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1、,铝合金材料的加工与应用,胡 治 流,广西大学材料科学与工程学院,1.铝工业的发展概况2.铝及铝合金相关基础知识3.铝及铝合金主要加工方法 3.1铝及铝合金的熔炼与铸造技术 3.2铝及铝合金的压力加工工艺4、铝加工产品开发分析5、铝加工产业发展形势6、广西铝工业发展的初步思考,主要内容,1 铝工业的发展概况,1.1 世界铝工业的发展概况1.2 中国铝工业的发展概况1.3广西铝工业的发展概况,铝资源极为丰富,铝在地壳中分布广，平均含量为8.1%，仅次于氧和硅，居第三位，在金属元素中居第一位。全球铝矿资源丰富，储量巨大，其中澳大利亚、几内亚、巴西、牙买加、印度及中国铝土矿极为丰富。越南和老挝的铝土
2、矿也超过10亿吨。,1.1 世界铝工业的发展概况,自电解法炼铝问世以来，铝的生产和消费量不断增加，近几十年，由于冶炼方法与工艺的不断改进和电力工业的发展，以及经济高速发展和社会文明需求的推进，发展惊人。1940年全世界原铝产量不到100万吨，到2004年世界铝产量和消费量均已超过4000万吨，到2010年已经突破4500万吨。,世界原铝主要产地集中在北美（美国和加拿大）、西欧（德国和法国）、俄罗斯、中国、澳洲（澳大利亚）和拉美（巴西）。美国铝业公司（ALCOA）、加拿大铝业公司（ALCAN）、雷诺金属公司（REYNOLDS）、恺撒铝及化学公司（KAISER）、波西涅工业公司（PECHINEY）
3、、瑞士铝业公司（ALUSWISSE）、德国联合工业公司（VAW）、中国铝业公司和俄罗斯铝业公司九大跨国铝业公司的产生能力和年产量占全世界的60%以上。,美国铝工业近期的三个目标,1.铝的成本降低25%30%，铝、钢零件成本小于（3：1)（3.5:1)。2.铝电解电流的效率大于97%，使铝及铝加工生产综合能耗大幅度下降。3.铝在汽车、交通运输及基础设施市场的用量提高50%，使之部分替代钢材成为国民经济和人民生活中的基础材料。,1.2 中国铝工业的发展概况,起步于1954年，到1983年成立中国有色金属工业总公司，才确立优先发展铝的方针，出现崭新局面，1989年全国铝产量已达76万吨，铝加工材达4
4、2万吨，全年铝消耗87万吨。1990年来，进入高速发展，国家投入千亿资金，从矿山开采、选矿、氧化铝和电解铝生产到铝加工、深度加工及产品销售应用得到蓬勃发展，形成完整工业体系和产业部门。,2001年中国电解铝的生产能力达427万吨，产量已达342.7万吨，超过美国（336万吨）。2004年年产量已达667.1万吨，稳居世界榜首，成了名符其实的铝业大国。截至2004年底，中国铝加工企业超过1100家，铝加工材年生产力达500万吨以上，年产量已达450万吨以上，位居世界第2。2004年中国再生铝产量超过200万吨，铝合金铸造产品超过120万吨，走到世界前列。2004年中国铝消费量达618万吨，占据世
5、界第2，而人均耗铝量也由80年代的0.8kg/（年.人），猛增到2004年的5.0kg/（年.人）。,截至2009年底，2009年中国电解铝产量已达1285万吨，中国铝加工企业1091家，铝加工材年生产力达2055万吨，年产量已达1650万吨2010年中国电解铝产量已达1619.4万吨，铝加工材产量已达2026万吨,1.3 广西铝工业的发展概况,广西铝企业，2005年实现工业产值88亿元，利税24亿元。2005年氧化铝产能90万吨，产量92.46万吨，占全国10.74%；电解铝产能27.35万吨，产量24.63万吨，占全国3.32%；铝材加工产能19万吨，产量16.5万吨，占全国2.82%。2
6、010年广西全区形成了年产620万吨氧化铝、100万吨电解铝、70万吨铝材加工的生产能力。,2010年广西实际年产529万吨氧化铝、69万吨电解铝、41（60？）万吨铝材。,广西铝产业目前仍处于原材料为主的资源初级开发，形成“一大（氧化铝）一少（电解铝）、一小（附加值）一弱（铝的配套产业）”的特点。整个有色金属产业仍然是初级产品多、深加工产品少。广西氧化铝项目主要布局在百色的平果、德保和靖西；电解铝项目主要布局在百色、来宾；铝加工主要布局在南宁、百色、柳州、来宾及沿海。,（,广西的铝工业及相关配套产业已初具规模，但产业链薄弱，电解铝和铝材加工产能产量低，与河南等尚有比较大差距，目前铝工业总量和
7、结构方面存在的问题也十分突出。广西铝业产品主要以铝锭为主，高附加值产品产量小，铝制品又以铝型材为主，仅有少部分板材及铝箔，与广西丰富的铝资源优势明显不相称。,广西铝工业未来的发展目标:“优先发展氧化铝，铝电结合发展电解铝，积极发展铝深加工”的思路，重点建设百色铝工业基地。预计到2015年，氧化铝、电解铝、铝加工产量分别达到800万吨、200万吨、150万吨，铝工业实现工业总产值600亿元，实现工业增加值230亿元。结构调整取得积极进展，节能减排取得明显成效，技术创新能力有所提高。,广西大学简介,广西大学是广西办学历史最悠久、规模最大的地方综合性大学。1928年创办，1939年被确认为国立大学。
8、1952年，毛泽东主席亲笔题写了校名。1997年，原广西大学与原广西农学院合并，组建新的广西大学。1999年，广西大学成为国家 211 工程项目建设学校；2004年，广西大学被批准为国家教育部和广西壮族自治区共建高校。,广西大学简介,广西大学现设有30个学院，学科涵盖了哲、经、法、文、理、工、农、管、教、艺术等十大学科门类。有97个本科专业，31个一级学科硕士点，175个二级学科硕士点，7个一级学科博士点，46个二级学科博士点，7个博士后科研流动站。目前拥有在校全日制本科生22631人，在校研究生总数16270人；广西大学现有教职工3672人，其中专任教师2006人。,广西大学材料学院简介,材
9、料学院现有材料成型及控制工程、材料科学与工程、金属材料工程、无机非金属材料工程4个本科专业和材料科学与工程1个一级学科硕士点，材料学、材料物理与化学、材料加工工程及凝聚态物理等4个二级学科硕士点，材料工程领域1个工程硕士点。,广西大学材料学院简介,学院拥有1个省部共建国家重点实验室培育基地-广西有色金属及特色材料加工重点实验室；1个教育部重点实验室-有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室；1个自治区级重点实验室-新材料及其制备技术实验室；有1个研发基地和19个产学研合作基地。按本科专业相应设有4个系，一个实验中心和一个研究所。,2008年12月,中央政治局委员刘延东视察广西大学材料学院重点实
10、验室,刘延东同志说：“你们的研究方面既结合国家需求，又结合地方经济，有水平，有特色，有创新。就像奥运会一样，有中国特色，又体现水平。”,郭书记和马主席视察广西大学材料科学与工程学院,广西铝工业要重点发展铝加工-郭声琨,铝工业要搞研究平台，我马上支持你们搞理工中心-马飚,2.铝及铝合金相关基础知识,2.1 铝及铝合金的特性及应用领域2.2 铝合金的分类及组织特点 2.3 铝的合金化与强化方法2.4 合金元素对组织性能的影响2.5 XXXX系铝合金特点及用途,铝工业高速发展的原因,铝之所以高速发展，主要原因是其优良性能、应用广泛和铝资源丰富,2.1 铝及铝合金的特性及应用领域,铝具有面心立方点阵，
11、无同素异构转变。银白色轻金属，质轻，密度为2.7 g/cm3,约为铁的1/3。但比强度高，可与合金钢相比。铝的熔点与纯度有关，并随铝的纯度的提高而升高，当纯度为99.996%时，熔点为660.24。铝具有优良的电导性、热导性，其电导性仅次于银和铜，居第三位，约为纯铜电导率的62%。,铝在大气中有优良抗蚀性。铝表面生成一层薄而致密并与基体金属牢固结合的氧化膜，阻止氧向金属内部扩散而起到保护作用。铝及其合金也易进行阳极氧化处理，表面形成一层坚固的、各种色彩的、美观的保护膜，可起到装饰与保护作用。铝的塑性很好，富有延展性，便于冷、热压力加工。可制成厚度为0.000638mm的铝箔和冷拔成极细的丝。纯
12、铝的热加工温度为400500，冷加工时的中间退火温度为350500。,铝的特性和应用1,1、重量轻 2、强度高,航空航天,武器装备,铝的特性和应用2,3、抗腐蚀 4、易成型 5、可焊接,交通运输,建筑,家用电器,铝的特性和应用3,2006年12月30日，东北轻合金有限责任公司自行设计制造的环轧生产线生产出迄今国内最大的铝合金锻环。该环直径达5150毫米，宽340毫米，厚100毫米。随着我国航天事业的飞速发展，大推力火箭和宇航器所需的铝合金直径在不断加大，未来几年将需要直径达5米及5米以上的锻环，,铝的特性和应用4,2006年，全世界的铝消费量(原铝+再生铝)已超过4000万吨，而铝材的消费量达
13、3000万吨以上（在所有的金属材料用量中仅次于钢铁）：其中用于交通运输的铝材约占36左右，用于建筑业的铝材约占20左右，用于包装业的铝材约占20 左右。,汽车用铝,铝在汽车中的用量正在不断增加，汽车的单位用铝量从1990年的61公斤提高到2000年的102公斤。目前，汽车上铝比例最高的车辆都是高性能的车辆，如美洲虎、奥迪A8，同时整个汽车制造业的用铝量也在逐年增加。,汽车用铝,建筑领域,各种各样的铝产中正被用于新颖的家居环境和住宅建设，从外部装修到内部装修，如铝合金门幕墙板、铝塑板等。,建筑领域,制罐料用铝,铝的基本特性：重量轻，强度好，美观，合适做各种表面处理，耐腐蚀、耐气候性好，耐化学药品
14、，导热、导电好，对光、热、电波的放射性好，没有磁性，无毒，有吸音性，耐低温，良好的加工成形性以及高的回收再生性。应用领域：广泛应用于交通运输、包装容器、建筑装饰、航天航空、机械电器、电子通讯、石油化工、能源动力、文体卫生等行业，成为发展国民经济与提高人民物质和文化生活的重要基础材料。,2.2 铝合金的分类及组织特点,根据铝合金的成分、组织和工艺特点，可以将其分为铸造铝合金与变形铝合金两大类。变形铝合金是将铝合金铸锭通过压力加工（轧制、挤压、模锻等）制成半成品或成品，所以要求有良好的塑性变形能力。铸造铝合金则是将熔融的合金直接浇铸成形状复杂的甚至是薄壁的成型件，所以要求合金具有良好的铸造流动性。
15、,2.3 铝的合金化与强化方法,2.3.1固溶强化 纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。根据合金化的一般规律，形成无限固溶体或高浓度的固溶体型合金时，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。,AlCu、AlMg、AlSi、AlZn、AlMn等二元合金一般都能形成有限固溶体，并且均有较大的极限溶解度，因此具有较大的固溶强化效果。,2.3.2时效强化 强化通过热处理实现，主要是由于合金元素在铝合金中有较大的固溶度，且随温度的降低而急剧减小。所以铝合金经加热到某一温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过
16、饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。自然时效:在室温下进行的时效称为人工时效:在加热条件下进行的时效时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。,2.3.3过剩相强化 如果铝中加入合金元素的数量超过了极限溶解度，则在固溶处理加热时，就有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称为过剩相。在铝合金中，这些过剩相通常是硬而脆的金属间化合物。它们在合金中阻碍位错运动，使合金强化，这称为过剩相强化。在生产中常常采用这种方式来强化铸造铝合金和耐热铝合金。过剩相数量越多，分布越弥散，则强化效果越大。但过剩相太多，则
17、会使强度和塑性都降低。过剩相成分结构越复杂，熔点越高，则高温热稳定性越好。,2.3.4细化组织强化 许多铝合金组织都是由固溶体和过剩相组成的。若能细化铝合金的组织，包括细化固溶体或细化过剩相，就可使合金强化。铸造铝合金组织比较粗大，所以实际生产中常常利用变质处理的方法来细化合金组织。变质处理是在浇注前在熔融的铝合金中加入占合金重量23%的变质剂（常用钠盐混合物：2/3NaF+1/3NaCl），或Al-Ti-B中间合金，以增加结晶核心，使组织细化。经过变质处理的铝合金可得到细小均匀的共晶体加初生固溶体组织，从而显著地提高铝合金的强度及塑性。,2.4 合金元素对组织性能的影响,2.4.1.添加铜合
18、金元素 加铜有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2相有明显的时效强化效果。铝合金中铜含量通常在2.5%8%，铜含量在4%6.8%时强化效果最好。随着铜含量的增加，铝合金的变形抗力增高，焊接性能和抗腐蚀性能，特别抗应力腐蚀性能下降。,2.4.2.添加硅合金元素 铝硅合金的共晶温度为577，此时硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。镁硅同时加入铝合金中形成铝镁硅系合金，强化相为Mg2Si。镁硅的质量比为1.73：1。有的Al-Mg-Si合金，为了提高强度，加入适当的铜，同时加入适当的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。变形铝合金中，硅单独加入铝中只限于焊接材料
19、，硅加入铝中亦有一定的强化作用。,2.4.3.添加镁合金元素镁的含量小于6%，硅含量低，不能进行热处理强化，但可焊性良好，抗蚀性也好，有中等强度。镁对铝的强化是明显的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高34MPa。如果加入1%以下的锰，可起补充强化作用。因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外，锰还可以使Mg5Al5化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。,2.4.4.添加锰合金元素铝锰合金的共晶温度是658，此时锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%。合金强度随溶解度增加而不断增加，锰含量为0.8%时。伸长率达最大值。锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶
20、晶粒的细化主要是透过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁，形成（Fe、Mn)Al6,减小铁的有害影响。,2.4.5.添加锌合金元素 单独加入，在变形条件下对合金强度提高有限，同时存在应力腐蚀开裂倾向。同时加入锌和镁，形成MgZn2,对合金产生明显强化作用。MgZn2含量从0.5%12%时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。在超硬铝合金中，锌镁的比例控制在2.7左右，应力腐蚀开裂抗力最大。再加入铜元素，形成Al-Zn-Mg-Cu合金，其强化效果在所有铝合金中最大。,2.5 XXXX系铝合金特点及用途,属于工业纯铝，具有密度小、导电性好、导热性高、熔解
21、潜热 大，光反射系数大，热中子吸收界面积较小及外表色泽美观等特性。表面成形成氧化膜，具有较好抗蚀性。不能热处理，只能冷作硬化提高强度，强度低。1050合金、带、箔材、管、棒、线材 导电体，食品、软管、小五金材、烟花粉1060合金 铝导体,1XXX系合金,以铜为主要合金元素的铝合金，包括Al-Cu-Mg合金、Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金和Al-Cu-Mn合金等，这些合金均属于热处理可强化合金。特点：强度高（常称硬铝合金）、耐热性能和加工性能良好，但耐蚀性不如多数其他合金，在一定条件下会产生晶间腐蚀，往往需要包覆一层纯铝，以提高其耐腐蚀性能。2014合金 板材、厚板，拉伸管、挤压管、锻件 应用
22、于高强度和硬度（高温）场合。用于飞机结构件，多级火箭第一级燃料槽与航天零件。2024合金 用于飞机结构。,2XXX系合金,以锰为主要合金元素的铝合金，属于热处理不可强化合金。塑性高，焊接性能好，是一种耐腐蚀性能良好的中等强度铝合金。3003合金 板材、厚板、线材、型、棒、箔材、运输液体的槽和罐、飞机油箱、洗衣机缸体。3004合金 易拉罐罐身,3XXX系合金,以Si为主要合金元素的铝合金，多数不能热处理强化。该合金熔点低，熔体流动性能好，容易补缩，并且不会使最终产品产生脆性。4032合金 锻件 活塞及耐热零件,4XXX系合金,以Mg位主要合金元素的铝合金，属于不可热处理强化铝合金。该系合金密度小
23、，属于中高强度铝合金，疲劳性能和焊接性能良好，耐海洋大气腐蚀性能好。5052合金 板材、冷加工棒材、拉伸管、箔材 用于制造油管、仪表、街灯支架,5XXX系合金,以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si为强化相的铝合金，属于热处理可强化铝合金。特点：中等强度，耐蚀性高，无腐蚀破裂倾向，焊接性能良好，焊接区腐蚀性能不变，成形性和工艺性能良好。该系合金用得最广的是6061和6063合金，它们具有最佳的综合性能和经济性。6063合金主要产品为挤压型材，是最佳的挤压合金，其应用量最大的为门窗建筑型材。,6XXX系合金,以Zn为主要合金元素的铝合金，属于热处理可强化铝合金。加Mg，则为Al-Zn-Mg合金，具
24、有良好的热变形性能，淬火范围很宽，在适当的热处理下能够得到较高的强度，焊接性能良好是高强可焊铝合金。7005合金 车辆零件 网球拍与垒球棒 再加入铜元素，形成Al-Zn-Mg-Cu合金，其强化效果在所有铝合金中最大，典型合金有7075合金 用作飞机材料结构。,7XXX系合金,8XXX系合金是以Fe为主要元素的铝合金9XXX系合金是备用元素的铝合金,3.1铝及铝合金的熔炼与铸造技术 3.2铝及铝合金的压力加工工艺,3.铝及铝合金主要加工方法,3.1铝及铝合金的熔炼与铸造技术,3.1.铝合金的熔炼特点3.1.铝合金的熔体净化处理3.1.铝合金的熔炼炉3.1.熔炼工艺3.1.铸锭方法3.1.熔铸技术
25、的发展趋势,3.1.铝合金的熔炼特点,熔炼：是金属合金化的一种方法，采用加热的方式改变金属物态，使基体金属和合金化组元按照要求配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足内部纯洁度、铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。目的：配制合金；通过适当的工艺措施（如精炼和过滤）提高金属净度；铸造成型为坯锭或铸件。熔铸质量在很大程度上影响压力加工过程和制品的质量。,铝非常活泼，易与气体和水发生反应Al+O2Al2O3;Al+H2O Al2O3+H2 这些反应都是不可逆的，一经反应，金属就不能还原，这样就造成了金属的损失。而且生成物（氧化物、碳化物）进入基体，将会污染金属，造成铸锭内部组织缺陷。对工艺设备（炉型、
26、加热方式等）和工艺流程（缩短熔炼时间、控制熔化速度、采用熔剂覆盖等）有严格的选择和控制。,铝在熔炼过程中易于其他物质发生反应。对大气中的水分和一系列工艺过程中的水分、油、碳氢化合物，发生反应。一方面增加熔体中的含气量，造成疏松、气孔；另一方面其生成物可将熔体污染。已有的杂质组元极难除去熔化过程易产生冶金缺陷。冶金缺陷的产生很大部分是在熔化过程中造成的，如含气量高、非金属夹渣、晶粒粗大、金属化合物的一次晶等。,3.1.铝合金的熔体净化处理,一般所谓“去气”是指去除合金中的气体，“精炼”是指去除合金中的夹杂物。去气精炼的目的就是清除或尽量降低氧化物夹杂和气体，以提高金属的净化程度。统称为净化处理。
27、目前国内普遍采用N2-Cl2混合气体或高纯度（99.7%)N2及熔剂精炼，陶瓷片过滤净化方法。一些大中型的铝加工厂引进了在线处理装置，如SNIF，MINT等提高熔体质量。,炉内净化处理,1.氮气净化 氮气化学性质不活泼，在精炼温度下与铝液及其他溶解的气体不发生化学反应，也不熔于铝熔体中。把氮气通入铝液能形成大量气泡。在这些气泡中氢分压等于零，因此熔体中的氢会向气泡扩散，从而去除了溶体中的气泡。在气泡上浮过程中，遇到夹杂物，由于表面张力的作用，夹杂物粘附在气泡表面上，最后气泡把夹杂物带到液面的渣中。,2.氯气净化 2Al+3Cl22AlCl3；Cl2+2H 2HCl 这些气体都以气泡形式从铝液中
28、浮起，起 去气除渣的作用，净化效果好。但氯气有毒，必须有完好的通风防护设备。3.混合气体净化 两气混合：N2-Cl2（9：1或8：2）三气混合：N2-Cl2-CO（8：1：1）Al2O3+2Cl2+3CO 2AlCl3+2CO2 AlCl3 和CO2 都有精炼作用，又能分解Al2O3,4.熔剂净化主要是通过与熔体中的氧化夹杂物发生吸附和溶解作用而实现。常用的精炼剂以氯化物为基础，加入氟化物，如CaF2、Na3AlF6等来吸附、溶解Al2O3,以增大净化效果。精炼时，先调整铝溶液温度到高于浇注温度2030。把熔剂撒在铝合金熔体表面，由于铝合金使用的熔剂密度比铝液小，它们都浮在上面。搅拌510mi
29、n，搅拌后再静置510min，然后清除合金上面的渣并撒上一层覆盖剂，精炼完毕即可浇注。,.氯盐净化利用它们和铝发生反应生成不熔于铝液的低沸点化合物（如AlCl3沸点182.7），在铝液中形成气泡，上浮时去气、清除杂质作用。常用的氯盐ZnCl2、MnCl2、C2Cl6、CCl4等。6.真空净化把铝液放在真空罐中，在通过真空设备把真空罐抽成一定真空度。在真空下铝液吸气的倾向趋于零，而且溶解在铝液中的氢有强烈析出的倾向，生成的气泡在上浮过程中将氧化物夹杂带出铝液，使铝得到净化。,炉外净化处理,.玻璃丝布过滤让熔体通过玻璃丝布过滤器，使夹杂受到机械阻隔而过滤。过滤网尺寸通常为0.6mm0.6mm1.7
30、mm1.7mm，可安放于静置炉与结晶槽之间的任何熔体通过部位。但玻璃丝布只能除去较大的夹杂，对微小夹杂无效而且只能使用一次。,.陶瓷过滤器过滤过滤器装有外径100mm，内径60mm，长500900mm的陶瓷过滤管数根。铝熔体通过陶瓷管大小不等、曲折的微细孔道，熔体中杂质被阻滞、沉降及介质产生吸附和范德瓦尔斯力作用，将熔体中杂质颗粒滤去。20目刚玉微孔陶瓷管能滤去5m以上的夹杂颗粒，16目可滤去810m夹杂颗粒。陶瓷管的使用寿命一般可通过300600t铝液。.泡沫陶瓷板过滤,3.1.铝合金的熔炼炉,目前我国铝加工厂的熔炼以矩形反射炉为主，燃料主要用天然气、煤气和燃油，仅有小部分为电阻炉，静置炉基
31、本上是电阻炉。熔炼熔炼一般为1050t，熔化率46t/h，热效率不到。西南铝加工厂引进35t顶装倾动式圆形炉，热效率达50%以上，熔化率达911t/h，是目前国内熔化率和热效率最高的圆形炉。,3.1.熔炼工艺,铝合金常用熔炼方法：（）分批熔炼法一个熔次一个熔次的熔炼，即一炉装料后，经过熔化、扒渣、调整化学成分、再经过精炼处理，温度合适后出炉，炉料一次出完，不允许剩有余料，再装下一炉料。适用于铝合金成品的生产。（）半分批熔炼法出炉时炉料留下五分之一到四分之一的液体料，随后装入，下一炉熔次炉料进行熔化。,适用于中间合金以及产品要求较低、裂纹倾向较小的纯铝生产。（）半连续熔炼法每次出炉量为三分之一到
32、四分之一。留于炉内的液体料为大部分，新加入的料可以搅入熔体之中，以致出炉和加料互相连续。适用于双镗炉熔炼碎屑。（）连续熔炼法加料连续进行，间歇出炉，连续熔炼法灵活性，仅适用于纯铝熔炼。,铝合金典型的熔炼工艺流程：炉料准备装炉熔化加合金元素（铜、锌）熔化后扒渣加（镁、铍）搅拌取样分析搅拌扒渣倒炉精炼扒渣覆盖静置调温炉前测氢出炉清炉。上述工艺流程通常是在一台熔炼炉和一台静置炉中完成的。其中熔炼炉担负熔化和调整成分的任务，静置炉担负净化熔体和保温的任务。这样好处是充分发挥熔炼炉的生产效率，既保证了熔炼质量，又提高了产量。,.配料炉料主要是由工业纯铝、回炉重熔的废铝料和中间合金及镁、锌等低熔点合金组成
33、。高熔点合金元素不能以纯金属加入，必须以熔铸成铝中间合金形式加入。.装炉对于反射炉，易烧损料装于炉底，铝锭装于中间，熔点高的装于上层，各种炉料应均匀平坦分布。,.熔化当炉料加热至软化时应适当覆盖熔剂。熔化过程中应注意防止过热，炉料熔化液面呈水平之后，应适当搅动熔体使温度均匀一致，同时也利于加速熔化。熔炼时间过长不仅降低炉子生产效率，而且使熔体含气量增加，因此当熔炼时间超长时应再次对熔体进行精炼。,4.扒渣当炉料全部熔化到达熔炼温度时即可扒渣。扒渣前应先撒入粉状溶剂（对高镁合金应撒入无钠溶剂），扒渣应尽量彻底。.加镁与铍扒渣后，即可想熔体加入镁锭，同时应加熔剂进行覆盖。对于高镁合金（镁），为防止
34、镁烧损，应加入0.002%0.02%的铍。铍可利用金属还原法从铍氟酸钠（Na2BeF4)获得,Na2BeF4是与溶剂混合加入。,.搅拌搅拌要平稳，不破坏熔体表面氧化膜。.取样经过搅拌后，应立即取样，进行炉前分析。.调整成分成分不符合标准要求，应进行补料或冲淡。.熔体的转炉成分调整好后，当熔体温度符合要求时，扒出表面浮渣，即可转炉。.熔体的精炼。,金属炉料准备.必须破碎或切割到一定的块度、重量。纯铝锭，一般为45kg/块，结晶硅、金属锰、金属钛等都要碎成1020mm小块；镁锭的大小，可以放入钟罩为宜；中间合金应沿锭块缺口处破断；电解铜、电解镍要锯成100mm100mm的块状。.各种炉料的表面，必
35、须经过吹砂处理，无氧化斑痕、泥土、水分、油污；无铜铁铸件及过滤网（板）等杂质。在装炉前，须把它预热到400左右，保温34h;混合稀土、镁锭、锌锭要预热到250,保温h.,3.1.铸锭方法,铝和铝合金的铸锭方法，随着生产发展的需要不断改革，现以不下几十种。然而可归纳为铁模、水冷模铸锭法，连续、半连续铸锭法及连续铸轧法。主要方法：铁模、水冷模铸锭法，直接水冷半连续铸造，热顶铸造，同水平热顶铸造，电磁铸造，水平连续铸造，水平直流电磁连续铸造，连续铸轧。,（）铁模、水冷模铸锭仍是我国小型铝加工厂板材铸锭的主要铸造方法。一般分为平模、立模和倾斜模铸造。普通水冷模的构造多由对开的两侧组成，两侧模分别通冷却
36、水。铁模与水冷模比较:(a)铁模较水冷模容易制造，维护也比较方便；(b)铁模消耗量大，劳动强度大；(c)对于用直接水冷铸造或热轧时裂纹倾向比较敏感的铸锭，采用铁模铸造会得到较好的效果；(d)水冷模冷却强度较大，铸锭质量比铁模好。,()直接水冷半连续铸造目前我国铝加工厂的铸锭生产，广泛采用直接水冷半连续铸锭。优点:(a)由于有两次水的强烈冷却，铸锭的结晶速度快，增加了铸锭的致密度；(b)铸锭凝固时具有显著的自下而上的方向性，极大的减少了铸锭的疏松、气孔及偏析等缺陷;(c)铸造时金属液流的落差小，减少了液流的冲击、飞溅及涡流，对保证铸锭质量非常有利；(d)适于多根铸造，更换规格容易；(e)生产率高
37、，劳动条件好，便于实现机械化和自动化;(f)占地面积小，模具费用低。,()连续铸轧由液体金属直接连续铸轧出铝材的方法。(a)轮带式连铸法由铸轮凹槽和旋转钢带形成移动式连续铸模，把液体金属注入铸轮凹槽和旋转钢带之间铸成板坯或线坯。她往往与连轧机或其他类型轧机组成连续铸轧机系列，实现液态金属一次加工成材的工艺过程。(b)双钢带式连铸法把液态金属注入两个张紧的平行钢带之间，通过由双带所形成的移动式模，而铸成铝的板坯，或型、棒及线坯。(c)双辊式铸轧法把液体金属注入两个相对旋转的铸轧辊的辊缝内，通过由双辊之间所形成的移动式模连续轧出板坯。,3.1.熔铸技术的发展趋势,()优化铝合金的成分、主要元素配比
38、和微量元素的含量，不断提高铝合金的纯度。()强化和优化铝熔体在线净化处理技术，减少熔体中的气体（H2等）和夹杂物的含量:达到每100gAl中H2含量小于0.1mL、Na离子的质量分数小于310-6等，不断提高铝合金的纯净度。()采用先进均匀化处理设备与工艺，提高铸锭的化学成分、组织与性能的均匀性。,（4）强化和优化细化处理和变质处理技术，不断改进和完善Al-Ti-B、Al-Ti-C等细化工艺，改进Sr、Na、P等变质处理工艺。（5）采用先进的熔铝炉型和高效喷嘴，不断提高熔炼技术和热效率。目前世界上最大的熔铝炉为150t，是一种圆形、可倾倒、并开盖的计算机自动控制的燃气炉。各种炉型正向大型化和自
39、动化方向发展。（6）采用先进的铸造方法，如电磁铸造，油气混合润滑铸造、矮结晶铸造等以提高生产效率和产品质量，节能降耗、降低成本。,金属坯料在外力（压力）作用下产生塑性变形，使金属坯料形状尺寸和组织性能改变,从而获得具有一定几何形状，尺寸和精度，使用性能的产品的加工方法。,3.2铝及铝合金的压力加工工艺,3。2.1.金属压力加工(金属塑性加工),钢、铝、铜、钛等及其复合材料。,适用范围,3.2.2.主要压力加工方法按加工方式分,(1)轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程。(可实现连续轧制)纵轧、横轧、斜轧。,举例：汽车车身板、烟箔等；其它：多辊轧制(24辊)、孔型轧制等
40、。,3.2.2.主要加工方法,(2)挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而获得各种断面金属材料的加工方法。,举例：管、棒、型；其它：异型截面。,正挤,反挤,3.2.2.主要加工方法,卧式挤压机,3.2.2.主要加工方法,(3)拉拔：将大截面积的杆坯从一定形状、尺寸较小的模孔中拉出,使其断面积减小、长度增加。可生产各种断面的线材、管材和型材。,3.2.2.主要加工方法,(4)锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形 A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力或压力而产生塑性变形的加工,我国自行研制的万吨级水压机,3.2.2.主要加工方法,B.模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲 击力或压力而产生
41、塑性变形的加工。举例：飞机大梁，火箭捆挷环等,万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环,3.2.2.主要加工方法,(5)冲压：金属坯料在冲模之间受压产生分离或 变形的加工方法。,粉末冶金生产工艺,喷射沉积,挤压,拉拔,轧制,连铸连轧,连续挤压conform,轧制 特点:生产率高、产量大、产品种类多 产品：管材、型材、板带、箔、条 挤压 特点：具有强烈的三向压应力状态 产品：管材、型材、棒材 锻造 特点：改善金属内部组织，提高金属力学性能；具有较高生产率；节约金属材料和切削加工工件时间 产品：棒材、型材,3.2.3 铝及铝合金的挤压工艺,正挤压,3.2.4 铝及铝合金的轧制工艺,轧制,板材、带材和
42、箔材的轧制轧制加工是由被加工材料通过二个旋转的轧辊之间的辊缝而变形的加工过程，即轧制就借助旋转轧辊的摩擦力将轧件拖入轧辊间，同时依靠轧辊施加的压力使轧件在轧辊间发生压缩变形的一种材料加工方法。轧件通过轧制后，不仅使轧件的形状、尺寸变化，而且轧件的组织与性能也得到改善和提高。如热轧能使铸锭的粗晶破碎、组织致密化；冷轧能使金属的晶粒破碎，变得更细小，而且强度提高，塑性降低等。,铝合金热轧温度包括开轧温度和终轧温度。开轧温度：理论上热轧开轧温度取合金熔点温度的0.850.90左右，但应考虑低熔点相的影响。热轧温度过高，容易出现晶粒粗大，或晶间低熔点相的融化，导致加热时铸锭过热或过烧，热轧时开裂。终轧
43、温度：铝及铝合金在热轧开坯轧制时的终轧温度一般都控制在再结晶温度以上，即再结晶温度温度以上2030。,4.1铝合金新材料的发展趋向 4.2铝合金新技术及产品的发展趋向 4.3铝新产品开发分析 4.4 4.5,4、铝加工产品开发分析,4.1铝合金新材料的发展趋向,目前全世界已正式注册的铝合金达千种以上，分别包含在1-9系中，为世界经济的发展和人类进步作出了巨大贡献。但是，随着技术的进步和人民生活水平的提高，有些合金已被淘汰，极其需要发展一批高强、高韧、高模、耐磨、耐蚀、耐疲劳、耐高温、耐低温、耐辐射、防火、防爆、易切削、易抛光、可表面处理、可焊接的和超轻的新型铝合金，如b750MPa的高强高韧合
44、金，比重小于2.4的铝锂合金等；,4.2铝合金新技术及产品的发展趋向,研究开发各种新型铝合金的热处理、形变热处理、表面处理方法，以获得各种具有特殊性能和特种功能的新材料；全面深入研究铝合金的成分加工与热处理工艺组织与性能之间的关系，以改善各种材料的性能，使之成为用途广泛的新材料；广泛研究铝合金的粉末冶金、复合材料、超细粉和纳米级材料等新产品。,板、带、条、箔新材料与新产品,4.3 铝新产品开发分析,高性能大规模预拉伸厚板(=150300mm，B=15002500mm，L=1030m)；大规模中厚板和变断面板材；高性能特薄铝板，如PS版基、易拉罐板、铝箔毛料板、镜面板、高级装饰板及其他具有特殊性
45、能或功能的宽幅薄板等；低、中、高压点容器铝箔、亲水箔、憎水箔、复合箔以及0.004mm的超薄铝箔等；,板、带、条、箔新材料与新产品,4.3 铝新产品开发分析,特种花纹板、压型板、波纹板以及具有特种功能的泡沫铝板和复合铝板及塑复铝板等；具有高冲压性、可焊性、可自时效性的中强汽车车身板等；超高强、高韧、高抗疲劳和抗腐蚀的航天航空用结构铝合金板和蒙皮板等。,管、棒、型、线材料新产品,4.3 铝新产品开发分析,变断面管材和型材；无缝异形空心型材；异形、多孔、多层空心型材；大规格（B250mm；H200mm；L30m)特种型材料和壁板；无粗晶环的细密均匀组织的挤压型、棒材；铝塑复合管材和型材；隔热、隔音
46、门窗型材和泡沫铝合金型材及管材；高表面、高密度、特薄、超宽铝合金装饰型材；,管、棒、型、线材料新产品,4.3 铝新产品开发分析,大径薄壁、高表面、高精度管材；超大型高强度新型建筑型材；大悬臂半空心型材和大型散热器型材 具有特殊性能和功能的型材及管材；大型管母线；钻探管；超细毛细管；内外罗纹管等特殊管材；超高强、高韧、高抗疲劳、抗腐蚀的大型军用材料；具有抗辐射、抗爆破、抗振动等特殊性能的型材和管材；超细线材等。,铝合金铸锻新产品,4.3 铝新产品开发分析,高性能高精密度超薄铸件和压铸件；半固态和液态金属成形产品；复合材料铸件和锻件；粉末冶金和喷射成型的高强度耐热合金锻件；,铝合金铸锻新产品,4.
47、3 铝新产品开发分析,超高强度、高韧性航天航空结构锻件；超大型高性能模锻件；高强、超薄精密模锻件；高精度多向模锻件；具有特种性能或功能的大型模锻件。,铝深加工新产品的开发方向,各种花色，具有特殊性能与功能的门窗、幕墙新产品；农业喷灌、高压液体和气体输送的高性能焊接管接头、特殊容器与高压电容器等；全铝汽车、卡车外壳及全铝船舶、潜艇上层建筑外壳；全铝石油悬浮装置和钻探系统；,铝深加工新产品的开发方向,高速列车、地铁列车、轨道车铝质车厢和集装箱；铝质跳水板（台）及其他铝质文体产品；铝合金活动房屋、仓库、旅游蓬等新产品；铝质家具、装饰柜、家用电器外壳、新型仪表外壳、电子通讯器械等新型产品。,5、铝加工
48、产业发展形势,国内著名铝加工企业 101（东北轻合金加工厂）、112（西南铝加工厂）、113（西北铝加工厂）、华北铝、华东铝、忠旺、南山、广东凤铝、亚洲铝、兴发铝、坚美铝型材等等长沙市有色金属加工企业长沙铜铝材厂、长沙铝厂、振升、经阁、华天铝、华棱公司等等产业形势企业分布：沿海多，内地少，（铝型材厂：广东有1000多家）产品结构与质量：重复生产，质量低劣技术装备：小企业：落后，陈旧；大企业：重复引进企业管理：宏观无力，微观失控民营企业的崛起：大有吞并国有企业之势 长沙振升、经阁、山东丛林公司等,世界铝工业经历了100多年的发展，目前有如下的发展趋势,铝加工行业发展趋势（1）,联合重组加快，产业
49、集中度提高 初级产品向资源丰富国家转移 依靠科技进步，生产成本不断降低 新材料发展迅速 国际贸易日趋活跃,世界铝工业经历了100多年的发展，目前已基本形成了以规模经济和氧化铝、电解铝、铝加工上下游结合为基础的发展摸式,铝加工行业发展趋势（2）,以美国最大的铝业公司美国铝业公司（ALCOA）为例，根据有关统计资料，1999年其氧化铝产量大约在135O万吨（包括用于化学品的生产），原铝锭的生产能力为450万吨左右，85%用于半成品或深加工产品。其中有板带材生产厂11家，铝箔厂3家。板带箔的产量约占整个加工材产量的65%。其中达文波特厂主要供应航天、航空和军品材料，热扎机为5580mm和4060mm
50、热粗扎加工3660热中扎，再加2540mm五架热连扎，生产能力在4050万吨；田纳西厂主要生产制造罐料，热扎为新安装的SMS五机架热连扎，成品产量在45万吨左右。其他大型铝业公司，如加拿大铝业工司（ALCAN）也基本如此，这些公司的铝板带厂生产能力基本都在50150万吨。,铝加工行业发展趋势（2）,在生产工序上，由于这些公司的特点都是矿山、氧化铝、电解铝、铝加工共同组成的联合公司，上下游工序的结合使企业具有更强的成本优势。这些公司已普遍采用电解铝液加废料铸造大板锭、铸扎卷以减少铝锭重熔所造成的资源浪费。近几年来，世界铝工业的规模化经营和上下游产业链结合的趋势更加明显。国外大型铝企业集团和跨国公
