鋁合金材料的應用及其加工成形技術

張紅芳，楊明琴，王澤曉

（山西銀光華盛鎂業股份有限公司，山西 運城 043800）

鋁合金是現在國內工業生產中大范圍生產并大范圍的投入到使用中去的一種材料，其擁有許多材料所不能擁有的良好性質，例如，鋁合金的密度低但是強度卻很高，相比于同類型的鋼材而言，鋁合金材料將以同體積更小的質量以及更大的安全性能、抗壓性能為各種工程施工、高科技產品提供良好的物理支持。部分鋁合金還可以在熱處理的作用下實現更大硬度的體現。由于是鋁合金，必然會加入一些其他元素來彌補鋁材料的不組之處，通常我們加入的元素有銅、鎂、鋅、硅等元素，這類元素較為普遍，易于得到，且在鋁合金中占有的百分比也十分的小，相比于其它合金而言，具有更強的經濟效益。

無論是從宏觀來看還是微觀來看，鋁合金材料都在不同方面出現了不良的性質，這將導致利用鋁合金材料生產出來的東西始終不能夠站上國際前沿，也始終不能完美契合環保的標準，在使用和銷售的過程中也往往會受到這些不利于應用的性質影響。例如易變性這一性質：鋁合金確實是有著超高的硬度以及超高的抗壓能力，但是由于鋁合金在生產出來后，合金內部的各類原子依舊不斷地在進行著碰撞，發生著劇烈的反應，當反應達到了一定的限度，一旦合金外表受到外界的一些創傷，就會導致合金整體受到破壞，也就是變形。這不僅會影響設備的使用，也不利于再次回收利用。在幾十年的發展歷程中，鋁合金的類型也多種多樣，不同牌號的以及不同類型的鋁合金材料分別根據其特有的性質被使用在了不同的方面，例如1050通常被使用在食品、化學以及在釀造工業中需要使用到的擠壓盤管、各類軟管方面；再例如3004通常被用在易拉罐罐身的制作上，相比于用來制作廚具、運輸工具或是加工管道的3003而言，3004具有更高的強度，能夠被用來做一些需要高抗壓能力的零部件或是特殊化學產品的運輸以及儲存，在各大建筑行業也有廣泛的使用。

1 鋁合金在各行各業中的應用

（1）鋁合金在航天領域中的應用。鋁合金在航天領域的應用十分的廣泛。例如：2014號由于其高強度的抗壓和抗高溫，所以在航天航空材料的制作上一般被使用于制作火箭的第一級燃料槽以及部分火箭的零部件；2048和2124都被用來制作航天器的結構部件；2218則用來使用在飛機的發動機以及柴油發動機活塞這部分；2219由于其能夠承受的外部溫度跨度性很廣，在零下270°～300°這個范圍，擁有十分良好的焊接性，在T8狀態還呈現出了十分優良的抗應力腐蝕開裂能力，所以在航天航空中通常被利用作為火箭中放置氧化劑的槽口中，在超音速飛機的結構制作中承擔了蒙皮材料和部分零部件的使用；5052號鋁合金材料不僅具有良好的可塑性，同時還具備一定的加工性能，能夠方便后期的處理、加工，改變其原有的性能，并且還具有良好的抗腐蝕性以及一定的靜態強度，在航天航空中通常被用來制造飛機的油箱，運輸燃油的管道等；7072具有較強的可塑性，能夠被壓縮成為極薄的鋁箔，通常與其他牌號的鋁合金共同使用，包裹在其外面有助于加強其他鋁合金材料的各項性能。

（2）鋁合金在汽車產業中的應用。將鋁合金應用在汽車產業中最主要的是降低了汽車的質量并在其他方面提供了有效的改善、支持和增強。在汽車的制造上使用了新的材料、新的技術，從源頭上進行了環保處理[1]。有相關研究表明，當汽車本身的質量降低一百千克，就能夠使汽車每行駛一千米的燃油量下降零點七升，但從數據來看似乎沒有大的改變，但是從宏觀來看，在一年內能夠相較于以前產生較好的減污效果。所以如何減少汽車本身的質量也成為了現在汽車材料研究的熱點內容。減少汽車自身重量的方式有三種，第一種是將汽車的形狀變小，發行小排量的汽車，這對于部分人群而言有一定的使用價值，但對于有特殊汽車外形要求，特殊汽車性能要求的人群而言，這樣的汽車遠遠達不到標準，也就不能做到大范圍的普及；第二種是從汽車的結構上進行優化，通過重新設計個方面的結構造型以及更換部分零部件來達到減少汽車自身重量的效果；第三種是采用更輕的金屬材料，也就是鋁合金來進行汽車的生產。

相比于以往的汽車制造材料，鋁合金材料同樣呈現出了質量小、強度大、抗壓能力強、抗沖擊能力強、回收率高等優秀的性質，甚至有專家聲稱，未來的鋁合金材料有可能擁有比塑料還要小的質量。雖然以目前國內的技術來看，我們并不能將所有的鋼材、鐵材更換成為鋁合金，但是由于鋁合金的質量只占鋼鐵的三分之一，當我們極大限度的使用鋁合金后，汽車的總質量也會下降一半。而且鋁合金由于有鋁元素的優質性能，同樣能夠在金屬外表皮形成一層極不活潑的致密氧化層，所以鋁合金是永遠不會生銹的，這不僅提高了汽車的使用年限和安全性能同時也提升了汽車的美觀程度，具有較好的可行性。具體優勢還體現在：將鋁合金應用在汽車的變速器外殼以及汽油泵、化油器等汽車結構中，能夠實現減重、高強度并且耐腐蝕的性質；使用在發動機活塞以及氣缸賽中能夠在原有的基礎上增添較好的散熱性能，減少了因為散熱原因而導致的汽車溫度過高而產生故障的情況；利用在車圈上同樣是具有減重、優良散熱性質以及良好外觀的優點。以現在國內的技術，鋁合金應用于汽車制造上出現的不良因素也很多：鋁合金雖然具有良好的抗壓能力，但由于金屬內部反應劇烈，容易在表面出現細小的裂紋，且不易被肉眼察覺，一旦這些裂紋數達到了一定的標準，則會發生變形；在鍛造的過程中若是技術沒有達到，極容易出現沙眼；材料本身的價格以及加工費用都較高，制造出來的汽車呈現較高的價格，對于中國而言大部分人還是消費不起這樣的汽車，且若是由鋁合金為主要制造材料的汽車得不到普及，其修理點也會十分的稀少，進一步加大了購買汽車的成本。

2 如何進一步控制鋁合金的加工變形

控制鋁合金的加工變形的方法、技術有許多種，現目前國內常用的主要有三種，它們分別是：高速切削技術、電流變技術、激光加工技術。

①高速切削技術。一般而言，在常規的切削速度范圍內，溫度會隨著切削速度的增加而升高，當達到了一個閾值后則會在這個極限值后溫度隨著切削速度的增加而逐漸減小，具體的閾值以及溫度變化將根據物質的性質而定。利用高速切削技術試將切削的速度從常規速度變為了常規速度的五至十倍，以每分鐘一千五百米到五千米的速度進行切割能夠有效地改善在鋁合金零件在進行加工過程中呈現切削熱和夾緊力的問題。②電流變技術。電流變技術也被稱為ER技術，實現目前國內較為流行的一種新興技術。理論上來講，電流變技術是利用了一些特殊的、具有特殊性質的液體通過電鏟的作用實現電流變效應的，工作人員有效的利用這種效應并配合電場的作用和液體的粘度，即可使液體在某一特定的范圍中擁有固體的部分屬性，也就具備了一定的抗剪切性能。這個過程十分的容易控制，能夠準確地對鋁材料零部件實現定位以及安裝，呈現了較高的精準度，同時減少了鋁材料在進行切割過程中變形的可能性。

3 結語

鋁合金具有著許多其它合金材料所不能達到的優質性能，在人們的日常生活中、科學技術發展中都做出了很大的貢獻，但是目前由于國內合金材料研究、生產技術還有所欠缺，還需要我們不斷地深入研究，為國內鋁合金材料的發展做出貢獻。