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鋁及鋁合金加工理論

   日期:2015-04-02     瀏覽:1183    評論:0    
一、
鋁及鋁合金牌號
鋁的某些物理特性
原子量 26.97
比重 2.7
熔點(diǎn) 687℃
2) 牌號 1××× 、3×××、5×××
2、金屬材料機(jī)械性能
1) 定義:在一定條件下,金屬抵御外力的能力
2) 包括:強(qiáng)度、硬度、韌性、疲勞等
塑性:在外力作用下引起的永久性變形而不斷裂能力

硬度:金屬抵抗比它硬的物質(zhì)壓入的能力
金屬內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)
金屬的原子結(jié)構(gòu)特性
最外層電子數(shù)少;外層受核的吸引力小
2) 金屬的原子結(jié)合方式
4、金屬特性
導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、可塑性
晶體與非晶體
定義:固體物質(zhì)按原子的聚集狀態(tài)可分為晶體和非晶體
特性:固態(tài)無機(jī)物一般都為晶體
晶體:原子做有規(guī)則排列的物體
特性:具有一定的熔點(diǎn),具有各向異性(因方向不同會(huì)有化學(xué)、物理、機(jī)性變化)
非晶體:原子排列無規(guī)則的物體
特性:沒有固定熔點(diǎn),具有各向同性
晶體結(jié)構(gòu):晶格、晶胞、晶格常數(shù)
晶格:就是用假想的線條,把原子在空間三維方向的位置互相連接起來而形成的空間網(wǎng)格。
晶胞:在晶格中能夠代表晶格的最小單元
晶格常數(shù):用晶胞的三個(gè)邊長a、b、c各邊之間的夾角αβγ
常見金屬晶體結(jié)構(gòu)
體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格
常溫下,Cu、Ni、Al屬于面心立方晶格,可塑性良好。
Fe屬于體心立方晶格,溫度變化,可調(diào)節(jié)為面心立方晶格
Zn、Mg密排六方晶格,不容易變形
金屬合金:熔合兩種或兩種以上金屬或非金屬,具有金屬特性的物質(zhì)。
組元:組成合金成分的單元
純金屬及合金的微觀組織
組織分布及檢驗(yàn)的方法
光學(xué)金相檢驗(yàn)、電鏡顯微分析、X-ray射線儀
純金屬的顯微組織特性
組織:金屬的一種或多種晶體相結(jié)合的形式,在顯微鏡下所呈現(xiàn)出來的特征和形貌。
特征:其顯微組織是由許多不規(guī)則的多邊形晶體集合而成的。
晶粒:每個(gè)不規(guī)則的晶體叫晶粒。
晶界:晶粒與晶粒之間相接觸的界面。
單晶體:晶面取向一致的單顆晶粒,具有各向異性。
多晶體:是由為數(shù)眾多的單晶體組成,是由許多外形不規(guī)則的晶粒組成,具有各向同性。
按幾何形態(tài)可分為:點(diǎn)缺陷、面缺陷、線缺陷
晶體缺陷:晶體結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的某些不規(guī)則。
點(diǎn)缺陷:三維方向上尺寸很小的缺陷,主要包括空位、間隙原子、外來原子。
線缺陷:一個(gè)方向尺寸大,另外兩個(gè)方向的尺寸比較小,包括各種位錯(cuò)、硬性位錯(cuò)、螺性位錯(cuò)。
10、液態(tài)金屬結(jié)晶和鑄錠組織
純金屬的結(jié)晶
液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特征:短時(shí)有序、流動(dòng)性、分割性
由許多體積細(xì)微,忽聚忽散的原子集團(tuán)組成的,集團(tuán)里的原子做近似晶體的規(guī)則排列,短而有序。
金屬結(jié)晶的一般概念:
結(jié)晶:在某一溫度條件下,金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變成晶體狀態(tài)的過程。
實(shí)質(zhì):金屬由短程有序向長程有序轉(zhuǎn)變的過程。
結(jié)晶溫度:液態(tài)金屬開始結(jié)晶的溫度。
純金屬的結(jié)晶過程:先生核→核長大→交替重疊的過程組成
自發(fā)形核、非自發(fā)形核、樹枝狀方式生長
鑄錠組織:鑄錠典型的結(jié)構(gòu)是由三層晶粒帶構(gòu)成,表面由細(xì)小等軸晶粒帶,較內(nèi)層的柱狀晶粒帶,中心粗大等軸晶粒帶。
11、金屬的塑性及再結(jié)晶
彈性變形和塑性變形
彈性變形特征:1)彈性變形時(shí),晶體中原子暫時(shí)偏離平衡位置
2)彈性變形后,顯微組織不留下任何痕跡
塑性變形特征:1)晶體中原子永遠(yuǎn)偏離平衡位置
2)金屬塑性變形后的組織和性能發(fā)生了永久性變化
12、冷塑性變形金屬組織變化、結(jié)構(gòu)、性能的影響
1)金屬組織結(jié)構(gòu)的變化
晶粒變形方向伸長,當(dāng)變形量很大時(shí),晶粒被拉長,呈纖維狀或薄片狀。
產(chǎn)生了各式各樣缺陷
2)性能變化
產(chǎn)生了加工硬化,金屬在外力作用下,使強(qiáng)度升高,塑性和韌性下降
加工硬化在實(shí)際生產(chǎn)中的意義:
1) 是改善、控制金屬材料性能的一種手段
2) 是某些工件和半成品成型的重要因素

加工硬化在實(shí)際生產(chǎn)中的不利影響:
由于加工硬化,使變形抗力增加,增加了動(dòng)力消耗
因加工硬化,使塑性降低需中間退火,延長生產(chǎn)周期增加成本
使過程中尺寸變差,易變形
內(nèi)應(yīng)力:加工中殘余應(yīng)力留于金屬中,外力取消后仍殘留在金屬內(nèi)部的應(yīng)力。
成因:由于變形不均勻引起的
性質(zhì):內(nèi)應(yīng)力是一種彈性應(yīng)力,最大值σ內(nèi)max≤σP(彈性極限)
在整個(gè)工件內(nèi)應(yīng)力處于一種暫時(shí)的平衡狀態(tài),拉應(yīng)力=壓應(yīng)力,作用在任何一個(gè)截面全應(yīng)力等于零。
宏觀、微觀內(nèi)應(yīng)力
由于工件內(nèi)部變形不均引起的應(yīng)力 宏觀 1%
由于微觀晶粒或亞晶粒變形不均 微觀 1-2%
由于金屬內(nèi)部原子錯(cuò)位 微觀 98-97%
13、冷變形后的金屬加熱時(shí)的組織和性能變化
冷變形后的金屬加熱時(shí),組織和性能依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個(gè)階段變化
回復(fù)
回復(fù)過程:變形晶體內(nèi)晶格畸變,逐漸降低過程
組織變化:晶粒的形狀和大小與變形態(tài)相同
內(nèi)應(yīng)力:宏觀內(nèi)應(yīng)力被大部分或全部消除,而微觀內(nèi)應(yīng)力只消除一部分。
性能:加工硬化依然存在,物理性能回復(fù)顯著
應(yīng)用:去應(yīng)力退火(成品退火)
再結(jié)晶
再結(jié)晶:新的等軸晶粒,代替舊的變形晶粒的過程
組織結(jié)構(gòu)的變化:晶粒為細(xì)小的等軸晶粒,亞晶聚并長大消失,變形所引起的晶格畸變逐漸消失,錯(cuò)位大大減少。
性能變化:消除了加工硬化,恢復(fù)到再結(jié)晶狀態(tài)
再結(jié)晶過程:是固態(tài)下的組織轉(zhuǎn)變
再結(jié)晶溫度:冷變形金屬開始發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度,≥70%變形量,保溫時(shí)間一小時(shí)內(nèi)完成再結(jié)晶的最低溫度。
影響再結(jié)晶的因素:
變形程度
臨界變形程度:能夠發(fā)生再結(jié)晶的最小變形程度
ε<ε臨 T再→T熔點(diǎn)
ε=ε臨 T再→T最高
ε>ε臨 T再→T降低
ε很大時(shí) T再→恒定
雜質(zhì)及合金元素:
金屬中熔入雜質(zhì)及其他合金元素,能顯著提高再結(jié)晶溫度 T再↑
其他:變形前的原始晶粒細(xì) T再↓
加熱速度快 T再↓
保溫時(shí)間長 T再↓
影響再結(jié)晶晶粒大小的因素
變形程度的影響
ε<ε臨 晶粒保持原狀(沒有發(fā)生再結(jié)晶)
ε=ε臨 再結(jié)晶后晶粒粗大
ε>ε臨 隨著ε增加,晶粒尺寸減小,最后趨于恒定
退火溫度的影響
退火溫度高、保溫時(shí)間長、加熱時(shí)間慢,再結(jié)晶晶粒粗大
原始晶粒尺寸細(xì),再結(jié)晶晶粒細(xì)小
雜質(zhì)及合金元素:
凡能延緩再結(jié)晶及阻礙晶粒長大的雜質(zhì)和元素,均使再結(jié)晶晶粒變小。
應(yīng)用:中間退火、成品退火
晶粒長大:
概念:再結(jié)晶完成后,晶粒繼續(xù)長大的過程
組織:粗大等軸晶粒
性能:機(jī)械性能降低,以沖擊韌性降低最為明顯
過程:是通過原子擴(kuò)散晶界遷移,大晶粒吞并小晶粒的方式進(jìn)行
14、金屬的熱塑性變形
1)冷、熱塑性變形的區(qū)別與聯(lián)系
熱塑性變形:金屬在再結(jié)晶溫度以上,不保留加工硬化的變形
冷塑性變形:金屬在再結(jié)晶溫度以下,保留加工硬化的變形
熱塑性變形的實(shí)質(zhì):熱塑性變形是冷變形和再結(jié)晶過程的重疊的結(jié)果
熱塑性變形的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):變形能力強(qiáng)、可以減小各向異性的形成傾向、減小設(shè)備功率消耗和工具磨耗
缺點(diǎn):不易生產(chǎn)截面小、厚度薄的產(chǎn)品;產(chǎn)品尺寸精度低、表面光潔度差
熱塑性變形對金屬材料組織和性能影響
組織:使其組織致密(孔洞、疏松被消除)
鑄態(tài)的柱狀晶和粗大等軸晶被壓碎成細(xì)小的晶粒
性能:提高金屬塑性

15、常用鋁加工方法簡介
鋁加工按以下兩種方式分類:
按加工時(shí)工件的溫度特征:熱加工、冷加工、溫加工(270℃)
按加工時(shí)工件的受力和變形方式分:鍛造、軋制、擠壓、拉伸

16、有色金屬合金熱處理簡介-dalilvcai.com
1)熱處理概念:將金屬或合金材料在一定介質(zhì)或空氣中加熱到一定溫度,并在此溫度下保持一定時(shí)間,然后以某種冷卻速度冷卻到室溫,從而改變金屬材料組織和性能的方法。
熱處理分類:軟化處理、硬化處理
軟化處理:鑄錠的均勻化退火、回復(fù)及再結(jié)晶退火(預(yù)備退火、中間退火、成品退火)
硬化處理:淬火、時(shí)效(人工、自然)、形變熱處理
2)熱處理的基本過程:
加熱-保溫-冷卻 三個(gè)階段組成
加熱:包括升溫速度,加熱的溫度
保溫:在加熱溫度下的停留時(shí)間
停留時(shí)間:以使金屬表面溫度與中心一致,組織發(fā)生變化
冷卻:
3)幾種退火的目的
鑄錠的均勻化退火:把鑄錠加熱到接近合金的熔點(diǎn)溫度,進(jìn)行長時(shí)間保溫,并緩慢冷卻的熱處理過程。(溫度上限90-95%熔點(diǎn))
目的:消除成分和組織不均勻性,提高塑性
有色金屬合金的回復(fù)和再結(jié)晶退火
分類與目的:
預(yù)備退火:壓力加工過程中,第一次冷變形前的退火
目的:消除加工硬化和部分時(shí)效硬化效應(yīng)
中間退火:兩次冷變形之間的退火
目的:主要消除加工硬化
成品退火:產(chǎn)品出廠前的最后一次退火
高溫退火:再結(jié)晶溫度以上退火
目的:獲得軟狀態(tài)產(chǎn)品“O”態(tài)
低溫退火:再結(jié)晶開始到再結(jié)晶終了溫度之間的退火
目的:為了獲得不同硬度的產(chǎn)品
去應(yīng)力退火:在回復(fù)與再結(jié)晶開始溫度之間的退火
目的:獲得硬狀態(tài)產(chǎn)品

主要工藝參數(shù)-大瀝鋁材網(wǎng)
加熱速度:原則越快越好
加熱溫度:由合金種類及退火目的決定
保溫時(shí)間:根據(jù)了的尺寸,料的多少,最終達(dá)到內(nèi)外溫度一致
冷卻速度:主要根據(jù)金屬及合金性質(zhì)決定,熱處理不可強(qiáng)化的合金可直接出爐冷卻,熱處理可強(qiáng)化合金則要緩慢降溫。
 
標(biāo)簽: 鋁合金 鋁加工
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