这种铝合金可锻性相差大

由以上分析可知，常用变形铝合金在锻造温度下，可锻性（与碳钢和低合金钢比）差，但是改善铝合金的加工条件后，可以提高铝合金可锻性。

（1）各种铝合金可锻性比较。其中7xxx铝锌合金系和部分5xxx铝镁合金系可锻性Zui差；6xxx铝镁硅合金系可锻性好；而2 xxx铝铜合金系和4xxx铝硅合金系可锻性介于两者之间。另外，图内没有标注的1xxx纯铝和不可热处理铝合金（如3xxx买和5xxx系的部分铝合金）可锻性远高于其他铝合金，但这些铝合金在锻造生产中应少有限，因为不能热处理强化。

（2）各种铝合金可锻性相差大。由于各种有合金中的合金元素种类和含量不同，强化相性质、数量及分布特点也不相同，从而严重影响铝合金塑性和变形抗力，故各种铝合金可锻性相差大。

（3）铝合金可锻性与各类钢可锻性相比，铝合金锻造时摩擦系数大，黏附力强，流动性差和变形抗力较大。所以其比碳钢和低合金结构钢较难锻造，但比镍基或钻基合金及钦合金又较明显的易于锻造。但是可通过改善铝合金加工条件，提高铝合金可锻性。

铝合金锻造工艺特点

加热特点

（1）锻造温度范围很窄。

由于铝合金变形抗力随温度降低而增加。增加速度比碳钢和低合金钢快；另外，模锻店度过高或较低时，铝合金锻件极易产生缺陷。所以铝合金锻造温度范围窄，尤其合金化程度高的铝合金不能在过高或较低温度下锻造。

1）合理确定锻造温度范围：确定铝合金锻造温度范围的主要依据是其塑性图和变形抗力图等。在合理锻造温度范围内对铝合金进行锻造，可获得均匀且细小的再结晶组织，保证铝锻件的物理和力学性能。

2）锻造温度范：铝合金允许锻造温度范围很窄，一般Zui大在120度以内（碳素钢锻造温度范围为500度左右)，某些高强度铝合金锻造温度范围甚至不到100度。例如7a04超硬铝温度范围380一450度，仅700度。

铝合金在高于允许锻造温度范围或保温时间过长时易产生粗晶，还易产生过烧，可  能将坯料打碎。低于允许锻造温度范围时，易使锻件产生各种缺陷，例如粗晶粒和裂纹 等，并增加变形抗力。美国和日本对铝合金采用更窄的锻造温度范围，一般小于55度， 不超过85度。例如美国6061铝合金始锻温度482度，终锻温度432度，温度范围仅45度;而曰本6061铝合金始锻温度 480度，终锻温度435度，温度范围仅45度为了减小变形抗力，终锻温度应取较高温度。所以实际采用的温度范围更窄。

另外，由于各种锻造设备打击速度各异，产生热效应不同，故锻造温度也不同，例如锤上锻造温度一般比压力机锻造温度低20-30度，对于高合金化铝合金一般不采用模锻锤锻造。

（2）加热温度精测量

由于铝合金锻造温度范围很窄，而且加热到400度左右，铝合金的颜色不变；用肉眼无法判断温度。为此铝合金加热需要采用温度计控制温度。并必须准确无误地控制。为此，加热炉炉温和坯料温度测量非常重要，必须准确测量。辐射型传感器（红外线）越来越多地用于测量毛坯的表面温度。

（3）导热性能良好，但加热保温时间长。

1）铝合金坯料可直接在高温炉内加热：尽管铝合金锻造温度范围很窄，但是铝合金导热性良好，比结构钢热导率大3-4倍，比不锈钢热导率大5-10倍，比高温合金和钛合金热导率大8-10倍，由于铝合金热导率高所以，一般任何尺寸的坯料均不需要预热，可直接在高温温炉内加热。

2）保温时间比碳钢长：由于铝合金的相组成复杂，为了保证强化相充分溶解，其加热保温时间比一般碳钢时间长，且合金化程度越高。保温时间越长。加热保温时间合理，铝合金塑性好，并可以提高铝合金锻造性能。

多数铝合金坯料保温时间按锻件直径或厚度1.5-2min/mm计算，而高强度铝合金如7a04及7075等，其加热保温时间应按2-3min/mm计算。合金元素含量高的取上限，直径或厚度较大的取上限，重复加热时的时间可以减半。挤压、  轧制坯料加热到锻造温度后是否需要保温，以在锻造时不出现裂纹为准，而对于铝铸锭则必须保温。

（4）加热没有氧化皮

铝合金加热时不产生松散的氧化皮，但产品生氧化膜。

（5）冷收缩率小(比钢)。

铝合金冷收缩率比钢小，一般取0. 6%-1.0%（钢一般取1%一1.5%）。

锻造变形特点

如前所述，铝合金锻造变形特点是外摩擦系数大，流动速度慢，黍占附力强，塑性差和变形抗力较大。例如中等强度和塑性的锻铝2a50，在锻造温度范围内的塑性比碳钢低，它需要比低碳钢大30%的变形能量；且在锻造温度下有严重的粘模倾向，它与模具表面摩擦系数是钢的3倍，其流动速度约为钢的一半。

铝合金可锻性虽然比碳钢和低合金结构钢差，但是只要铝合金坯料锻造温度合理、模具粗糙度低（模具型槽光洁）和润滑良好及模具预热佳等条件优化，可极大提高变形铝合金可锻性，模锻出形状复杂的精密模锻件。

铝合金这些工艺特点（加工条件对铝合金可锻性影响），要求在锻造工艺及模具设计时采取相应措施。

锻造过程极易 产生缺陷

（1）起皮

起皮是铝合金锻件表面产生小的薄片状起层或脱落，铝合金对于表面起皮非常敏感。这些缺陷通常在固溶处理后并经酸洗才能观察到，当用尖的工具撬开起皮后，就会发现露比的表面呈灰色、深褐色、黑色或白色，颜色与起皮的原因有关。起皮一般有四种类型：     

1）粘连起皮。由于铝合金黏附力强，在模锻时，坯料流动与模壁粘连，粘连会导致赶皮。在起皮与锻件表面之间夹着一层黑色润滑剂，这类起皮通常呈现出断断续续的形态。克服粘连起皮的有效方法就是把模具和坯料都进行润滑，并将模具表面进行抛光，使其粗糙度在ra0.8 μm以下。如果把抛光后的模具进行316-427度回火，模具表面会形成一层抗粘连的氧化层，效果更好。所以润滑不当造成锻件的表层金属与模具粘连、撕裂、因而形成起皮。为了避免粘连起皮，应选择合适的润滑剂和润滑方法，并将模具表面抛光，粗糙度ra0.8μm或更低，再将模具预热好。

2）氢气起皮。在加热或热处理过程中，吸收了过多的氢气而造成。起皮的金属呈现白色。起皮的位置没有规律。但是在断面薄的地方更容易出现  铝合金在加热时，如果严重地暴露于炉气中，促进氢气吸收，从而形成起皮。所以为了避免起皮，建议使用电炉或间接火焰炉力日热铝合金。

3）过烧起皮。因过热和过烧引起，起皮下面金属呈现灰白色。严格控制铝合金加热温度和锻造速度，避免过烧。氢气起皮和过烧起皮的锻件采用抛磨无济于事，锻件应报废。

4）熔炼起皮。铝合金在熔炼过程产生缺陷而引起起皮。当固溶处理温度过高时，由熔炼原因造成起皮就会显现出来。建议采购时，在采购合同中应提出要求。

（2）大晶粒（粗晶）

铝合金锻件在锻造过程中易产生大晶粒（粗晶），锻件晶粒粗大和不均匀是导致力学性能降低和不稳定的重要因素。这往往是铝合金锻造成败的关键因素。

1）锻件大晶粒产生因素。

①加热温度和锻造温度过高或过低，都易形成粗晶组织。加热温度和锻造温度过高时，晶粒迅速长大，锻件易形成粗晶组织。锻造温度过低时，锻件产生加工硬化，在随后的热处理过程中，局部加工硬化区域的启动动能大，首先产生再结晶，随后局部晶粒急剧长大形成粗晶。

所以，为了避免产生粗晶，锻造温度范围选择应尽量小。例如，美国和日本对铝合金采用更窄的锻造温度范围，一般小于55度，不超过85度。

②变形速度太快，容易使锻件产生粗晶和晶粒结构不均匀。变形速度太快，易使加工硬化速度大于再结晶速度，增大变形抗力，并因高应变速率产生温升而引起粗晶和增加变形不均匀性。故较低应变速率对铝合金锻造成形有利。所以铝合金宜采用液压机和机械压力机模锻。

③在临界变形程度下锻造时;易产生大晶粒：铝合金临界变形程度大多在2%一20%但是每种铝合金临界变形程度不相同，例如2a16是2%-9%，2a50是2%-20%。为避免形成粗晶组织，锻造温度下的变形程度应控制在大于临界变形程度。但是变形程度过大时，由于变形能导致锻件温升过高也会引起晶粒粗大和不均匀。

④其他因素产生大晶粒。如模具表面粗糙、变形剧烈不均匀、淬火温度高和时间长等也都会导致产生大晶粒。

2）大晶粒锻件对铝合金锻件力学性能影响。晶粒粗大和晶粒结构不均匀导致铝合金锻件力学性能降低和不稳定，对锻件疲劳强度、耐腐蚀性能和冲击韧性均有影响。所以，如飞机机轮及螺旋桨叶片产生粗晶就报废，对于结构件（如汽车控制臂）通常采用检查粗晶区的力学性能，如符合技术条件则合格，不符合技术条件则报废。

某些铝合金，特别是6061和2014，它们的晶粒很容易长大，为了更好地控制晶粒尺寸应当非常小心地对压缩量（变形程度）、锻造温度以及模具温度加以权衡。锻件终锻压缩量一般都较小，而且终锻温度也较低，在这种条件下生产的锻件在进行固溶处理时，晶粒往往会异常地长大。所以为了保证锻件具有细小均匀的晶粒组织。应控制铝合金变形温度、变形程度和变形速度。

（3）折叠和裂纹。

1）折蚕。铝合金在制坯和模锻过程中极易产生折叠，应及时清除，若没有及时清理。会迅速扩大造成锻件报废。故在生产过程中应及时检查，及时发现和及时消除或清除。由于铝合金锻造工艺特点（易粘连，流动性差），产生折叠极敏感，故工艺过程和模具设计应更严格。

折叠产生原因和钢锻件折叠产生原因相同，由金属流动紊乱产生。或锻坯在模膛定位不正确引起。所以模具设计时必须合理配置锻件各部位坯料体积，并做到锻坯在各模膛完全正确定位。另外，坯料温度、模具表面粗糙度和润滑也很重要。模具表面粗糙度ra≤0.8μm，模具预热温度合理（250-300度），润滑剂正确，并在生产过程中及时润滑，确保坯料金属流动顺畅。

例如，在铝合金进气摇臂调试过程中，在圆环外端左和右两处拐角产生折叠，  其中，一处折叠是由于模膛粗糙，甚至有刀痕产生，模膛抛光后即消失；另一处是由两股金属流动汇合产生，将预锻模封闭墙往外移动10mm，使其中一股金属外流而消失。

2）裂纹。当坯料锻造温度过低或坯料加热保温时间不足或坯料加热过烧时，在制坯时术肠易产生裂纹。另外，对于高强度铝合金一般还易在材料内部开裂、模锻飞边开裂和切边后断口撕裂。另外，对于合金化程度高的铝合金，一次行程变形程度过大时也易产生裂纹。

（4）其他缺陷对于各种形状钢锻件易产生的缺陷，例如变形、未充满、穿晶和涡流等，钻合金锻件也易产生。

锻造辅助工序多

挤压棒材在下料前，需要消除挤压棒材缺陷（粗晶环、分层和缩尾）。下料后，坯料需要预处理（去坯料两个锯切断面毛刺和裂纹、打光锯痕），光整坯料断面。由于铝合金在锻造过程中极易产生各种缺陷，所以在制坯、预锻、终锻和热处理等工序后，需要及时检查，发现缺陷需要进行清理（蚀洗和修伤）。故铝合金锻造辅助工序多。但是，控制好工艺参数可以减少清理工序。

工艺参数对铝合金赌案件质量敏感度

（1）综述工艺参数对铝合金锻造质量的影响。

，工艺参数（变形温度、变形程度和变形速度）对铝合金锻造质量产生很大影响。变形温度过高或过低均能产生粗晶粒。临界变形程度内变形、变形程度过高或过低均能产生粗晶和组织不均匀。变形速度过快增大变形抗力和产生起皮、折叠及晶粒结构不均匀或开裂等缺陷。故在锻造时，应该对各工艺参数严格控制。

（2）严格控制铝合金锻造工艺参数。

为了避免产生各种缺陷，应该对各工艺参数严格控制。例如某些铝合金，特别是6061和2014，晶粒很容易长大，为了更好地控制晶粒尺寸，应当非常小心地控制坯料锻造温度和变形程度、模具工作温度。若模锻变形量小和变形温度低。在进行固溶处理时，晶粒会异常长大。

例如，7075超硬铝合金是锻造铝合金材料中工艺难度Zui大的材料种类，合金化程度高属高强度低塑性铝合金。可锻温度范围狭窄，其塑性温度区间约60度（380-440度）。工艺塑性对材料的变形速度也非常敏感。7075超硬铝合金易出现材料内部开裂、模锻飞边开裂和切边后的断口撕裂（应采用热切边，但是6000系铝合金锻件应采用冷切边）。

 

 

——选自《锻造与加工》