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铝合金半固态特性
铝合金半固态特性
半固态镁合金连续铸轧技术
2019-01-30 10:26:27
本文介绍了镁合金的基本性能和优势，重点论述了半固态加工技术、连续铸轧技术、半固态镁合金连续铸轧技术及其未来展望，指出其加工技术将得到进一步发展。 镁合金是目前应用最轻的金属结构材料，密度小，比强度、比刚度高，具有优良的导电、导热性能，尺寸稳定性好，电磁屏蔽性好，在航空、汽车运输行业，计算机、通讯等产业得到快速发展。我国是镁资源大国，但目前我国的镁合金生产规模还比较小，生产技术还不成熟，应抓住这难得的机遇，把我国的镁合金生产水平提到一个新高度。
一、镁合金的基本性能
（一）镁合金的物理及力学性能
镁合金与其它相关材料的物理和力学性能如下表所示。
镁合金与相关材料的物理和力学性能比较表材料名称密度/g·cm-3熔点/℃导热系数/W·(mk)-1抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%弹性模量/GPa比强度镁合金AZ91D1.8359772281162845188镁合金AM601.79615622701041545180铝合金3802.0595100315160371106碳钢7.861520425171402220080铸铁7.351150552003123.512060塑料ABS1.0390(Tg)0.235—402.141塑料PC1.23160(Tg)0.2104—36.7102
从表1可以看出，镁合金的主要力学性能接近于铝合金，但其密度却小于铝合金，比强度是铝合金的1.8倍，可以说，在应用金属范围内镁合金具有最高的比强度。与工程塑料相比，镁合金的密度虽比其高，但其熔点却是它的4～6倍，比强度是它的1.8倍左右，此外，镁合金的热传导系数是工程塑料的300倍以上，在一些电子产品的应用上具有明显的优势。
（二）镁合全产品具备的优势
1、轻量化：密度 1.8g/cm3 左右，是铁的l/4，铝的2/3，与塑料相近；2、比强度高、刚性好，优于钢、铝；3、对振动/冲击的吸收性高，极佳的防震性，耐冲击、耐磨性良好；4、优良的热传导性，改善电子产品散热问题；5、非磁性金属，抗电磁波干扰，电磁屏蔽性好；6、加工成型性能好，成品外观美丽，质感佳；7、材料可100%回收，回收率高，符台环保法；8、良好的抗蠕变性，尺寸稳定，收缩率小，不易因时间和环境温度变化而改变（相对于塑料）。
二、半固态镁合全连续铸轧技术
（一）半固态加工技术
半固态加工是利用金属材料从固态向液态，或从液态向固态转变过程中，经历半固态温度区间，在该温度区间内实现的加工过程。半固态技术综合了液态铸造成形、固态压力加工的优点，半固态加工技术能大大提高材料的力学性能，达到节约材料的目的，是目前材料领域最热门的研究热点之一。半固态成型技术是近几年兴起的一种高效优质的成型方法。
半固态加工的主要成型手段有压铸和锻造，此外也有人试验用挤压和轧制等方法，其工艺路线有两条：一条是将搅拌获得的半固态浆料在保持其半固态温度的条件下直接成形，通常被称为流变铸造（Rheocasting）；另一条是将半固态浆料制备成坯料根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度成形，通常被称为触变成形。对于触变成形，由于半固态坯料便于输送成形，易于实现自动化，因而在工业中较早得到了广泛应用。对于流变铸造，由于将搅拌后的半固态浆料直接成形，具有高效、节能、短流程的特点，近年来发展很快。
半固态金属加工成形中，由于采用了非枝晶半固态浆料，可以直接得到几乎均一的球状细晶组织，显著地改善了金属材料的组织性能。半固态成形件表面平整光滑，晶粒细小，力学性能好；半固态浆料的部分凝固潜热已经放出，所以一方面对加工设备的热作用小，设备材料的选择范围扩大，制造设备的难度大大降低，另一方面半固态浆料本身凝固收缩小，产品尺寸精确。由此可见，半固态加工技术比传统的加工技术有很大的优势，目前越来越多的科技工作者高度重视半固态加工技术，在工艺实验和理论等方面开展了广泛的研究。
（二）连续铸轧技术
连续铸轧技术是将熔融金属直接注入两个相向旋转的铸轧辊之间，使其在铸轧辊的冷却与轧制作用下凝固并具有一定的轧制变形量，从而直接获得金属带坯的一种近终成形加工工艺。
连续铸轧过程是集快速凝固与热轧变形于一体的成型过程。在该过程中，铸轧辊起“结晶器”与“热轧辊”双重作用。当高温金属熔体通过与铸轧辊表面接触的区域时，将热量快速传递给轧辊，实现其凝固结晶；又对已凝固的带坯进行轧制，起“热轧辊”作用；同时已凝固的高温带坯在轧制变形过程中，继续将热量传递给轧辊，轧辊继续吸热。轧辊的内表面与冷却水、外表面与周围介质，在轧辊连续旋转过程中不断进行着热交换，使进入工作区域的部分轧辊表面能以较低的温度与金属熔体接触，以保证铸轧过程的顺利进行。
铸轧技术是冶金及材料领域的一项前沿技术，它不同于传统冶金工业中带材的生产工艺，而是将连续铸造、轧制、甚至热处理等串联为一体，铸出毫米级的薄带坯，经在线轧制后一次性形成工业产品。铸轧技术具有以下优点：
1、在同一台设备上同时完成了铸造和轧制两道工序，相比热轧省去了铸锭加热、开坯及热轧等多道工序，减少了废料，节约了能源。
2、省去了铸锭铣面，减少了热轧后的切头切尾，成材率提高15%～20%。
3、设备简单集中，投资少，占地面积小，建造速度快，生产成本低。
4、可连续稳定地进行生产，简化厂生产工艺，缩短了生产周期，使生产效率大大提高，且便于实现自动化。
5、持轧薄带品质不亚于传统工艺，还可以生产出传统工艺难以轧制的材料以及具有特殊性能的新材料。
（三）半固态镁合金连续铸轧技术
将水平双辊连续铸轧技术与半固态加工技术相结合，所获得的半固态板带连续持轧成形技术，将是一种全方位高效、节能、短流程、近终成形的加工方法。把这种技术应用于投台金的加工成形，可以说是具有国际领先水平的技术，具有一定的创新性。这种新型的金属带坯生产工艺，不仅从根本上改变了传统的金属带坯生产方法，即使通常需由铸造、铣面、加热、热轧等多道次工序才能完成的生产工艺流程，仅由铸轧就可以实现，而且可以较方便地实现产品质量调控。
具有球状晶的合金材料加热到半固态时，变形抗力很低，这对轧制成形有利。半固态轧制工艺是将被轧制材料加热到半固态后，送入轧辊间轧制的方法。试验对象主要是板材的轧制成形。结果表明，由于固相率的高低不同，轧辊咬入区内被轧制材料的变形和流动行为有很大不同。在被轧制材料固相率高的情况下（例如固相率在90%以上），其变形和固体金属热轧情况大致相同，内部固相成分和液相成分共同被轧制，可得到均一的轧制成品。固相率在70%以下时，轧辊间隙中轧制材料的液相成分和固相成分的流动、变形分别单独进行，由于轧辊施加的压力而引起的静水压力的影响，轧辊间隙内开始有液相成分从固相成分间隙溢出，流向压力减小的方向，即液相成分从轧辊间隙的入口处被铸轧材料的表面流出，通常被轧辊冷却凝固后再次被引，轧辊间隙里轧制成成品。半固态连续铸轧示意图见下图。 半固态镁合金铸轧工艺模拟仿真是使材料成形工艺从经验走向科学指导的重要手段，是材料科学与制造科学的前沿领域和研究热点。利用计算机模拟材料成形过程，可预测产品的质量，减少试验次数；确定最佳的工艺流程，以达到某一特殊性能的要求；动态显示各个物理量的演变历程和空间分布；提高劳动生产率。因此，在半固态镁合金连续铸轧技术中，数值模拟分析是很重要的一部分。
三、半固态镁合金连续铸轧技术的展望
笔者认为，半固态镁台金的连续铸轧技术将会朝着以下方向发展：
（一）对半固态浆料制备的深入研究，半固态浆料的好坏直接影响铸轧后的成品质量的好坏。
（二）目前流变成形研究只有在实验室，工艺还不成熟，与应用还有一定的距离。流变成形比触变成形更能节省能源、流程更短、设备更紧凑，因此流变成形技术仍然是未来金属半固态加工技术的一个重要发展方向。另外，触变成形技术的研究也是未来工业化发展应用的重点。
（三）对半固态连续铸轧过程中，铸轧材料及轧辊的数值分析的研究，为工业化生产提供技术支持。
（四）半固态镁合金铸轧时，一方面要保证组织得到充分变形，达到改善组织的目的，因此要有一定的变形量；另外，由于多晶镁合金滑移系少，晶粒产生宏观屈服而易在晶界产生大的应力集中，合金很容易产生晶间断裂。因此，镁合金板带轧制以后的退火及热处理技术也是未来研究的热点问题。
（五）半固态镁合金连续铸轧技术应用到工业化大批量生产就在将来的几年。
四、结束语
随着冶炼技术的提高和先进成型技术的出现以及制造成本的降低，镁台金材料才得到了实际应用。现代冶金工业正向着短流程、节能型、连续化、自动化、高质量方向发展，半固态镁合金连续铸轧技术已经得到越来越多研究人员的关注，为镁合金材料进一步工业化生产奠定坚实的技术基础。
7075铝合金等温热处理半固态组织的演变
2018-12-28 11:21:17
半固态成型工艺具有不同于传统成型工艺的许多优点，具有广阔的应用前景。这项技术的关键是如何获得半固态组织，这也是最近的研究热点。获得半固态组织有多种方法，其中等温热处理方法出现的时间较晚，但却非常实用。这种方法与其他方法相比，具有成本低，工艺简单，易于推广等优点。另外，关于铸造铝合金及其他的有色金属的半固态组织的获得已有多种方法，而关于高强度铝合金的相关研究相对较少。本文研究了高强度7075铝合金等温热处理后的半固态组织，确定了等温热处理的工艺参数，为今后半固态成型技术的应用提供了参考。
本实验所用的材料为高强度7075铝合金。实验温度范围在固液两相区，固、液相的温度分别为477和635℃。从原金属棒材上取4mm×4mm×8mm的试样15个，然后在580、600和615℃分别进行保温，在各个温度的保温时间为5、15、30、45和60min。待炉温升到预定温度时将相应组的试样放入箱式电阻炉中，温度误差控制在±1℃。待试样完成预定的热处理工艺后迅速取出水淬，将试样镶嵌磨抛后在光学显微镜下观察相应组织。
在高固相率温度区间，当保温时间相同时，随保温温度升高，晶粒的尺寸和球化程度均增加。当加热温度相同时，晶粒尺寸随保温时间的延长逐渐增加，圆度先减小然后增大。从晶粒大小和圆整度综合考虑最合理的工艺参数为：加热温度615℃、保温时间15min。
舰船铝合金特性
2019-02-28 11:46:07
在舰船与海洋设备中简直运用了一切的铝及铝合金材料，但用得最多的是：5052、5154、5454、5083、5086、5056、6063、6061、6N01、6082、6025A、1050、1200、3003、3203等变形铝合金和AC4A、AC4C、AC4CH、AC7A、AC8A等铸造铝合金。首要的铝材种类有：厚板、薄板、带材、箔材、管材、棒材、型材、全体揉捏、壁板、铸件、压铸件、模锻件等。材料的首要姿势有：O、H14、H112、H34、H32、H116、H117、H111、T1、T5、T6、T61、F等。跟着船体的大型化和铝材揉捏技能的前进，大型材的运用越来越广泛。 船体结构的型式可分为三种：横骨架式、纵骨架式和混合骨架式。铝合金小型渔船、内河船和大型船的首尾端结构常为横骨架式结构；油船和军舰常选用纵骨架式结构。船壳上运用的铝材多为板材、型材和宽幅全体揉捏壁板。我国在制作一艘长60.8m、1160t石油运输船时，船壳运用的铝材状况如下：纵向密封舱壁选用厚9mm的波纹板，横向舱壁用7mm厚的板，构成5个独立货舱；船舷用9mm的铝合金制作，甲板厚12mm，盖板厚15mm。船体构架由揉捏型材构成，尾柱是用Al-12%Si合金铸造的。铝材总用量92t。 近期，日本又新研制出铝合金船壳半铸造船，其船头、船尾和船身用约5.4mm的板材制作的，再以这三段焊成船壳。船宽2.4m，深0.58m，船壳质量约2t，总质量3.8t，与同型的FRP（玻璃钢，Fiberglass reinforced plastic）船比较，船壳质量减轻25%~30%。 现在，各种类型舰船的上层建筑和上部设备（桅杆、烟囱、舰桥、炮座、起吊设备等）都越来越倾向于运用铝合金材料，而上层结构中运用最多和最理想的铝材是大型宽幅揉捏壁板。不过，在1984年英国-阿根廷马岛战役中，英国的谢菲德马驱逐舰被对方的飞鱼击中，燃起通天大火，铝合金舰桥等被火烧软，随即垮塌，然后引起人们对用铝合金制作战舰上层建筑的考虑。 苏联在造长101.5m、排水量2960t、载员326人和速度30km/h的吉尔吉尔斯坦号远洋客轮时，用铝合金缔造上层结构，如驾驶舱、桅杆、烟囱、支索、天遮设备和水密门等。运用的铝材有5.6mm和8mm厚的5A05合金板，10mm和14mm厚的5A06合金板，5A06合金圆头扁材，以及一些铝合金铸件。上层结构由5A05合金铆钉铆于甲板上，并采取了防备触摸腐蚀办法。上层结构用了100t铝材，比钢制的轻50%，用了175t铝材，船的总质量减轻12%，定倾重心进步15cm，明显地改进了船的稳定性。 浙江巨科铝业有限公司公司的轧机为1850mm系的，因而板材的最大宽度为1700mm，所出产的板材别离于2012年6月及9月经过挪威船级社（DNV）和我国船级社（CCS）认证。
6060铝合金特性
2018-12-29 09:42:51
材料名称：变形铝及铝合金
牌号：6060
特性及应用：6060铝合金，美国变形铝及铝合金。
6000系铝合金特点：以镁和硅为主。Mg2Si为主要强化相，目前应用最广泛的合金。 6063、6061用的最多、其它6082、6160、6125、6262、6060、6005、6463。 6063、6060、6463在6系中强度比较低。 6262、6005、6082、6061在6系中强度比较高。
特性：中等强度，耐腐蚀性能好，焊接性能好，工艺性能好（易挤压出成形）氧化着色性能好。
标准对照：美国铝业协会(AA) 6060，UNS A96060，ISO R209 AlMgSi
铝合金的物理特性
2018-12-28 15:58:44
铝合金的物理特性合金溶点范围密度热膨胀系数比热容量弹性耐力状态热导电性能电阻率℃kg.m-3(10-6K-1)(20/100℃)J/(kg.K)(0/100℃)MpaW/(m.K)20℃10-3ūΩm20℃1100645/657271023.690469000全部22529.21050A645/658270023.589969000O22929.22024502/638277021.187573000O/T3/T4/T6193/121/15134/56/455005632/652270023.790069000全部201335657638/657269023.790069000全部205325049620/650271023.7\\\\\5251597/650268023.8900\全部139445052605/650268023.890070000全部138505454602/646266023.790070000全部134505754590/645267023.890070000全部132535086585/640266023.890071000全部126565182577/638265024.190469500O123565083574/638266024.290071000O117595019568/638264024.1904\O11759
防锈铝合金特性及应用
2018-12-28 15:58:44
铝合金的机械特性
2019-01-02 09:41:20
铝合金锻压件的特性
2018-12-28 09:57:31
铝合金锻压件的特性 ①密度小，只有钢锻件的34%，铜锻件的30%，是轻量化的理想材料。 ②比强度大、比刚度大、比弹性模量大、疲劳强度高，宜用于轻量化要求高的关键受力部件，其综合性能远远高于其它材料。 ③内部组织细密、均匀、无缺陷，其可靠性远远高于铝合金铸件和压铸件，也高于其它材料铸件。 ④铝合金的塑性好，可加工成各种形状复杂的高精度锻件，机械加工余量小，仅为铝合金拉伸厚板加工余量的20%左右，大大节省工时和成本。 ⑤铝锻件具有良好的耐蚀性、导热性和非磁性，这些都是钢锻件无法比拟的。 ⑥表面光洁、美观，表面处理性能良好，美观耐用。 可见，铝锻件具有一系列优良特征，为铝锻件代替钢、铜、镁、木材和塑料提供了良好条件。
铝合金的熔炼特性
2018-12-28 15:58:41
一、铝合金的熔炼特性 铝合金的熔炼具有消耗热量多、易氧化、易吸氢、容易吸收杂质金属等特性。 1)消耗热量多 铝的熔点虽低，但熔化潜热大，比热大，黑度小，对热的反射强，和其他常用金属如铁、铜相比较，熔化时消耗热量多。 2)易氧化 铝对氧有很大的亲和力，它能很快氧化，生成Al2O3。在熔体表面形成的氧化铝薄膜虽然有保护作用，但一旦破坏，氧化膜进入熔体，便很难除去。因为一则Al2O3不易还原，二则它的密度与熔体相近。它悬浮在熔体里，随熔体进入铸锭中，给加工材品质带来不利影响。更为严重的是，铝的氧化物是各种气体的良好载体，它的存在会使铝熔体大量吸氢。因此，尽可能减少氧化是铝合金熔炼过程中的一个重要问题。 3)易吸气 铝及铝合金的吸气能力较强(主要是吸氢的能力)，特别是在有水蒸气或还原性气氛的炉气中。铝及铝合金的吸氢绝对量虽然不大，但在熔点时，氢在固相和液相中的溶解度相差很大，铸锭结晶时形成气孔和疏松的倾向性很大。因此，尽可能减少吸氢是铝及铝合金熔炼的又一个重要问题。 4)容易吸收金属杂质 铝及铝合金中的一些合金化元素具有很高的化学活性，它们不仅能吸收直接从铁质坩埚和工具中溶解的铁，而且还能从炉衬的许多氧化物中和熔剂的许多氯盐中置换出铁、硅、锌等金属杂质。这些金属杂质一旦进入铝熔体，便无法清除。而且熔炼次数越多，杂质含量越高，对合金性能影响越大，严重时使纯铝品位降级，使合金成分超标而报废。因此、防止金属杂质的污染是铝及铝合金熔炼时的第三个重要问题。
铝合金电缆基本特性概括
2018-12-29 09:42:56
随着铝合金电缆被工程应用商的逐步了解，铝合金电缆市场正以突飞猛进的势态快速发展，在实际应用中如何检测和判断铝合金电缆，有哪些基本的性能指标和依据就是工程应用商必须准确把握的基本常识——以下部分资料引用于河南华星合金电缆有限公司《华星合金电缆研究院-合金电缆特性》。 一、线芯紧压系数： 铝合金电缆和传统的电力电缆的工艺结构及辅材等有一定的差异，铝合金电缆的导体采用铝合金单丝紧压合股方式，其线芯紧压系数达到了97%，导体非常密实，和传统的铜芯电缆、铝芯电缆在导体截面上可以明显看到差异（传统电缆的制作工艺，线芯的紧压系数只能达到82%左右）。 二、柔韧性能 铝合金电缆采用的是ASTM-B800电工用8000系列铝合金线进行控制，添加适量铜(Cu)、铁(Fe)、镁(Mg)……等及稀土铝中间合金材料经过特殊的合成退火工艺开发的高科技新型环保节能电力电缆，其导体柔韧性能超强，这一超强的柔韧性能保证了铝合金电缆在实际应用的安全性能达到甚至超过铜芯电缆，同时给铝合金电缆的实际安装应用带来了非常大的优势。在实际检验判断中，直接的手折叠测试即可得到铝合金导体非常柔韧，可以反复折叠或像绳子一样反复缠绕，破坏性剧烈折叠铝合金单丝，实验结论最少需要18次往返才能出现裂痕或断裂现象，而普通的铝芯单丝一般折叠三下出裂痕，五下绝对要断裂，普通铝丝的一个重要缺点是脆度高，在安装时只要一定角度的扭转，导体就会产生裂纹，裂口就会发热、腐蚀，是出现火灾的重要原因，这也是其不能倍被普遍应用的致命原因。 三、电缆结构 铝合金电缆线芯采用紧压合股方式，导体截面为圆芯（传统电缆线芯多用扇形），绝缘采用三色共挤的交联聚乙烯的绝缘工艺，线芯排列规则，整根线缆圆整柔韧。 四、线芯亮泽 铝合金导体由于冶炼过程中添加的稀土合金材料对导体晶体结果的优化，线芯截面光泽明亮，亮度高，和传统的铝芯电缆有明显的感官差异 五、蠕变性能 合金导体的蠕变性能和铜芯导体基本一致，通过实验得知：铜的屈服强度是6.0，合金导体的是54，和铜导体基本一致，是铝芯导体的300% 六、延伸性能 伸长率是导体机械性能重要指标，是产品优劣和能承受外力大小的重要标志。也是检验电缆导体机械性能的一个重要指标。铝合金电缆退火处理后的延伸率能达到30%，而铜缆的伸长率为30%，普通铝杆的伸长率为15%，是能取代铜缆的重要指标。 七、抗拉强度 铝合金导体只有铜导体的一半（113.8：220MPa），由于铝合金的密度只有铜导体的30.4%，因而在同等电气性能的前提下即使铝合金导体截面积提高到铜导体截面积的150%，铝合金导体的重量也只有铜导体的45%，这使得铝合金导体的抗拉强度相对于铜导体还有一定的优势。在大跨度电力工程中，由于其比重优势，在等效前提下其抗拉强度优势就格外凸显。不仅节省大量的桥架，降低安装工程师的劳动强度，同时加快了安装进程，节省了工期，大大降低了综合安装成本。 八、防腐蚀性能 铝合金导体本身具有优异的抗腐蚀性能，铝合金导体的良好抗腐蚀性能源自铝材固有的防腐特性，其表面与空气接触时，会立即形成一层厚度约为2～4μm的致密氧化膜，这层氧化膜非常致密，特别耐受各种形式的腐蚀，因而具有承受最恶劣环境的特性，在实际使用寿命上比铜缆延长10年以上。（目前国内使用合金电缆的时间还不长，也就3~5年时间，所以从国内的实际上无法验证其实际使用寿命，只能参照国外的实际使用情况，就目前欧美国家的使用时间40年来看，他的实际使用寿命是比铜缆更耐用） 九、电气性能 铝合金的电阻率介于铝与铜之间，略高于铝，而低于铜，在相同截流量前提下，同等长度的铝合金导体的重量仅为铜的一半。如果按铜的电导率是100%计算，合金导体的电导率约为62.5%，合金的比重为2.7，铜的比重为8.9，则(8.9/2.7)×(0.612/1)=2，即2单位重量的铜的电阻与1单位质量的合金的电阻相同，因此，当合金导体的截面积是铜的1.5倍是，其电气性能相同，即实现了和铜相同的截流量，电阻，和电压损失。
半固态铝合金弹性模量
