如何控制铝合金热变形

铝合金是工业中使用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中均有铝合金工件。在飞机结构中为了减轻重量，采用了大量的铝合金材料的薄壁零件，由于铝合金零件材料热膨胀系数较大，薄壁加工过程中很容易变形。尤其是在采用自由锻毛坯时余量大，变形问题更为突出。

一、铝合金工件切削变形的原因

铝合金零件变形的原因很多，与材质、零件形状、工艺条件、切削油的性能等都有关系。主要有以下几个方面：毛坯内应力引起的变形，切削力、切削热引起的变形，夹紧力引起的变形。

二、减少工件变形的工艺措施

（1）降低毛坯的内应力

采用时效以及振动处理或预先工艺均可部分消除毛坯的内应力，余量大的毛坯工件故变形也大。若预先去掉毛坯的多余部分缩小各部分的余量，不仅可以减少以后工序的变形，而且放置一段时间，还可以释放一部分内应力。

（2）合理选择刀具几何参数

前角：在保持刀刃强度的条件下前角适当选择大一些，一方面可以磨出锋利的刃口，另外可以减少切削变形使排屑顺利，进而降低切削力和切削温度。

后角：后角大小对后刀面磨损及表面质量有直接的影响。粗铣时由于进给量大、切削负荷重、发热量大，要求刀具散热条件好，因此后角应选择小一些。精铣时要求刃口锋利，减轻后刀面与表面的摩擦减小弹性变形，因此后角应选择大一些。

螺旋角：为使铣削平稳降低铣削力，螺旋角应尽可能选择大一些。

主偏角：适当减小主偏角可以改善散热条件，使平均温度下降。

（3）改善刀具结构

减少铣刀齿数加大容屑空间。由于铝合金材料塑性较大切削变形较大，需要较大的容屑空间，因此容屑槽底半径应该较大、铣刀齿数较少为好。

（4）精磨刀齿

在使用新刀之前，应该用细油石在刀齿前、后面轻轻磨几下，以消除刃磨刀齿时残留的毛刺及轻微的锯齿纹。这样不但可以降低切削热而且切削变形也比较小。

（5）严格控制刀具的磨损标准

刀具磨损后工件表面粗糙度值增加，切削温度上升工件变形随之增加。因此除选用耐磨性好的刀具材料外，还应严格控制刀具磨损程度，否则容易产生积屑瘤。切削时工件的温度不能过高以防止变形。

（6）改善工件的夹装方法

对于刚性较差的薄壁铝合金工件，对于薄壁衬套类零件如果用三爪自定心卡盘或弹簧夹头从径向夹紧，一旦松开工件必然发生变形。以零件内孔定位自制一个带螺纹的穿心轴套入零件的内孔，其上用一个盖板压紧端面再用螺帽背紧。外圆就可避免夹紧变形从而得到满意的精度。

（7）切削油的选用

由于铝合金的硬度较低且切削性较差，对切削油的冷却、润滑、渗透及清洗性能有更高的要求，另外还需要一定的抗腐蚀性能以防止工件发黑，常用的切削油切削过程中能在金属表面形成高熔点硫化物，而且在高温下不易破坏，具有良好的润滑作用，并有一定的冷却效果，一般用于切削、钻孔、铰孔及攻丝等工艺。

这么大的板金件采用常规的办法必然产生弧度(warpage),所谓平面度(Flatness)难以保证.看能不能从材料和工艺两方面看看:1)铝板有没有做热平整(Thermal flatten)? 国内有的厂提供这种板材2)调整走刀轨迹,使之受力均匀3)如果量大的话,并且数控冲床压力够大的花,可以考虑做专用的冲刀,比如在产生弧度的方向将所有的方孔同时冲下,或分两步冲下我们当时就是这样做的.量小的话,那无所谓.我们有一个零件,每月只有二十几个量,平面度要求极高,开了冲压模也不行,只有用激光割.希望有所帮助.

熔化状态的铝合金在凝固结晶过程中，其体积大约减少6%,在此过程中所产生的收缩应力可能会导致焊接接头的变形。焊接输入的热量会使临近焊接区域的金属膨胀，热源离开时，金属冷却产生收缩，加上熔化的金属在冷却过程中的收缩，可使焊接处产生拉应力，增加了裂纹的敏感性。焊接结构件在冷却过程中受到过度限制也可导致焊接裂纹产生。焊接坡口的形状和焊缝数量是影响变形量的主要因素，双面对接焊的变形量通常比多焊道V型坡口焊的变形量要小得多。焊接速度也是控制变形的决定因素，焊接速度较低时热输入量多会导致更大的膨胀，并且在冷却的过程中收缩也较大。热输入量不充足会导致焊缝熔化不良，产生未焊透和未熔合等缺陷。明星机械总结出焊前预热可降低产品的变形程度和产生裂纹的倾向，并能提高焊接速度。

铝合金热处理一般在硝盐炉或真空炉中进行。常常会引起零件表面的腐蚀、甚至出现黑点和孔洞。铝及铝合金的腐蚀形态主要是点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、剥层腐蚀等。不管是什么形态腐蚀，除了与材质本身有关外，都与热处理和环境因素有关。

在硝盐浴中加热的铸件，表面常有疏松和腐蚀斑痕。常在铝件的螺纹、沟槽和小孔内形成腐蚀斑痕。因此要控制浴炉氯离子含量小于0.5%，硝盐浴的杂质总量小于2%，碱中碳酸钠总量小于1%。若发现零件有腐蚀现象，应向炉中加入占盐浴总质量的3%左右的重铬酸钾，将重铬酸钾与硝盐按1：5混合后烘干，在盐浴400℃左右加入。保证盐浴加热不产生腐蚀。淬火大件时，为防止硝盐黏附在零件表面或凹槽处，要立即清洗，水温控制在30~50℃，清洗水中不许含酸和碱。

在空气炉中加热时，因炉膛内湿度大，水分多，易造成氢腐蚀。表面出现气泡，零件表面清洗不干净，残留油脂及含硫化物，同样会破坏铝件原有氧化膜的完整性，使其发生分解，并渗入氧化膜内层，产生腐蚀。沿海地区潮湿空气中含有盐分的氯离子进入炉膛对铝件腐蚀更加厉害。因此在热处理前，零件要清洗干净，烘干无水后才能进炉。炉内要排出有害气体，加入保护气体，炉内露点要低，不能有水分。

有应力腐蚀倾向的铝合金，应确保各部位均匀、快速冷却，尽量缩短淬火转移时间，水温不准超高。

包铝材料在热处理时，合金元素会渗入包铝层，加热温度不能过高，保温时间要短。如果工艺不当，重复加热次数多，会使Zn、Cu、Mg向包铝层扩散，产生腐蚀。

铝合金表面的氧化膜和阳极化膜有保护作用。在空气炉中，每立方米炉膛加入3g氟酸铵，高温时会在工件表面形成氧化膜起到保护作用。

在目前生产中，铝和镁合金加热保护方式不同。镁合金用SO2保护。处理镁合金的炉子不能立即处理铝合金，在生产中要必须注意。

一般超硬铝的抗氧化性能最差，硬铝次之，低强度铝合金则较好。

云合金文库很高兴为您解答，由于铝的热导率比一般材料高，铝合金焊接变形的结构控制要比其他材料难度大。在焊接过程中． 不均匀的加热使得铝合金材料焊缝及其附近的温度很高，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力，致使焊接结构产生各种变形。铝合金内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件变形，这是产生焊接应力与变形的根本原因。

1) 材料: 铝合金材料具有导热性强、散热快的特点，线膨胀系数比碳钢大很多，使得在焊接过程中比碳钢变形大。

2) 焊接工艺参数: 焊接电流和焊接速度直接影响焊接能量的大小。合理的焊接工艺参数可以在很大程度上减少焊接变形量。

3) 装配焊接顺序: 构件在装配过程中，不同的焊接顺序会产生不同的焊接应力，所以同样的构件，采用不同的装配焊接顺序，就产生不同的变形量，装配顺序是影响变形量的关键因素之一。

4) 结构设计: 导管产品本身结构设计复杂，焊缝较多、较长及位置不当、操作不方便等因素都是导致焊接变形量大的诱因。

进行试模，找出合理的铝水温度，铝水填充速度，增压压力，保压时间，冷却时间，甚至于取件后的模具冷却喷涂位置，时间等等，如还不能解决就改模具，进水口，铝水填充流向，排气口，渣包分布位置，顶杆分布位置等等

依据铝合金焊接时发生热裂纹的机理，能够从冶金要素和技术要素两个方面进行改进，下降铝合金焊接热裂纹发生的机率。

在冶金要素方面，为了防止焊接时发生晶间热裂纹，首要经过调整焊缝合金体系或向填加金属中增加蜕变剂。调整焊缝合金体系的着眼点，从抗裂角度思考，在于操控适当的易熔共晶并减小结晶温度区间。

因为铝合金归于典型的共晶型合金，最大裂纹倾向恰好同合金的“最大”凝结温度区间相对应，少数易熔共晶的存在老是增大凝结裂纹倾向，所以，一般都是使首要合金元素含量超越裂纹倾向最大时的合金组元，以便能发生“愈合”效果。

在技术要素上，首要是焊接标准、预热、接头方式和焊接次序，这些办法都是从焊接应力上着手来处理焊接裂纹。焊接技术参数影响凝结进程的不平衡性和凝结的安排状况，也影响凝结进程中的应变增长速度，因而影响裂纹的发生。

热能会集的焊接办法，有利于快速进行焊接进程，可防止构成方向性强的粗大柱状晶，因而能够改进抗裂性。选用小的焊接电流，减慢焊接速度，可削减熔池过热，也有利于改进抗裂性。

经过预热，能够使得试件相对胀大量较小，发生焊接应力相应下降，减小了在脆性温度区间的应力；尽量选用开坡口和留小空隙的对接焊，并防止选用十字形接头及不适当的定位、焊接次序；焊接结束或中断时，应及时填满弧坑，然后再移去热源，不然易导致弧坑裂纹。关于 5000 系合金多层焊的焊接接头，通常因为晶间局部熔化而发生显微裂纹，因而有必要操控后一层焊道焊接热输入量。

两者的区别：

6005A铝合金在低应变速率条件下,不同变形温度时的流变曲线均呈现波浪形特征,随着应变速率的增加,硬化和软化接近平衡,表现为稳态流变特征在高应变速率条件下,硬化过程占据主导地位,回复和硬化过程的竞争使流变曲线呈现波浪形上升的趋势。

6082铝合金在低应变速率情况下,不同变形温度时的流变曲线未出现周期性波动在中等应变速率条件下也表现为稳态流变特征在高应变速率条件下出现波浪形特征。

两种铝合金均为正应变速率敏感材料,其热变形是受热激活控制.最后给出了铝合金热变形条件下流变应力、应变速率和变形温度三者之间的关系式.