洪久精密鍛造

一、鋁合金鍛造

（一）鋁坯料的準備和加熱

1，坯料準備

        鍛于鍛造的鋁合金坯料有鑄錠、軋坯和擠坯。鑄錠常用于制造各向異性較小的自由鍛件和模鍛件。對于大型模鍛件的坯料，當擠壓棒尺寸不夠時，大多數也使用鍛造后的鑄錠作為坯料。鍛造前，應加工鑄錠表面，使其表面粗糙度小于12.5μm，并均勻退火，以改善塑性。

        鋁合金軋制毛坯，具有纖維宏觀組織。常用于軋制厚度小于l00mm的鋼坯和鋼坯，用于制造壁板鍛件和大量生產的小型薄鍛件。軋制毛坯具有較好的表面質量、較均勻的組織和機械性能。因此，在用鋼坯作為鋼坯制作大型重要的鍛件和模具鍛件時，首先選擇軋鋼棒，然后選擇擠壓棒，最后選擇鍛鋼棒。選擇軋制毛坯的問題是，高厚的軋鋼板坯很難進行下料，在下料過程中金屬損失很大。

        由于鋁合金的擠壓坯料具有較大的生產靈活性，目前大多數鋁合金鍛件采用擠壓坯料作為鍛造坯料，擠壓棒特別適合用作長軸鍛造零件的坯料。然而，模鍛前必須清除這些表皮缺陷，因為擠壓坯料的各個方向都有很大的異性，而且表皮上有厚厚的晶圓、層、表皮氣泡等缺陷。

        用鋸床、車床或銑床下料，較少使用剪床下料，個別情況下，采用鋼坯加熱后錘上切割的方法。

2，鍛前加熱

        由于鋁合金鍛造溫度范疇較窄，鋁合金毛坯加熱應選用能夠確保達到規定溫度范疇易于自動控制的箱式電阻爐，爐內空氣強制循環，應用帶隔熱保溫屏的加溫元器件。現階段，國內鋁合金毛坯多用鐵鉻鋁絲電阻爐加熱，爐具有自動控制儀表溫度在±10℃范圍之內。為了測量溫度，在加熱區距毛坯100-160mm之間安裝熱電偶，基本上合乎要求。當沒有電爐時，能夠應用燃氣灶和油爐，但不容許火焰直接接觸坯料，以防過燃燒。燃料的硫含量要低，以防高溫下的硫滲入晶界。

        安裝爐前，應清除油垢和其他污垢。爐內不得與鋼坯混合，以免鋁屑和氧化鐵屑混合，容易爆炸。安裝爐膛時，毛坯不得與加熱部件接觸，以免短路和損壞加熱部件。爐內的毛坯應放置在距離爐門250-300mm之間，以確保加熱均勻。鋼板應放置在毛坯和電阻絲之間，以防止毛坯在加熱過程中過度燃燒。

        鋁合金具有良好的導熱性能。任何厚度的坯料都不需要預熱。它們可以直接在高溫爐中加熱。它們需要將毛坯加熱到鍛造溫度的上限。為了確保強化階段的完全溶解，加熱時間通常比鋼坯長。根據每1mm的直徑（或厚度），大約需要1.5min。對于擠壓坯料或軋制坯料，在加熱到開口和鍛造溫度后，是否需要保溫取決于鍛造和模具鍛造時沒有裂縫，鑄錠必須保溫。

        鋁合金的鍛造溫度范圍較窄，一般在150℃以內，有的高強鋁合金的鍛造溫度范圍甚至在100℃以內。錘式上鍛溫度一般比壓機上鍛溫低20-30℃。為減少鍛造溫度的變化，需預熱鋁合金鍛模。

①括號內為舊牌號。

        國外技術數據顯示，鋁合金的鍛造溫度范圍較窄。例如，在美國最常用的15種鋁合金，其鍛造溫度范圍一般小于55℃，最高溫度不超過90℃。與國內鍛造溫度相比，初始鍛造溫度降低，最終鍛造溫度增加。在較窄的溫度范圍內進行鍛造，合金無疑具有良好的可塑性、較小的變形阻力，獲得的再結晶組織均勻小。

（二）鍛造工藝

1，變形速度和變形程度

        變形速度對大多數鋁合金的可塑性影響不大，但當個別高合金鋁合金處于高速形狀時，可塑性顯著降低。此外，當從低變形速度過渡到高變形速度時，隨著合金的合金化程度的不同，變形阻力增加約0.5-2.0倍。因此，鋁合金鍛造可以在較低的變形速度或較高的變形速度下進行。然而，為了增加允許的變形程度，提高生產效率，減少變形阻力，提高合金填充模腔的流動性，鋁合金鍛造采用壓力機和模鍛比錘鍛造更好。特別是對于大型鋁合金鍛件和模具鍛件。

        鋁合金在高速鐵錘上鍛壓時，因為形變速度大，內部摩擦力大，熱效應也大，使合金在鍛壓過程中的溫度升高（約100℃）更加明顯。因此，應調整鋁合金的初始鍛造溫度，鍛造前毛坯的加熱溫度應采用原規定的初始鍛造溫度下限。此外，由于鋁合金的外部摩擦系數大，流動性差，如果變形速度過快，很容易產生脫皮、折疊和結晶組織不均勻等缺陷，低塑性高強度鋁合金也容易導致鍛件開裂。因此，這種鋁合金最適合在低速壓力機上鍛造。

        通過選擇合理的變形程度，可以確保合金在鍛造過程中不會開裂，并且可以均勻地變形，從而獲得良好的組織和性能。為了確保鋁合金在鍛造過程中不會開裂，應根據合金的塑性圖確定所選鍛造設備每次打擊或壓縮時允許的最大變形程度。

        鋁合金鍛件最易于產生粗大晶粒，除了臨界變形原因外，模具表面粗糙、變形劇烈不均勻、終鍛溫度低、淬火溫度高和時間長等，都會導致產生粗大晶粒。為避免形成粗晶，終鍛溫度下的變形程度應適當控制。

2，鍛件、鍛模設計和工藝操作的特點

        對于鋁合金鍛件，在選擇分模表面時，除了與鋼制鍛件在選擇分模表面時考慮的因素外，還應考慮均勻變形。如果不合理地選擇分模表面，很容易擾亂鍛件的流線，去除粗糙邊緣后，流線末端暴露，鋁合金鍛件更容易在分模表面產生磨損、肋裂縫等缺陷，從而降低其疲勞強度和抗應力腐蝕能力。

        在鍛造過程中，鋁合金的表面氧化、污染和金相組織變化不明顯，因此機械加工余量應小于鋼材、高溫合金。鋁合金的附著力很大。為了便于在實際生產中提取材料，通常使用7°模鍛斜度。1°-5°斜角也可用于有頂出裝置的情況。

        設計圓角半徑對于鋁合金鍛件尤為重要。小角半徑不僅使金屬流動困難，纖維斷裂，而且使鍛件折疊、裂縫，降低鍛造壽命。因此，在可能的情況下，應盡可能增加圓角半徑。鋁合金鍛件的圓角半徑一般大于鋼鍛件的圓角半徑。為防止鋁合金鍛件在切割邊緣后在分模線上出現裂紋，其鍛造模具的槽橋高度和圓角半徑比鋼鍛件鍛造模具大30%。

        鋁合金不適合滾動和拉長模具。因為在軋制和拔出坯料的過程中，很容易在坯料內部產生裂縫。一般來說，單個模具膛鍛造模具更常用。特別是對于形狀復雜的鍛件，應使用多組模具和多次模具鍛造，使簡單形狀的坯料逐漸過渡到形狀復雜的鍛件，使金屬容易流動均勻，易于填充，保持流線連續。

        磨痕的方向最好沿著金屬流動方向，模具工作表面粗糙度達到1.6μm以上，因為鋁合金的粘結力大，流動性差，需要對模具工作表面進行仔細的拋光。模具必須在工作中前預熱，預熱溫度為250-400℃，以減少模具工作表面的熱應力，有利于金屬流動和填充模膛，保證最終鍛造溫度。

        在模鍛過程中，首先應輕輕擊幾下，打破表面粗晶環，改善金屬的塑性，然后逐漸重擊，因為鋁合金棒表面有粗晶環，塑性差，鍛造時容易出現裂紋，充滿模膛的金屬。

（三）模鍛時的潤滑

        模具潤滑成為鋁合金鍛造過程質量的關鍵因素之一，無論是潤滑操作系統還是潤滑劑，都是模具潤滑研發的關鍵項目，可以改善金屬流動，避免粘模，減少鍛件表面缺陷，還可以使模具鍛造過程中的壓力減少9%~15%。根據鐓粗試驗，鋁合金不使用潤滑劑時摩擦系數為0.48，使用各種潤滑劑時摩擦系數在0.06-0.24之間，摩擦系數隨著壓力的增加而增加。

        將鋁坯浸入到質量分值為10%的NaOH水溶液中，在其表層產生松散的化學氧化涂層，能具有潤滑劑的功效。通常情況下，鋁合金鍛件潤滑劑的關鍵成份是石墨，還可以在膠體懸浮液中加上一些有機化合物或無機化合物，以得到較好的功效。潤滑劑的載體能夠是礦物油或水等。例如，石墨+機油（比例1.5:1）在500-600℃時能夠應用。但需注意的是，含有石墨的潤滑劑針對模鍛鋁合金有比較嚴重的缺點，其殘渣不容易清除；石墨顆粒嵌在鍛件表層很有可能會造成污漬、麻坑和銹蝕。因而，鍛后必須開展表層清理。

        在使用潤滑劑時，可以通過噴霧方式向模具上噴涂潤滑劑。在國外一些自動化程度高的大型鋁鍛件的鍛造過程中，已經實現了單坐標或多坐標機器人的自動噴涂潤滑。在全自動條件下，現代潤滑操作系統可以提供非常準確的潤滑圖形或消耗，從而獲得優化和一致的潤滑條件。

（四）鍛件的熱處理和清理

1，鍛件的熱處理

        鋁合金鍛造的退火工藝流程，一般用以中間幾道壓力加工工藝流程中間退火，或是對供貨狀態鍛造的退火。退火的目地是以便清除鍛造遺留下來的加工硬化和內應力，提升合金的塑性，以便于開展形變水平較高的工藝壓力加工或是便于機械加工。鋁合金鍛造主要用以高溫退火(也稱再晶退火，見表1.5.3和徹底退火。現階段逐漸應用迅速退火新工藝流程替代傳統式高溫退火加工工藝流程。針對必須熱處理加固的鋁合金鍛造具備低強度、高塑性、迅速退火又達不上的規定，應采用徹底退火加工工藝。

注：括號內的牌號為舊牌號。

2，鍛件的清理與修傷

        在鋁合金鍛造過程中，鋁和鋁合金鍛造的清潔和損傷起著重要的作用。由于鋁和鋁合金硬度低，流動性差，與模具的附著力大，鍛件容易產生折疊、裂紋、剝落等缺陷。如果這些缺陷沒有及時清除，鍛件將繼續發展，如果再次鍛造，鍛件將被廢棄。

        鍛件的清洗過程如下模鍛后，在帶鋸或邊緣切割模上去除毛邊，切割后的鍛件掛入酸洗槽進行清洗。清洗后，檢查鍛件的缺陷，用銑刀、風鏟和其他工具修復鍛件上暴露的缺陷。損壞部位應與周圍部位平滑過渡，以避免再次折疊。

        除了超硬鋁外，鋁合金鍛件還在冷態下用切割模具切割邊緣。對于大型模具鍛造部件，通常用帶鋸切割粗糙邊緣。用沖洗或機械加工去除鍛件的連接皮革。需要注意的是，對于合金化程度高的鋁合金，模具鍛造后不能長時間切割和去除粗糙邊緣。由于時效性，強化階段可能會沉淀。此時，切割處會撕裂。鋁合金鍛件通常在空氣中冷卻，但也可以在水中冷卻，以便及時切除粗糙邊緣。