还增加了生产周期,低落生产效率。

鋁合金鍛造

鋁合金鍛造时由于合金的塑性低,铸造历程容易开裂,铸造温度范畴窄,一般为100℃左右,因此对加热温度和铸造温度要求更严格。国内一般的鋁合金鍛造加热炉名义上控温精度为±5℃,而實際上都不能滿足使用要求,一般的加熱爐控溫精度爲±10℃,甚至更差,而國外的鋁合金加熱爐控溫精度爲±3℃,在這方面我們的爐子制作及溫度精度控制還有很長的路要走。鋁合金鍛件容易粘模,流動性差,對應變速率敏感,因此對鋁合金鍛件的模具制作、模具潤滑、鍛造變形水平、變形速率提出了更高的要求。我國鋁合金模具光潔度、精度還達不到精鍛件要求,存在模具錯移,難以滿足尺寸公差的要求,難以實現批量生産。例如國外一些鋁合金鍛件出模角要求小于1.29°(飛機鋁合金輪毂),而國內最好的模具出模角爲3°以上。目前還沒有能力生産1.29°这样小角度的出模角锻件,这主要与鋁合金鍛造润滑技能、模具外貌加工技能和铸造设备(应选择慢速的压力机)有很大干系。

另外,國外鋁合金鍛件許多面爲非加工面,鍛件外貌處理灼烁、完整,給人一個良好的印象;反觀國內的鋁合金鍛件,外貌缺陷多、打磨多,且不平整,不像一個完整的模鍛件,與國外鍛件形成有很大的反差。這主要在于我們的整個鍛造工藝系統水平低下,主要表現爲:①模具設計及加工不合適,精度不高、潤滑欠好,制坯尺寸不合適或精度不高;②每火次的變形量控制不公道,變形速度過快,産生裂紋、折疊等缺陷;③外貌不平,打磨量大,甚至出現裂紋或産生折疊,容易帶入到零件中去,産生不良的後果。同時,在鋁合金外貌處理上、潤滑劑的使用上,也需要進行改進與提升,可通過借鑒國際上鋁鍛件生産廠家的工藝流程、高質量的潤滑劑以及噴塗方法、鍛件外貌處理方法來改進。

我國鋁合金鍛件外貌粗晶已成爲最大的問題,在生産中很難完全消除。這一方面與我們的模具外貌粗糙造成合金的流動性差,産生外貌粗晶有關;另一方面與原质料自己粗晶也有關系,還與我們的模具預熱溫度偏低(一般爲100250℃,而國外的模具預熱溫度在350400℃)以及鍛造溫度(始/终锻温度)选择控制、炉温精确控制、变形水平和变形速率有很大的干系。寓目外洋铝合金锻件外貌,纵然是很大的自由锻件和模锻件也险些看不到外貌粗晶的存在,很难看见打磨的陈迹;这是由于我们目前鋁合金鍛造还大量接纳锤锻工艺,而外洋鋁合金鍛造大量使用压力机来铸造,其模具型腔外貌均匀一致,锻件外貌平整光洁,加上润滑剂技能也比我们要好(已接纳自动化喷射润滑剂),因此锻件外貌险些看不到粗晶的存在。可见,在铝锻件的外貌清理方面我们另有欠缺。

鋁合金的熱處理及力學性能穩定性

鋁合金鍛件在經過熱處理後,由于在較高溫度加熱,在鍛件外貌經常出現氣泡,氣泡很薄,在水中扒開有氣體逸出,氣泡有明顯分層,內壁呈波紋狀,有灰玄色的燃燒産物。同時經常有外貌起皮的現象發生,這也是由于模槽外貌粗糙,鍛造變形過程溫度太高、水平太大、速度太快,模具沒有潤滑或潤滑不良及鋁合金容易粘模所造成。

這些缺陷的存在使大批鋁合金鍛件因外貌問題而報廢,有些需要通過與用戶協商,辦理讓步接收而挽救加工使用,但也給企業造成不良的影響。從鋁合金鍛件外貌的好壞,就可以看出一個企業的工藝技術水平和質量管理水平,就可以看出我們自身的不敷。特別是由于鍛件的外貌質量問題,打磨修複,造成尺寸不切合圖紙要求,反複次數多,一次交檢合格率低,造成人力、物力的浪費。還有一些因最終尺寸超差不滿足使用要求而批量報廢,有些鋁合金鍛件合格率不到50%,這就是我們工藝水平及認識改進不敷所造成的。

鋁合金鍛件力學性能不滿足技術標准要求也是在理化檢測中經常發生的問題,這一般需要通過補充時效或重複熱處理來解決。因此熱處理對改进鋁合金鍛件的組織性能是至關重要的,這就要求對熱處理爐的爐溫均勻性和精度進行測量,滿足使用要求,才可裝爐,同時加熱溫度、加熱時間的選擇要合適,轉移時間要盡可能短,一般選取控溫精度能達到±3℃的加熱爐,保證一次熱處理就能有良好的力學性能,盡量制止重複熱處理,以減少能耗,縮短生産周期。

鋁合金鍛件在企業中的産值占比較小,因此對出現的質量問題不能引起高度的重視,在技術工藝研究、設備改革、鍛造過程、熱處理過程,沒有進行深入系統的阐发與思考。特別是鍛造裂紋,鍛件粗晶,外貌質量及打磨處理,機加工變形與應力裂紋方面缺乏阐发研究。對存在的這些問題應該在模具加工精度、潤滑劑、加熱溫度、外貌防護與處理等方面進行系統升級與改進,提升鋁鍛件的質量穩定性,更好的參與國際市場競爭。

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