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行业资讯

[知识普及]粉末铝合金锻造

2016/11/14
    粉末冶金工艺的一般流程是:制粉、压实、烧结(包括热等静压、冷等静压等)、锻造、精加工。快速凝固、机械合金化以及其他粉末冶金(P/M)工艺被用来发展成分均匀的高强度、耐高温和抗腐蚀的新型铝合金,这是标准铸锭合金(I/M)工艺所做不到的。
  铝粉末冶金预成形坯适合于用锻造方法生产结构零件。锻造铝的预成形坯时,可热锻或冷锻,要在烧结坯上涂以石墨润滑剂,以使之在锻造时产生适当的金属流动。对于需要严格充满模膛的零件,推荐在300~400℃下进行热锻。锻造压力通常不高于345MPa。锻造一般是用封闭模进行的,因此,不会产生飞边,并且,锻造时仅只产生密实与侧向流动。普通锻件的切屑损失接近50%,而粉末冶金锻件不到10%。锻造的粉末冶金零件,其密度大于99.5%理论密度,强度比非锻造粉末冶金零件高40%~60%,疲劳耐久极限提高1倍以上。其他方面,与普通锻件相似。

  1.高强度预合金化粉末冶金铝合金

  研究发现高强度预合金化粉末铝合金7090,7091,X7064,CW67和IN9021等,可用所有现有的锻压技术进行锻造,并能加工成各种类型的开式模锻件和闭式模锻件。这些合金的流动应力和变形行为与7075合金的差不多,所推荐的锻造温度与7010,7049,7050或7075合金的相同,而模具预热温度与表10相同。

  快速凝固或合金化粉末可通过一些固结技术,例如真空热压或热等静压,制成各种大小的锭坯,其质量约从45kg到1360kg。在这种锭坯形式下,高强度预合金化粉末冶金合金通常可直接制成锻件,或是应用其他加工技术,例如轧制或挤压技术,加工成用于锻造的棒料或板材。应用预合金化粉末冶金技术制成的铝-锂合金要比工业用铸锭冶金7×系合金的价格贵得多的多,所以精密锻造是最经济有效的锻造方法。

  高强度预合金化粉末冶金铝合金,一般热处理成T7×状态(固溶处理并稳定化处理状态),以获得强度与断裂韧性,以及抗剥离与应力腐蚀破裂的最佳组合。预合金化粉末冶金铝合金在高强度水平下的抗腐蚀性远比铸锭冶金为好。至于高强度IN9021合金,通常对其锻件处理成T4状态(固溶处理并自然时效状态)。上述一些合金,鉴于它们的优良的综合性能,其锻件已在航空航天方面得到部分的工业应用。

  2.抗腐蚀预合金化粉末冶金铝合金锻件

  IN9052合金是一种中等强度预合金化铝合金,其力学性能与铸锭冶金法(I/M)5083合金的相类似,但具有优异的抗腐蚀性能。此合金在较低温度(小于370℃)下锻造,其流动应力和变形特性与5083合金相类似。如同高强度粉末冶金铝合金一样,IN9052合金也固结成锭坯,再经过挤压然后锻造。由于材料价格的原因,仍适用于采用精密锻造的方法。

  3.耐高温预合金化粉末冶金铝合金锻件

  几种快速凝固技术,包括雾化、离心熔铸和平面熔铸已用来发展一系列预合金化铝合金,这种合金具有大为改善的高温性能,超过了现有的铸锭冶金锻造铝合金,例如2219和2618合金,以及A201铸造铝合金。发展这些合金是为了在205~345℃温度范围内提供具有强化性能的锻件,这是现有铝合金达不到的。

  由于这些合金的耐高温特性,从而发现很难将它们加工成锻件,其流动应力两倍于7075合金。推荐用于这些合金的锻造温度尚未完全确定,但通常在低于370℃温度下锻造,以便保持合金的显微组织特点。所有这些高温铝合金属非热处理型的,可通过弥散强化、中间化合物和加工硬化来改善其力学性能。

  这些合金的加工历史还对其进一步加工表现出关键的作用。例如,有些合金在固结锭坯情况下不可锻的,而必须经过挤压或其他技术的初级加工。然而,当今的锻造工艺的研究工作表明,这些合金可以成功地由精致的闭式模加工,以及能加工成环形锻件,其中包括高精度的精密锻件。

  用急冷凝固方法获得粉末可以大大扩大合金的固溶度,合金时效析出量增多,时效效果明显。急冷凝固粉末制成的硬铝合金,添加了Mg,Cu,Zn等大量固溶元素,在时效时析出微小第二相,其结果强度增加10%~25%,韧性增加20%,疲劳强度增加40%,比刚性增加30%,比强度增加20%,具有优良的机械性能。创造耐热铝合金时,必须获得大量的稳定的金属间化合物作为第二相,而一般方法获得大量金属间化合物是不容易的,只有通过急冷凝固才容易得到。

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