變形鋁合金生產(chǎn)流程概述一、生產(chǎn)流程概述二、熔煉鑄造三、擠壓加工四、鍛壓加工目錄一、生產(chǎn)流程概述鋁土礦拜耳法燒結(jié)法聯(lián)合法氧化鋁Hall-Héroult煉鋁法電解鋁最終產(chǎn)品熱處理機(jī)加工變形材料擠壓軋制鍛造鑄錠鋁土礦鋁土礦我國(guó)主要是一水硬鋁型礦，鋁硅比在4-6，較低。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁要求A/S比高于10，故需經(jīng)選礦脫硅。氧化鋁通過(guò)冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁，又稱(chēng)Hall-Héroult法。工業(yè)唯一煉鋁方法。電解鋁鋁液包船形錠拜耳法生產(chǎn)電解法生產(chǎn)氧化鋁生產(chǎn)方法氧化鋁的生產(chǎn)方法分堿法，酸法，酸堿聯(lián)合法和熱法。目前用于工業(yè)生產(chǎn)的幾乎都是堿法。堿法生產(chǎn)氧化鋁又分為拜耳法，燒結(jié)法和聯(lián)合法等多種流程。拜耳法的原理用NaOH溶液溶出鋁土礦得到鋁酸鈉溶液，在添加晶種、不斷攪拌和逐步降溫的條件下，溶液中的氧化鋁以Al(OH)3析出；分解得到的母液（主要含NaOH）經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下可用來(lái)溶出新的一批鋁土礦。?拜耳法流程圖鋁土礦我國(guó)主要是一水硬鋁型礦，鋁硅比在4-6，較低。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁要求A/S比高于10，故需經(jīng)選礦脫硅。氧化鋁通過(guò)冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁，又稱(chēng)Hall-Héroult法。工業(yè)唯一煉鋁方法。電解鋁鋁液包船形錠拜耳法生產(chǎn)電解法生產(chǎn)Hall-Héroult煉鋁法原料：Al2O3，炭素陽(yáng)極，冰晶石Na3AlF6和氟化鹽（NaF，AlF3，CaF2和LiF）。熔融冰晶石作為溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)溶解在其中，以炭素材料作為陰、陽(yáng)兩極。通入強(qiáng)大的直流后，在兩極間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，陰極上的產(chǎn)物為鋁液，陽(yáng)極上的產(chǎn)物是CO2等氣體?？偡磻?yīng)式為：Al2O3+1.5C→2Al+1.5CO2Hall-Héroult煉鋁法示意圖電解鋁重熔錠二、熔煉鑄造熔煉鑄造是鋁加工產(chǎn)品中第一道工序，也是最重要的工序。據(jù)調(diào)查，鋁合金制品的缺陷近60%是起源于熔煉鑄造工序。鑄造過(guò)程中鑄錠產(chǎn)生的組織缺陷，會(huì)遺傳到后續(xù)加工中，且難以消除。熔煉爐爐內(nèi)精煉系統(tǒng)鑄造機(jī)組CFF起鑄爐保溫爐熔煉爐保溫爐電磁攪拌器流槽在線(xiàn)除氣系統(tǒng)板式過(guò)濾器管式過(guò)濾器21爐內(nèi)精煉系統(tǒng)“2+2+1”布局2加料熔化精煉、扒渣靜置在線(xiàn)除氣、過(guò)濾鑄造熔鑄工藝流程合金成分設(shè)計(jì)配料熔煉精煉、扒渣取樣分析調(diào)整成分轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)精煉、靜置在線(xiàn)處理晶粒細(xì)化鑄造鑄錠吊裝鋁合金熔煉時(shí)的爐內(nèi)氣氛氧(O2)0～5.8%氫(H2)0～0.2%水蒸氣(H2O)7.5～16.4%二氧化碳(CO2)8.7～12.8%一氧化碳(CO)0～7.2%氮(N2)二氧化硫(SO2)碳?xì)浠衔?CH4)鋁合金熔體吸附的氣體H2CH4H20N2CO2CO2CO92.22.91.43.10.4氫是熔體中最易溶解的氣體之一。物理吸附→化學(xué)吸附→擴(kuò)散(H2)→2H→2[H]的方式以離子狀態(tài)存在于晶體點(diǎn)陣的間隙內(nèi)。溫度越高，氫分子離解速度越快，熔體含氫越高。在鑄造時(shí)由于冷卻速度快，來(lái)不及[H]→H2，而存于鑄錠之中，形成疏松和氣孔。爐內(nèi)精煉系統(tǒng)在線(xiàn)除氣系統(tǒng)除氣原理氬氣泡氯氣泡氫氣泡Ar+Cl定子鋁合金熔體夾渣及影響降低合金機(jī)械性能，特別是疲勞性能、沖擊韌性及延伸率。降低溶體流動(dòng)性，惡化鑄造性能。惡化切消加工性能，使鑄件中加工過(guò)程中易開(kāi)裂。造成合金燒損。液態(tài)鋁與O2

，N2，S，C等元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的化合物及混入的其它夾雜物統(tǒng)稱(chēng)為非金屬夾雜物及氧化膜。其中氧化膜（Al2O3）對(duì)金屬污染為最大。

氧化夾雜物來(lái)自鋁液和氧及水汽的反應(yīng)：

4Al+3O2=2Al2O33H2O+2Al=Al2O3+6[H]板式過(guò)濾深床過(guò)濾管式過(guò)濾過(guò)濾箱體加熱器過(guò)濾的溶體進(jìn)口出口陶瓷過(guò)濾管管式過(guò)濾深床過(guò)濾板式過(guò)濾除氣效果低良低除渣效果優(yōu)優(yōu)中操作復(fù)雜性中難易可去除雜質(zhì)直徑≥20μ(5~20μ)≥20μ≥20~30μ去除率（與配置相關(guān)）95%(95%)≥90%75~90%三種過(guò)濾方式的比較鋁合金的鑄造半連續(xù)鑄造（DC鑄造）：熔體金屬連續(xù)地通過(guò)結(jié)晶器，迅速凝固，錠坯被連續(xù)拉出的生產(chǎn)工藝。工程上把這種鑄錠方式簡(jiǎn)稱(chēng)DC（

Direct-Chilling）法，即直接水冷鑄錠法。鑄造機(jī)系統(tǒng)鑄錠結(jié)晶示意圖鑄錠凝固過(guò)程及凝固區(qū)結(jié)構(gòu)懸浮晶區(qū)結(jié)晶前沿補(bǔ)縮邊界晶體彼此是沒(méi)有聯(lián)系的，它處于懸浮狀態(tài)，且能在重力或流體動(dòng)力作用下相對(duì)于鑄錠的固定部分移動(dòng)，此稱(chēng)懸浮晶區(qū)。晶體不斷長(zhǎng)大，彼此交叉開(kāi)始連成一片，單個(gè)晶體已失去移動(dòng)的自由，在宏觀上形成了一層固相和液相間的連續(xù)分界面。從液體還能在骨架間流動(dòng)，到分割成孤立小熔池，收縮時(shí)得不到液體補(bǔ)充。凝固方向鑄錠晶粒形貌細(xì)等軸晶區(qū)柱狀晶區(qū)中心柱狀晶區(qū)：冷卻受限，細(xì)晶在冷卻方向擇優(yōu)長(zhǎng)大過(guò)冷太快，很多晶核，形成細(xì)等軸晶凝亮變厚，熱阻增大，溫度梯度下降，并形成大量晶核。三、擠壓加工金屬擠壓的基本原理示意圖1-擠壓軸；2-擠壓墊片；3擠壓筒4-錠坯；5-擠壓模；6-擠壓制品擠壓成形的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)金屬的變形能力強(qiáng)制品綜合質(zhì)量高產(chǎn)品范圍廣生產(chǎn)靈活性大、工藝流程簡(jiǎn)單缺點(diǎn)組織不均勻生產(chǎn)效率低工模具、廢料損失大常用擠壓方法擠壓工藝流程擠壓生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖主要生產(chǎn)設(shè)備擠壓產(chǎn)品分類(lèi)擠壓產(chǎn)品線(xiàn)材空心型材實(shí)心型材圓棒方棒扁棒六角棒按形狀分實(shí)心型材空心型材型材實(shí)心型材圓棒方棒圓棒扁棒方棒圓棒六角棒扁棒方棒圓棒圓管、方管、橢圓管、六角形管等有縫管、無(wú)縫管、冷軋管、冷拉管等圓棒方棒圓棒扁棒方棒圓棒六角棒扁棒（排材）方棒棒材圓棒按形狀分按用途分管材按生產(chǎn)方法分按形狀分按壁厚分導(dǎo)管、冷凝管、容器管等厚壁管、薄壁管地板型材頂板型材枕梁型材邊梁型材側(cè)墻型材四、鍛壓加工鍛壓是鍛造與沖壓的簡(jiǎn)稱(chēng)。鍛造是采用錠材、棒材在設(shè)備及工模具作用下，使坯料產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸和質(zhì)量工件的加工過(guò)程。一般采用熱加工，以得到高強(qiáng)度質(zhì)量的零件，如渦輪葉片、飛機(jī)起落架。沖壓是在常溫下把板材加工成零件/沖壓件的過(guò)程。如飛機(jī)蒙皮、電子儀表、電子接插件、電路板等。液壓機(jī)鍛造特性可以獲得較大能量來(lái)完成變形，特別適于難變形模鍛的薄壁高筋整體壁板。最大載荷可受限制，從而保護(hù)模具。工作速度較慢，適合鋁合金的變形要求，鍛件組織也比較均勻。可以進(jìn)行等溫模鍛和等溫超塑模鍛。鍛成的最小截面厚度受限制。液壓機(jī)鍛造方法自由鍛一般是在沒(méi)有模腔的兩個(gè)平?；蛐湍Ｖg進(jìn)行。它使用的工具形狀簡(jiǎn)單、成本低。對(duì)于大型鋁鍛件，自由鍛主要作為制坯工序。開(kāi)式模鍛坯料是在兩塊刻有模腔的模塊間變形，鍛件被限制在模腔內(nèi)部，多余的金屬?gòu)膬蓧K模具之間的窄縫中流出，在鍛件四周形成毛邊。開(kāi)式模鍛1-上模；2-毛邊橋部；3-毛邊；4-下模閉式模鍛模鍛過(guò)程中，沒(méi)有與模具運(yùn)動(dòng)方向垂直的橫向毛邊形成。閉式鍛模的模腔一部分用來(lái)給毛坯成形，另一部分則用來(lái)導(dǎo)向。擠壓模鍛利用擠壓法模鍛，有正擠模鍛和反擠模鍛兩種。擠壓模鍛可以制造各種空心和實(shí)心制件。可以獲得幾何尺寸精度高，內(nèi)部組織更致密的鍛件。多向模鍛多向模鍛液壓機(jī)有垂直沖孔柱塞1，兩個(gè)水平柱塞3，它的頂出器也可以用來(lái)沖孔。多向模鍛時(shí)，滑塊從垂直和水平兩個(gè)方向交替聯(lián)合地作用到工件上，并且用一個(gè)或多個(gè)穿孔沖頭使金屬?gòu)哪Ｇ恢行南蛲饬鲃?dòng)。多向模鍛液壓機(jī)示意圖1-垂直沖孔柱塞；2-主橫梁；3-水平柱塞；4-頂出器下沖孔柱塞分部模鍛分段模段、墊板模鍛等分部模鍛法。其特點(diǎn)是對(duì)鍛件逐段加工，所需設(shè)備噸位可以小得多。采用這種方法可以在中型液壓機(jī)上加工出特大的鍛件。等溫模鍛把模具加熱到毛坯的鍛造溫度，并且在整個(gè)模鍛過(guò)程中模具和毛坯溫度保持一致，這樣便可以在很小變形力的作用下獲得巨大的變形量。鍛造工藝流程備料（分鑄錠、擠壓料）坯料/模具加熱鍛造開(kāi)坯（自由鍛件經(jīng)1～2火鍛造后可為產(chǎn)品）蝕洗修傷檢查中間坯料加熱預(yù)成型（經(jīng)1～2火模壓）切邊蝕洗修傷檢查中間坯料加熱終壓（有的鍛件須經(jīng)2～3火）切邊蝕洗修傷檢查固溶處理矯直/冷變形時(shí)效取樣超聲波探傷驗(yàn)收交貨包裝入庫(kù)鍛壓生產(chǎn)的主要工藝參數(shù)熱力學(xué)參數(shù)包括：變形溫度、變形速率、變形程度和應(yīng)力狀態(tài)等。選擇合金鍛造熱力學(xué)參數(shù)的主要依據(jù)是相圖、塑性圖、變形抗力圖和加工再結(jié)晶圖。鍛造溫度范圍為了使合金在鍛造時(shí)盡可能具有單相狀態(tài)，以便提高工藝塑性和減小變形抗力，首先必須根據(jù)合金相圖適當(dāng)選擇鍛造溫度范圍。必須通過(guò)各種合金的塑性圖、變形抗力圖和加工再結(jié)晶圖加以準(zhǔn)確化。變形速率ε=V/H0，在工具運(yùn)動(dòng)速度一定時(shí)，毛坯高度愈小，變形速率愈大；毛坯尺寸相同，工具運(yùn)動(dòng)速度愈大，變形速率就愈大。一部分合金化程度高的鋁合金，隨著從靜載變形改為動(dòng)載變形，工藝塑性會(huì)下降。這是由于其再結(jié)晶速度小，在動(dòng)載變形時(shí)，加工硬化顯著增大所致。變形程度設(shè)備每一工作行程的變形程度一方面取決于鍛件的形狀，另一方面則取決于合金的工藝塑性。另外，還應(yīng)避開(kāi)臨界變形程度?？傋冃纬潭炔粌H決定了鍛件的力學(xué)陛能，而且決定了鍛件的縱向和橫向力學(xué)性能差異大小，即各向異性大小。變形組織特點(diǎn)彈性變形在外力作用下，材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，迫使原子離開(kāi)平衡位置，使金屬發(fā)生變形，并引起原子位能的增高。但原子有返回低位能的傾向。當(dāng)外力停止作用后，應(yīng)力消失，變形也隨之