铝合金的变形工艺及强化机理

理佑　用　Ｉ■　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　

铝合金衬套类零件变形的工艺研究　

卑喜敏　吕　泉刘翠平　（沈阳黎明航空零部件制造有限公司；中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司；中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司）　

［摘要］铝合金衬套类零件具有重量轻、结构紧凑、耐腐蚀、易换性强等优点，但其刚度差，材料硬度低，线膨胀系数大造成其极易变形，很难满足零件加工　精度和加工质最的要求，进而影响零件使用性能。本文通过分析车削铝合金衬套类零件变形的原因，从工艺路线、刀具选择两个方面提出了解决典型零件的变形的　方法，为此类零件的加工提供了新的思路和方法。　［关键词］铝合金、变形、工艺台、刀具　中图分类号：ＴＫ０．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１５）２２—０３９０—０１　

引言，铝合金衬套类零件具有重量轻、耐腐蚀、结构紧凑、易换陛强、占空间　位置少等许多优点，因此在航空产品中得以广泛应用。但是，铝合金材料具有硬　

度小，线膨胀系数大等问题，造成其加工过程极易变形，很难满足零件加工质量　

和加工精度的要求。尤其，衬套类零件大部分都是薄壁零件，零件本身的刚度　

差，使零件的变形问题成为铝合金衬套类零件的加工瓶颈。　

１　铝合金衬套类零件车削加工分析　１．１切削力分析　车削过程中，刀具和零件会产生切削力。对于铝合金衬套类薄壁　

件，径向刚度很弱，在径向切削力的作用下很容易使径向尺寸变形。此类零　

件的变形主要受垂直于走刀方向的切削力分力的影响，只要我们了解影响切削　力变化的主要因素和变化规律，就可以采取相应的措施，降低切削力，减小工件　

因切削力的影响而产生的变形。在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生　

的阻力，为了便于理解，通常把切削力Ｆ分解为三个互相垂直的分力。　

１）垂直于水平面的分力Ｆｚ，叫垂直切削分力。它的大小占切削力Ｆ的９０％以　

上，所以这个分力也叫主切削力。在切削过程中，主切削力是计算切削功率、工　

铝合金的强化方法

铝合金在常温和中等应力作用下产生塑性变形，主要由位错滑移所致，而高温和低应力作用下产生塑性变形则由位错蠕动和扩散流变产生。总的来说，不管工作温度高低，合金抵抗变形能力主要由位错运动难易所决定。因而，把增加铝合金对位错运动的抗力称为铝合金强化。

铝合金的强化及其分类方法很多，一般将其分为加工硬化和合金化强化两大类。铝合金强化方法可细分为加工硬化、固溶强化、异相强化、弥散强化、沉淀强化、晶界强化和复合强化七类。在实际应用过程中往往是几种强化方法同时起作用。

A 加工强化

通过塑性变形（轧制、挤压、锻造、拉伸等）使合金获得高强度的方法，称为加工硬化。塑性变形时增加位错密度是合金加工硬化的本质。据统计，金属强烈变形后，位错密度可由106根/cm2增至1012根/cm2以上。因为合金中位错密度越大，继续变形时位错在滑移过程中相互交割的机会越多，相互间的阻力也越大，因而变形抗力也越大，合金即被强化。

金属材料加工强化的原因是：金属变形时产生了位错不均匀分布，先是较纷乱地成群纠缠，形成位错缠结，随变形量增大和变形温度升高，由散乱分布位错缠结转变为胞状亚结构组织，这时变形晶粒由许多称为“胞”的小单元组成;高密度位错缠结集中在胞周围形成包壁，胞内则位错密度甚低。这些胞状结构阻碍位错运动，使不能运动的位错数量剧增，以至需要更大的力才能使位错克服障碍而运动。变形越大，亚结构组织越细小，抵抗继续变形的能力越大，加工硬化效果越明显，强度越高。由于产生亚结构，故也称亚结构强化。

加工强化的程度因变形率、变形温度及合金本身的性质不同而异。同一种合金材料在同一温度下冷变形时，变形率越大则强度越高，但塑性随变形率的增加而降低。合金变形条件不同，位错分布亦有所不同。当变形温度较低(如冷轧)时，位错活动性较差，变形后位错大多呈紊乱无规则分布，形成位错缠结，这时合金强化效果好，但塑性也强烈降低。当变形温度较高时，位错活动性较大，并进行交滑移，位错可局部集聚、纠结、形成位错团，出现亚结构及其强化，届时强化效果不及冷变形，但塑性损失较少。

铝合金在汽车车架应用中的难点

一 基本概念

1 应力：受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力。

2 应变：当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变就称为应变。

3弹性极限: 在应力除不遗留任何永久变形的条件下，材料能承受的最大应力

4 弹性变形：材料在外力作用下产生应力和应变（即变形）。当应力未超过材料的弹性极限时，产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状，这种变形是可逆的弹性变形。

5塑性变形:当应力超过材料的弹性极限，则产生的变形在外力去除后不能全部恢复，而残留一部分变形，材料不能恢复到原来的形状，这种残留的变形是不可逆的塑性变形。

6金属的延展性: 金属有延性，是指金属可以抽成细丝。例如最细的白金丝直径不过1/5000mm。金属又有展性，是指可以压成薄片，例如最薄的金箔只有1/10000mm厚。

7 金属为什么有一定的变形性质？当金属受到外力作用时，金属内原子层之间容易作相对位移，金属发生形变而不易断裂，因此，金属具有良好的变形性。

二 钢和铝的应力应变曲线

初始阶段应力与应变之间存在着直线关系 , 解除荷载变形完全消失 , 此阶段称为弹性阶段; 荷载继续增加 , 试件发生显著的、不可恢复的塑性变形, 此阶段称为屈服阶段 , 在此阶段内的最低应力值称为屈服点(σs) ; 当荷载继续提高 , 变形进一步增加 , 表现为拉伸图上的曲线又显著上升 , 此阶段称为强化阶段 , 至试件最后 破坏;在整个试验过程中的最大应力值称为抗拉强度(σb)。

钢材发生屈服后 , 材料虽未最后破坏 , 由于产生了比较显著的、不可恢复的塑性变形 ,为一般建筑构件的正常使用所不允许 , 所以钢材的屈服点是评定钢材强度性能的重要指标。

三 铝合金的分类

1根据铝合金加工工艺和性能特点，可分为铸造铝合金和变形铝合金。

（1）铸造铝合金：由于冷却时有共晶反应发生，流动性较好，适于铸造生产，称为铸造铝合金。

铝合金提高强度的方法

铝合金是一种广泛应用于工业和制造领域的材料，其具有较高的强度和轻质的特点。然而，为了进一步提高铝合金的强度，可以采取以下几种方法。

1. 合金化：通过添加其他金属元素来形成合金，可以显著提高铝合金的强度。常见的合金元素包括铜、锌、镁等。这些元素的添加可以改变铝合金的晶体结构和晶粒尺寸，从而增强其强度和硬度。

2. 热处理：热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程来改变其微观结构和性能的方法。对铝合金进行适当的热处理可以使其晶粒细化，减少缺陷和位错，从而提高其强度和韧性。

3. 冷变形：通过冷变形加工，可以使铝合金的晶粒发生细化和拉长，从而提高其强度。冷变形包括冷轧、冷拔和冷挤压等工艺，可以使铝合金的晶粒尺寸减小，晶界面积增加，从而增强材料的强度和硬度。

4. 精确成形：采用精确成形工艺可以减少铝合金在成形过程中的应力集中和变形，从而提高其强度。精确成形工艺包括挤压、锻造和拉伸等，可以使铝合金在成形过程中得到均匀的应变和变形，从而提高其强度和韧性。

5. 表面处理：通过表面处理可以形成一层保护膜，提高铝合金的耐腐蚀性能和表面硬度。常见的表面处理方法包括阳极氧化、电镀和喷涂等，可以有效地提高铝合金的强度和耐久性。

通过合金化、热处理、冷变形、精确成形和表面处理等方法，可以显著提高铝合金的强度。这些方法的选择和应用需要根据具体的应用需求和材料特性来确定，以实现最佳的强度提升效果。铝合金的强度提升不仅可以满足工业和制造领域对材料强度的要求，还可以推动技术的发展和应用的创新。