传统上,铝合金熔炼工序有:(1)熔前熔炉和炉料的准备,确保炉和料干燥无油(2)装料。预热后,在坩埚中以一定的顺序加入已处理好的原料。(3)温度控制。必须在合金加料、搅拌、精炼、静置以及预浇铸等各个过程中,精确控制升温和保温温度,尽量避免高温导致合金熔体过热和低熔点金属元素的烧损,低温导致很难消除熔体中存在的气体、夹杂物以及恶化合金的铸造性能。(4)时间控制。把握好熔化、静置过程的时间,减少合金元素烧损引起成分偏差。快速搅拌、精炼以防熔体吸气。浇铸时动作迅速而平稳,谨防金属飞溅和温度下降过多。(5)精炼操作。原料、工具以及熔炼装备不能完全去油去水,熔体中不可避免会有较多的气体和夹杂物。因此,浇铸前用一定量的精炼剂在700-720℃时对熔体进行精炼。在精炼过程中,严格控制搅动速度和幅度。(6)变质处理。铝合金为了增加形核率要进行变质处理,细化铸态组织[14]。在变质处理过程中,注意加入变质剂加入的时间和方式。在现代铝合金熔铸技术发展中,研发出许多先进的铝合金熔铸工艺[15],如真空熔炼、电磁搅拌熔炼以及现代制备高强铝合金的快速凝固(RS)技术等。这些先进工艺都极大地提高了铝合金的生产效率和铸件性能[16]。

1.3.2铝合金的形变工艺

铝合金在塑性变形之后,微观组织形态获得改善,合金性能得到大幅度的强化。Al-Zn-Mg-Cu系合金为变形铝合金,通过后续变形工序来改善铸态合金组织。一般地,铝合金的变形工艺有轧制、挤压和锻压。变形的工艺参数主要有:变形过程中的温度、程度以及速度,这些参数都不同程度地影响着合金的回复再结晶行为,决定着合金晶粒尺寸和第二相的大小、形状和分布。因此,如果采用的变形工艺不合理,不仅不能稳定合金组织优化性能,还可能恶化铸件寿命造成浪费,所以综合考虑制定科学的生产工艺十分关键。

轧制是铝合金塑性加工最常用的变形工艺。轧制过程是轧件与旋转的轧辊接触时,由于摩擦力而被拽入轧辊间,受到压缩,厚度减薄,长度和宽度拉长的塑性变形过程[17]。一般根据实际需求,轧制分为热轧和冷轧,通常以金属再结晶温度为界限,当轧制温度高于该界限时称为热轧,反之则称为冷轧。Al-Zn-Mg-Cu合金板材强度、硬度都较为理想,但是塑韧性较差。一般来说,经过均匀化处理的铸锭在铣面后,先热轧到一定厚度再进行冷轧[18],最后再成品精轧至所需厚度。热轧工艺参数主要有热轧温度(包括开轧温度和终轧温度)、热轧速度和热轧压下制度(包括总加工率、道次加工率和轧制道次)。一般,合金热轧后需退火再进行冷轧[19]。Al-Zn-Mg-Cu系合金在热轧和冷轧变形后会发生回复再结晶,组织呈纤维状分布,晶粒细化明显,再进行热处理后,可以获得优良的性能。

实际生活中铝合金棒材、型材多采用挤压加工的方法。挤压是将金属合金放置于挤压筒内,施加外力,使合金处于三向压应力状态,合金材料从模孔中流出,获得所预想的形状与尺寸。挤压工艺参数主要有:挤压速度、挤压比和挤压温度等[20]。

铝合金锻件在航空航天、交通运输等方面都得到普遍使用。但是,铝合金的锻造范围较窄,合金传热快使得其塑性明显下降。铝合金锻造的主要参数有:锻造温度、锻造程度、锻造速度以及材料应力状态等。

1.3.3铝合金的热处理工艺

铝合金材料通常是实施热处理工艺控制和强化合金的组织与性能。Al-Zn-Mg-Cu系铝合金主要通过固溶时效来达到强化目的,更加要求制定合理的热处理工艺,该系铝合金热处理工艺有均匀化、固溶淬火时效及形变热处理[21],其中时效工艺又有单级时效、双级时效和双峰时效等工艺[22]。

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