這種鋁合金可鍛性相差大

由以上分析可知，常用變形鋁合金在鍛造溫度下，可鍛性（與碳鋼和低合金鋼比）差，但是改善鋁合金的加工條件后，可以提高鋁合金可鍛性。

（1）各種鋁合金可鍛性比較。其中7xxx鋁鋅合金系和部分5xxx鋁鎂合金系可鍛性最差；6xxx鋁鎂硅合金系可鍛性好；而2 xxx鋁銅合金系和4xxx鋁硅合金系可鍛性介于兩者之間。另外，圖內沒有標注的1xxx純鋁和不可熱處理鋁合金（如3xxx買和5xxx系的部分鋁合金）可鍛性遠高于其他鋁合金，但這些鋁合金在鍛造生產中應少有限，因為不能熱處理強化。

（2）各種鋁合金可鍛性相差大。由于各種有合金中的合金元素種類和含量不同，強化相性質、數量及分布特點也不相同，從而嚴重影響鋁合金塑性和變形抗力，故各種鋁合金可鍛性相差大。

（3）鋁合金可鍛性與各類鋼可鍛性相比，鋁合金鍛造時摩擦系數大，黏附力強，流動性差和變形抗力較大。所以其比碳鋼和低合金結構鋼較難鍛造，但比鎳基或鉆基合金及欽合金又較明顯的易于鍛造。但是可通過改善鋁合金加工條件，提高鋁合金可鍛性。

鋁合金鍛造工藝特點

加熱特點

（1）鍛造溫度范圍很窄。

由于鋁合金變形抗力隨溫度降低而增加。增加速度比碳鋼和低合金鋼快；另外，模鍛店度過高或較低時，鋁合金鍛件極易產生缺陷。所以鋁合金鍛造溫度范圍窄，尤其合金化程度高的鋁合金不能在過高或較低溫度下鍛造。

1）合理確定鍛造溫度范圍：確定鋁合金鍛造溫度范圍的主要依據是其塑性圖和變形抗力圖等。在合理鍛造溫度范圍內對鋁合金進行鍛造，可獲得均勻且細小的再結晶組織，保證鋁鍛件的物理和力學性能。

2）鍛造溫度范：鋁合金允許鍛造溫度范圍很窄，一般最大在120度以內（碳素鋼鍛造溫度范圍為500度左右)，某些高強度鋁合金鍛造溫度范圍甚至不到100度。例如7A04超硬鋁溫度范圍380一450度，僅700度。

鋁合金在高于允許鍛造溫度范圍或保溫時間過長時易產生粗晶，還易產生過燒，可  能將坯料打碎。低于允許鍛造溫度范圍時，易使鍛件產生各種缺陷，例如粗晶粒和裂紋 等，并增加變形抗力。美國和日本對鋁合金采用更窄的鍛造溫度范圍，一般小于55度， 不超過85度。例如美國6061鋁合金始鍛溫度482度，終鍛溫度432度，溫度范圍僅45度;而曰本6061鋁合金始鍛溫度 480度，終鍛溫度435度，溫度范圍僅45度為了減小變形抗力，終鍛溫度應取較高溫度。所以實際采用的溫度范圍更窄。

另外，由于各種鍛造設備打擊速度各異，產生熱效應不同，故鍛造溫度也不同，例如錘上鍛造溫度一般比壓力機鍛造溫度低20-30度，對于高合金化鋁合金一般不采用模鍛錘鍛造。

（2）加熱溫度精測量

由于鋁合金鍛造溫度范圍很窄，而且加熱到400度左右，鋁合金的顏色不變；用肉眼無法判斷溫度。為此鋁合金加熱需要采用溫度計控制溫度。并必須準確無誤地控制。為此，加熱爐爐溫和坯料溫度測量非常重要，必須準確測量。輻射型傳感器（紅外線）越來越多地用于測量毛坯的表面溫度。

（3）導熱性能良好，但加熱保溫時間長。

1）鋁合金坯料可直接在高溫爐內加熱：盡管鋁合金鍛造溫度范圍很窄，但是鋁合金導熱性良好，比結構鋼熱導率大3-4倍，比不銹鋼熱導率大5-10倍，比高溫合金和鈦合金熱導率大8-10倍，由于鋁合金熱導率高所以，一般任何尺寸的坯料均不需要預熱，可直接在高溫溫爐內加熱。

2）保溫時間比碳鋼長：由于鋁合金的相組成復雜，為了保證強化相充分溶解，其加熱保溫時間比一般碳鋼時間長，且合金化程度越高。保溫時間越長。加熱保溫時間合理，鋁合金塑性好，并可以提高鋁合金鍛造性能。

多數鋁合金坯料保溫時間按鍛件直徑或厚度1.5-2min/mm計算，而高強度鋁合金如7A04及7075等，其加熱保溫時間應按2-3min/mm計算。合金元素含量高的取上限，直徑或厚度較大的取上限，重復加熱時的時間可以減半。擠壓、  軋制坯料加熱到鍛造溫度后是否需要保溫，以在鍛造時不出現裂紋為準，而對于鋁鑄錠則必須保溫。

（4）加熱沒有氧化皮

鋁合金加熱時不產生松散的氧化皮，但產品生氧化膜。

（5）冷收縮率小(比鋼)。

鋁合金冷收縮率比鋼小，一般取0. 6%-1.0%（鋼一般取1%一1.5%）。

鍛造變形特點

如前所述，鋁合金鍛造變形特點是外摩擦系數大，流動速度慢，黍占附力強，塑性差和變形抗力較大。例如中等強度和塑性的鍛鋁2A50，在鍛造溫度范圍內的塑性比碳鋼低，它需要比低碳鋼大30%的變形能量；且在鍛造溫度下有嚴重的粘模傾向，它與模具表面摩擦系數是鋼的3倍，其流動速度約為鋼的一半。

鋁合金可鍛性雖然比碳鋼和低合金結構鋼差，但是只要鋁合金坯料鍛造溫度合理、模具粗糙度低（模具型槽光潔）和潤滑良好及模具預熱佳等條件優化，可極大提高變形鋁合金可鍛性，模鍛出形狀復雜的精密模鍛件。

鋁合金這些工藝特點（加工條件對鋁合金可鍛性影響），要求在鍛造工藝及模具設計時采取相應措施。

鍛造過程極易 產生缺陷

（1）起皮

起皮是鋁合金鍛件表面產生小的薄片狀起層或脫落，鋁合金對于表面起皮非常敏感。這些缺陷通常在固溶處理后并經酸洗才能觀察到，當用尖的工具撬開起皮后，就會發現露比的表面呈灰色、深褐色、黑色或白色，顏色與起皮的原因有關。起皮一般有四種類型：     

1）粘連起皮。由于鋁合金黏附力強，在模鍛時，坯料流動與模壁粘連，粘連會導致趕皮。在起皮與鍛件表面之間夾著一層黑色潤滑劑，這類起皮通常呈現出斷斷續續的形態。克服粘連起皮的有效方法就是把模具和坯料都進行潤滑，并將模具表面進行拋光，使其粗糙度在Ra0.8 μm以下。如果把拋光后的模具進行316-427度回火，模具表面會形成一層抗粘連的氧化層，效果更好。所以潤滑不當造成鍛件的表層金屬與模具粘連、撕裂、因而形成起皮。為了避免粘連起皮，應選擇合適的潤滑劑和潤滑方法，并將模具表面拋光，粗糙度Ra0.8μm或更低，再將模具預熱好。

2）氫氣起皮。在加熱或熱處理過程中，吸收了過多的氫氣而造成。起皮的金屬呈現白色。起皮的位置沒有規律。但是在斷面薄的地方更容易出現  鋁合金在加熱時，如果嚴重地暴露于爐氣中，促進氫氣吸收，從而形成起皮。所以為了避免起皮，建議使用電爐或間接火焰爐力日熱鋁合金。

3）過燒起皮。因過熱和過燒引起，起皮下面金屬呈現灰白色。嚴格控制鋁合金加熱溫度和鍛造速度，避免過燒。氫氣起皮和過燒起皮的鍛件采用拋磨無濟于事，鍛件應報廢。

4）熔煉起皮。鋁合金在熔煉過程產生缺陷而引起起皮。當固溶處理溫度過高時，由熔煉原因造成起皮就會顯現出來。建議采購時，在采購合同中應提出要求。

（2）大晶粒（粗晶）

鋁合金鍛件在鍛造過程中易產生大晶粒（粗晶），鍛件晶粒粗大和不均勻是導致力學性能降低和不穩定的重要因素。這往往是鋁合金鍛造成敗的關鍵因素。

1）鍛件大晶粒產生因素。

①加熱溫度和鍛造溫度過高或過低，都易形成粗晶組織。加熱溫度和鍛造溫度過高時，晶粒迅速長大，鍛件易形成粗晶組織。鍛造溫度過低時，鍛件產生加工硬化，在隨后的熱處理過程中，局部加工硬化區域的啟動動能大，首先產生再結晶，隨后局部晶粒急劇長大形成粗晶。

所以，為了避免產生粗晶，鍛造溫度范圍選擇應盡量小。例如，美國和日本對鋁合金采用更窄的鍛造溫度范圍，一般小于55度，不超過85度。

②變形速度太快，容易使鍛件產生粗晶和晶粒結構不均勻。變形速度太快，易使加工硬化速度大于再結晶速度，增大變形抗力，并因高應變速率產生溫升而引起粗晶和增加變形不均勻性。故較低應變速率對鋁合金鍛造成形有利。所以鋁合金宜采用液壓機和機械壓力機模鍛。

③在臨界變形程度下鍛造時;易產生大晶粒：鋁合金臨界變形程度大多在2%一20%但是每種鋁合金臨界變形程度不相同，例如2A16是2%-9%，2A50是2%-20%。為避免形成粗晶組織，鍛造溫度下的變形程度應控制在大于臨界變形程度。但是變形程度過大時，由于變形能導致鍛件溫升過高也會引起晶粒粗大和不均勻。

④其他因素產生大晶粒。如模具表面粗糙、變形劇烈不均勻、淬火溫度高和時間長等也都會導致產生大晶粒。

2）大晶粒鍛件對鋁合金鍛件力學性能影響。晶粒粗大和晶粒結構不均勻導致鋁合金鍛件力學性能降低和不穩定，對鍛件疲勞強度、耐腐蝕性能和沖擊韌性均有影響。所以，如飛機機輪及螺旋槳葉片產生粗晶就報廢，對于結構件（如汽車控制臂）通常采用檢查粗晶區的力學性能，如符合技術條件則合格，不符合技術條件則報廢。

某些鋁合金，特別是6061和2014，它們的晶粒很容易長大，為了更好地控制晶粒尺寸應當非常小心地對壓縮量（變形程度）、鍛造溫度以及模具溫度加以權衡。鍛件終鍛壓縮量一般都較小，而且終鍛溫度也較低，在這種條件下生產的鍛件在進行固溶處理時，晶粒往往會異常地長大。所以為了保證鍛件具有細小均勻的晶粒組織。應控制鋁合金變形溫度、變形程度和變形速度。

（3）折疊和裂紋。

1）折蠶。鋁合金在制坯和模鍛過程中極易產生折疊，應及時清除，若沒有及時清理。會迅速擴大造成鍛件報廢。故在生產過程中應及時檢查，及時發現和及時消除或清除。由于鋁合金鍛造工藝特點（易粘連，流動性差），產生折疊極敏感，故工藝過程和模具設計應更嚴格。

折疊產生原因和鋼鍛件折疊產生原因相同，由金屬流動紊亂產生。或鍛坯在模膛定位不正確引起。所以模具設計時必須合理配置鍛件各部位坯料體積，并做到鍛坯在各模膛完全正確定位。另外，坯料溫度、模具表面粗糙度和潤滑也很重要。模具表面粗糙度Ra≤0.8μm，模具預熱溫度合理（250-300度），潤滑劑正確，并在生產過程中及時潤滑，確保坯料金屬流動順暢。

例如，在鋁合金進氣搖臂調試過程中，在圓環外端左和右兩處拐角產生折疊，  其中，一處折疊是由于模膛粗糙，甚至有刀痕產生，模膛拋光后即消失；另一處是由兩股金屬流動匯合產生，將預鍛模封閉墻往外移動10mm，使其中一股金屬外流而消失。

2）裂紋。當坯料鍛造溫度過低或坯料加熱保溫時間不足或坯料加熱過燒時，在制坯時術腸易產生裂紋。另外，對于高強度鋁合金一般還易在材料內部開裂、模鍛飛邊開裂和切邊后斷口撕裂。另外，對于合金化程度高的鋁合金，一次行程變形程度過大時也易產生裂紋。

（4）其他缺陷對于各種形狀鋼鍛件易產生的缺陷，例如變形、未充滿、穿晶和渦流等，鉆合金鍛件也易產生。

鍛造輔助工序多

擠壓棒材在下料前，需要消除擠壓棒材缺陷（粗晶環、分層和縮尾）。下料后，坯料需要預處理（去坯料兩個鋸切斷面毛刺和裂紋、打光鋸痕），光整坯料斷面。由于鋁合金在鍛造過程中極易產生各種缺陷，所以在制坯、預鍛、終鍛和熱處理等工序后，需要及時檢查，發現缺陷需要進行清理（蝕洗和修傷）。故鋁合金鍛造輔助工序多。但是，控制好工藝參數可以減少清理工序。

工藝參數對鋁合金賭案件質量敏感度

（1）綜述工藝參數對鋁合金鍛造質量的影響。

綜上所述，工藝參數（變形溫度、變形程度和變形速度）對鋁合金鍛造質量產生很大影響。變形溫度過高或過低均能產生粗晶粒。臨界變形程度內變形、變形程度過高或過低均能產生粗晶和組織不均勻。變形速度過快增大變形抗力和產生起皮、折疊及晶粒結構不均勻或開裂等缺陷。故在鍛造時，應該對各工藝參數嚴格控制。

（2）嚴格控制鋁合金鍛造工藝參數。

為了避免產生各種缺陷，應該對各工藝參數嚴格控制。例如某些鋁合金，特別是6061和2014，晶粒很容易長大，為了更好地控制晶粒尺寸，應當非常小心地控制坯料鍛造溫度和變形程度、模具工作溫度。若模鍛變形量小和變形溫度低。在進行固溶處理時，晶粒會異常長大。

例如，7075超硬鋁合金是鍛造鋁合金材料中工藝難度最大的材料種類，合金化程度高屬高強度低塑性鋁合金。可鍛溫度范圍狹窄，其塑性最佳溫度區間約60度（380-440度）。工藝塑性對材料的變形速度也非常敏感。7075超硬鋁合金易出現材料內部開裂、模鍛飛邊開裂和切邊后的斷口撕裂（應采用熱切邊，但是6000系鋁合金鍛件應采用冷切邊）。

 

 

——選自《鍛造與加工》