鋁加工，用塑性加工方法將鋁坯錠加工成材，主要方法有軋制、擠壓、拉伸和鍛造等。鋁加工在20世紀(jì)初開始以工業(yè)方式進(jìn)行生產(chǎn)，30年代以前，基本上沿用銅加工的生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品主要用于飛機(jī)制造。60年代后，鋁材生產(chǎn)發(fā)展很快，每年大約增長4～8％，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、建筑、運輸、電氣、化工、包裝和日用品工業(yè)等部門。產(chǎn)量僅次于鋼鐵，居金屬材料第二位。中國于50年代中期建成較大型的鋁加工廠，形成了生產(chǎn)體系，產(chǎn)品已系列化,品種有七個合金系,可生產(chǎn)板材、帶材、箔材、管材、棒材、型材、線材和鍛件（自由鍛件、模鍛件）八類產(chǎn)品。
　　簡介
　　鋁和鋁合金的塑性加工，應(yīng)保證產(chǎn)品達(dá)到穩(wěn)定，一致的所需尺寸精度嗎，力學(xué)性能和良好的表面質(zhì)量。還要注意防止機(jī)械損傷和腐蝕，控制晶粒度和組織結(jié)構(gòu)，這些質(zhì)量要求主要靠生產(chǎn)工藝及設(shè)備來保證。鋁及其合金一般具有較好的塑性，易于塑性加工。硬鋁的相組分較復(fù)雜，存在低熔相和金屬間化合物等脆性組織，它的塑性加工具有一些特點：如進(jìn)行均勻化處理消除坯錠冷卻時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和晶內(nèi)偏析；坯錠表面要進(jìn)行銑削加工，去掉低熔相產(chǎn)生的表面偏析物。某些鋁合金為提高耐蝕性和加工性還要進(jìn)行包鋁。鋁合金有過熱敏感性，必須嚴(yán)格控制加熱溫度。
　　熔煉和鑄造
熔煉
　　是為塑性加工提供坯錠。熔煉爐多用燃?xì)夥瓷錉t或燃油反射爐，一般容量  鋁加工
為20～40噸或更大；也采用電阻加熱反射爐，容量一般為10噸左右。為縮短裝爐時間，提高熔化效率，減少吸收氣體和卷入氧化膜，工業(yè)上已采用傾轉(zhuǎn)式頂裝料圓型爐。熔煉時最好應(yīng)用快速分析儀器分析合金成分，并及時調(diào)整。為保證熔體純潔，防止有害氣體的污染和控制化學(xué)成分，除了盡可能縮短熔煉時間外，宜用以氯化鉀和氯化鈉為主的粉狀熔劑覆蓋，一般用量為爐料重量的0.4～2%。熔煉溫度通�？刂圃�700～750℃。 　　熔化后的金屬還需進(jìn)行精煉和過濾，以除掉金屬中的有害氣體氫和非金屬夾雜物，以提高金屬純潔度。精煉通常用固體精煉劑或氣體精煉劑。固體精煉劑一般以氯鹽為主，也用以六氯乙烷代替氯鹽的精煉劑。早期使用活性強的氯氣作氣體精煉劑，凈化效果雖好，但對環(huán)境污染嚴(yán)重,因此發(fā)展出氮-氯混合氣體、惰性氣和三氣體（N2、Cl2、CO）精煉劑,效果較好。為保證精煉效果，精煉氣體中的氧和水分含量一般應(yīng)分別小于0.03%（體積）和 0.3克/米3。動態(tài)真空除氣法也具有較好的除氣和除鈉效果。 　　過濾是讓熔體金屬通過中性或活性材料制成的過濾器，除去熔體中處于懸浮狀的夾雜物。常用玻璃絲網(wǎng)、微孔陶瓷管和板、氧化鋁粒作過濾床進(jìn)行過濾，也可用電熔劑精煉、熔劑層過濾。
鑄造
　　鑄造一般采用立式或水平式水冷半連續(xù)鑄造法。為改善立式鑄造的坯錠組織和表面質(zhì)量，還發(fā)展出電磁結(jié)晶槽、矮結(jié)晶槽和熱頂鑄造法（見金屬的凝固）。水冷半連續(xù)鑄造法是通過流槽將液體金屬導(dǎo)入用水冷卻的結(jié)晶器內(nèi)，使液體金屬冷卻形成凝固的外殼，由鑄造機(jī)底座牽引或靠自身重量均勻下降而脫出結(jié)晶器，形成坯錠。工藝參數(shù)因合金成分和坯錠尺寸的不同，差異很大。一般應(yīng)盡量提高鑄造速度和冷卻速度，降低結(jié)晶槽的高度。鑄造溫度通常比合金的液相線高50～110℃。此外,還發(fā)展出鋁板帶連續(xù)鑄軋工藝。 　　板材、帶材生產(chǎn) 采用平輥軋制，基本工序為熱軋、冷軋、熱處理和精整。對化學(xué)成分復(fù)雜的 LY12、LC4等硬鋁合金，熱軋前應(yīng)進(jìn)行均勻化處理。處理溫度一般低于合金中低熔點相的共晶溫度10～15℃，保溫12～24小時。硬鋁合金的包鋁是將包鋁板放在經(jīng)過銑面的坯錠兩面，借助于熱軋焊合。包鋁層的厚度一般為板材厚度的4%。熱軋一般在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行。熱軋可在單機(jī)架可逆軋機(jī)上進(jìn)行，或在多機(jī)架上實行連軋。為提高成品率和生產(chǎn)效率發(fā)展大鑄錠軋制，錠重達(dá)10～15噸以上。年產(chǎn)量在10萬噸以下的工廠，一般用四輥可逆熱軋和采用熱上卷工藝，熱軋帶材厚度為6～8毫米左右。產(chǎn)量10萬噸以上的工廠，多在四輥可逆熱軋機(jī)開坯后采用單機(jī)架或兩機(jī)架、三機(jī)架、五機(jī)架連軋，實行熱精軋，帶材厚度可達(dá)2.5～3.5毫米。熱軋帶材成卷后作為冷軋坯料。為保證金屬有最佳的塑性，應(yīng)在單相組織狀態(tài)下進(jìn)行熱軋。LY11、LY12等合金的熱軋開坯溫度為400～455℃。前幾道道次變形率一般在10%以內(nèi)，以后逐漸增大。純鋁和軟鋁合金道次變形率可達(dá)50%，硬鋁合金則為40%左右。熱軋總變形率可達(dá)90%以上。 　　冷軋常在室溫下進(jìn)行，通過冷軋可獲得尺寸精確、表面光潔和平整的較薄的板材和帶材，并可獲得具有特定力學(xué)性能的加工硬化的板材和帶材。冷軋主要采用帶式法生產(chǎn)工藝，應(yīng)用四輥可逆軋機(jī)或四輥不可逆軋機(jī)進(jìn)行冷軋，當(dāng)前發(fā)展不可逆軋機(jī)進(jìn)行冷軋。軋機(jī)裝備有液壓壓下、液壓彎輥、厚度自動控制系統(tǒng)或測輥縫的厚度自動控制系統(tǒng)及板形控制儀，由微型電子計算機(jī)控制、記錄、儲存各種參數(shù)，以獲得尺寸精確、板形平整的板帶材，如 0.18毫米帶材公差可達(dá)±5微米。小工廠也有塊式法生產(chǎn)板材的。退火后鋁的冷變形率可達(dá)90%以上。多相的硬鋁合金冷加工硬化明顯，需中間退火。中間退火后的冷變形率為60～70%。熱軋用乳液潤滑，冷軋已由乳液發(fā)展為全油潤滑。采用單獨控制噴嘴的多段冷卻系統(tǒng)，以減少鋁板和軋輥的摩擦，冷卻軋輥，控制輥型，洗除鋁粉及其他雜質(zhì)，以獲得良好的表面質(zhì)量及板形。 　　經(jīng)冷軋和熱處理后的帶卷常在輥式矯直機(jī)上或在拉彎連續(xù)矯直機(jī)列上進(jìn)行精整。平整淬火后的板片應(yīng)在時效孕育期內(nèi)進(jìn)行，一般在淬火后30～40分鐘內(nèi)完成。淬火板的平直壓光總變形量不應(yīng)超過2%。 　　1955年試驗成功的鋁板帶連續(xù)鑄軋可生產(chǎn)薄板和鋁箔坯料。中國于70年代初開始用此法生產(chǎn)薄板。
　　箔材生產(chǎn)
　　鋁箔材可分為工 
業(yè)鋁箔和包裝鋁箔。工業(yè)鋁箔化學(xué)成分較純，厚度為0.005～0.2毫米，主要用作電氣工業(yè)和電子工業(yè)的電容器、絕熱材料、防濕材料等。包裝鋁箔厚度一般為0.007～0.1毫米，有平箔、印花箔、涂色印花箔和裱紙鋁箔等多種產(chǎn)品，主要用作食品、茶葉、紙煙等的包裝材料。鋁箔用帶式生產(chǎn)法生產(chǎn)的最小厚度可達(dá)0.0025毫米，寬度達(dá)1800毫米。鋁箔軋制為無輥縫軋制，軋輥始終處于彈性壓扁狀態(tài)。軋制時通過調(diào)整軋制力、軋制速度和控制張力來實現(xiàn)對箔材厚度的控制。粗軋時，采用軋制力控制箔材厚度；精軋時，箔材的厚度隨著軋制速度的增加而減��；張力愈大，厚度亦愈�。粸榱朔乐箶嗥�，張力選擇通常為箔材的條件屈服強度σ0.2的0.2～0.4。低速軋制時常在潤滑油中加入“厚油”或“稀油”調(diào)整鋁箔的軋制厚度。潤滑劑和軋輥狀態(tài)對箔材質(zhì)量有十分重要的影響。鋁箔坯料來自冷軋鋁卷，一般經(jīng)340～480℃預(yù)先退火,其厚度為0.4～0.7毫米。軋制時道次變形率為50%左右,總變形率可達(dá)95%以上。成品厚度小于0.01～0.02毫米的箔材應(yīng)進(jìn)行合卷、雙張疊軋。
　　線材生產(chǎn)
　　主要采用拉伸工藝生產(chǎn)。產(chǎn)品有鉚釘線、焊條和導(dǎo)線。坯料用擠壓、軋制或連鑄連軋法生產(chǎn)。擠壓法生產(chǎn)坯料，靈活性較大，制品性能較好。軋制法和連鑄連軋法適于單一合金品種的坯料生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。
　　鍛件生產(chǎn)
　　主要用于飛機(jī)和機(jī)器制造上。鍛件分自由鍛件和模煅件，其坯料采用鑄造和擠壓坯料。最大的模鍛水壓機(jī)為70000噸，鍛件最大尺寸的投影面積為4.5米2。鋁合金的臨界變形率約為5～15%，為避免形成粗晶，模鍛的變形率一般應(yīng)大于15%。為減少不均勻變形，常采用多向自由鍛。
　　其他生產(chǎn)
　　管材、棒材、型材的生產(chǎn) 通常的工序是：先采用熱擠壓制成坯料，再經(jīng)軋制（或拉伸）、精整和熱處理制成成品。也可用熱擠壓法直接制成成品，現(xiàn)已由短錠發(fā)展為長錠擠壓，按擠壓機(jī)的擠壓力用統(tǒng)一直徑的鑄錠，由分流組合模和舌形模擠制各種型材、管材，制品長度可達(dá)60米以上，經(jīng)拉伸矯直后，切成所要求的長度。用于鋁材生產(chǎn)的最大擠壓機(jī)為20000噸�？蓴D成直徑為800毫米的帶肋管。建筑型材是60年代發(fā)展起來的擠壓制品，已占擠壓制品總量35%以上，其中80%用做門窗框。建筑型材幾乎全部采用鋁鎂硅系合金（LD30和LD31）。這種制品經(jīng)陽極氧化和著色處理，表面形成各種顏色氧化膜,具有良好耐蝕性,制成門窗美觀耐用，密封性好。除熱擠壓外，還發(fā)展出冷擠壓，等溫擠壓、無殘料擠壓和靜液擠壓等方法（見鋁的氧化著色）。 　　鋁和鋁合金的擠壓采用正向擠壓法和反向擠壓法。應(yīng)依據(jù)不同合金選擇適宜的擠壓速度。為獲得組織和性能良好的鋁合金擠壓制品，一次擠壓成品時，型材，棒材的擠壓系數(shù)（λ）大于8～12，供鍛造用坯料的λ大于5。擠壓模對擠壓產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。擠壓棒材、型材常用平模，管材則常用錐形模。擠壓形狀復(fù)雜的空心型材和管材，則廣泛使用分流組合模和舌形模。有的采用液氮冷卻擠壓模，延長模子壽命和保證制品精度，一個模子可擠壓30噸鋁材。某些鋁合金的擠壓制品易出現(xiàn)“粗晶環(huán)”,即制品經(jīng)熱處理后,周邊出現(xiàn)一層粗大晶粒區(qū)。高溫擠壓可以減輕這種現(xiàn)象。一些熱處理可強化的鋁合金擠壓制品經(jīng)固溶時效處理后，強度提高而塑性下降。 　　管材拉伸采用多條快速和盤筒拉伸，游動芯頭盤管拉伸機(jī)卷筒直徑達(dá) 630～2900毫米，拉伸管坯直徑可達(dá)40～50毫米。拉管拉伸力為 16～18噸，拉伸速度為 24米/分，道次加工率一般為25～40%，此種工藝生產(chǎn)管材長度可達(dá)6000米。
　　相關(guān)過程
　　保證制品最終性能的熱處理稱為成品熱處理，包括成品退火、固溶處理、淬火、自然時效和人工時效處理；此外，還發(fā)展出分級時效和形變熱處理工藝。時效處理不僅改善制品的力學(xué)性能，而且改善制品的抗應(yīng)力腐蝕性能和斷裂韌性。固溶加熱后至淬火前的轉(zhuǎn)移時間一般應(yīng)控制在30秒以內(nèi)。淬火的冷卻速度，既要保證獲得過飽和固溶體，又要不使制品產(chǎn)生過大的淬火應(yīng)力和彎曲變形。帶卷和板材在強有力循環(huán)通風(fēng)的箱式爐、井式爐、立式板材連續(xù)退火爐或氣墊式連續(xù)退火爐中進(jìn)行退火，新式爐采用保護(hù)氣氛。淬火一般在鹽浴槽中進(jìn)行加熱，新工藝采用氣墊式連續(xù)淬火爐淬火。 　　1．2 按工件在變形過程中的受力與變形方式分類 　　1．3．2 按工件在變形過程中的受力與變形方式分類 　　按工件在變形過程中的受力與變形方式(應(yīng)力．應(yīng)變狀態(tài))，鋁及鋁合金加工可分為軋制、擠壓、拉拔、鍛造、旋壓、成形加工(如 　　冷沖壓、冷變、深沖等)及深度加工等，如圖 　　1．1所示。 　　1．3．2．1 軋制 　　軋制是錠坯依靠摩擦力被拉進(jìn)旋轉(zhuǎn)的軋輥間，借助于軋輥施加的壓力，使其橫斷面減小，形狀改變，厚度變薄而長度增加的一種塑 　　性變形過程。根據(jù)軋輥旋轉(zhuǎn)方向不同，軋制又可分為縱軋、橫軋和斜軋。縱軋時，工作軋輥的轉(zhuǎn)動方向相反，軋件的縱軸線與軋輥的軸線 　　相互垂直，它是鋁合金板、帶、箔材平輥軋制中最常用的方法；橫軋時，工作軋輥的轉(zhuǎn)動方 　　T1-1.jpg (76.92 K) 　　2009-4-18 19:28:08 　　向相同，軋件的縱軸線與軋輥軸線相互平行，在鋁合金板帶材軋制中很少使用；斜軋時，工作軋輥的轉(zhuǎn)動方向相同，軋件的縱軸線與軋輥軸線成一定的傾斜角度。在生產(chǎn)鋁合金管材和某些異形產(chǎn)品時常用雙輥或多輥斜軋。根據(jù)輥系不同，鋁合金軋制可分為兩輥(一對)系軋制，多輥系軋制和特殊輥系(如行星式軋制、V形軋制等)軋制：根據(jù)軋輥形狀不同，鋁合金軋制可分為平輥軋制和孔型輥軋制等。根據(jù)產(chǎn)品品種不同，鋁合金軋制又可分為板、帶、箔材軋制，棒材、扁條和異形型材軋制，管材和空心型材軋制等。 　　1．3．2．2擠壓 　　擠壓是將錠坯裝入擠壓筒中，通過擠壓軸對金屬施加壓力，使其從給定形狀和尺寸的模孔中擠出，產(chǎn)生塑性變形而獲得所要求的擠壓 　　產(chǎn)品的一種加工方法。按擠壓時金屬流動方向不同．?dāng)D壓又可分為正向擠壓、反向擠壓和聯(lián)合擠壓。正向擠壓時，擠壓軸的運動方向和擠 　　出金屬的流動方向一致，而反向擠壓時，擠壓軸的運動方向與擠出金屬的流動方向相反。按錠坯的加熱溫度，擠壓可分為熱擠壓和冷擠 　　壓。熱擠壓時是將錠坯加熱到再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行擠壓，冷擠壓是在室溫下進(jìn)行擠壓。 　　1．3．2．3拉拔 　　拉拔是拉伸機(jī)(或拉拔機(jī))通過夾鉗把鋁及鋁合金坯料(線坯或管坯)從給定形狀和尺寸的模孑L中拉出來，使其產(chǎn)生塑性變形而獲得 　　所需的管、棒、型、線材的加工方法。根據(jù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品品種和形狀不同，拉伸可分為線材拉伸、管材拉伸、棒材拉伸和型材拉伸。管材 　　拉伸又可分為空拉、帶芯頭拉伸和游動芯頭拉伸。拉伸加工的主要要素是拉伸機(jī)、拉伸模和拉伸卷筒。根據(jù)拉伸配模，拉伸可分為單模拉 　　伸和多模拉伸。 　　1．3．2．4鍛造 　　鍛造是鍛錘或壓力機(jī)(機(jī)械的或液壓的)通過錘頭或壓頭對鋁及鋁合金鑄錠或鍛坯施加壓力，使金屬產(chǎn)生塑性變形的加工方法。鋁合 　　金鍛造有自由鍛和模鍛兩種基本方法。自由鍛是將工件放在平砧(或型砧)間進(jìn)行鍛造；模鍛是將工件放在給定尺寸和形狀的模具內(nèi)，然 　　后對工件施加壓力進(jìn)行鍛造變形，而獲所要求的模鍛件。 　　1．3．2．5鋁材的其他塑性成形方法 　　目前，人們還研究開發(fā)出了多種新型的鋁材加工方法，它們主要是： 　　(1)壓力鑄造成形法，如低、中、高壓成形，擠壓成形等。 　　(2)半固態(tài)成形法，如半固態(tài)軋制、半固態(tài)擠壓、半固態(tài)拉拔、液體模鍛等。 　　(3)連續(xù)成形法，如連鑄連擠、高速連鑄軋、Conform連續(xù)擠壓法等。 　　(4)復(fù)合成形法，如層壓軋制法，多坯料擠壓法等。 　　(5)變形熱處理法等。 　　鋁及鋁合金加工材中以壓延材(板、帶、條、箔材)和擠壓材(管、棒、型、線材)應(yīng)用最廣，產(chǎn)量最大，據(jù)近年的統(tǒng)計，這兩類材料的年產(chǎn)量分別占世界鋁材總年產(chǎn)量(平均)的58%和39%左右，其余鋁加工材，如鍛造產(chǎn)品等，僅占鋁材總產(chǎn)量的百分之幾。 　　1．3．1 按工件在加工過程中的溫度特征分類 　　1．3鋁加工方法的分類與特點 　　鋁及鋁合金塑性成形方法很多，通常按工件在加工時的溫度特征和工件在變形過程中的受力與變形方式(應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài))來進(jìn)行分類。 　　1．3．1 按工件在加工過程中的溫度特征分類 　　按工件在加工過程中的溫度特征，鋁及鋁合金加工可分為熱加工、冷加工和溫加工。 　　1．3．1．1 熱加工 　　熱加工是指鋁及鋁合金錠坯在再結(jié)晶溫度以上所完成的塑性成形過程。熱加工時，錠坯的塑性較高而變形抗力較低，可以用能力較小 　　的設(shè)備生產(chǎn)變形量較大的產(chǎn)品。為了保證產(chǎn)品的組織性能，應(yīng)嚴(yán)格控制工件的加熱溫度、變形溫度與變形速度、變形程度以及變形終了溫 　　度和變形后的冷卻速度。常見的鋁合金熱加工方法有熱擠壓、熱軋制、熱鍛壓、熱頂鍛、液體模鍛、半固態(tài)成形、連續(xù)鑄軋、連鑄連軋、 　　連鑄連擠等。 　　1．3．1．2 冷加工 　　冷加工是指在不產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶的溫度以下所完成的塑性成形過程。冷加工的實質(zhì)是冷加工和中間退火的工藝組合過程。冷加工可 　　得到表面光潔、尺寸精確、組織性能良好和能滿足不同性能要求的最終產(chǎn)品：最常見的冷加工方法有冷擠壓、冷頂鍛、管材冷軋、冷拉 　　拔、板帶箔冷軋、冷沖壓、冷彎、旋壓等。 　　1．3．1．3 溫加工 　　溫加工是介于冷、熱加工之間的塑性成形過程。溫加工的主要目的是為了降低金屬的變形抗力和提高金屬的塑性性能(加工： 　　性)：最常見的溫加工方法有溫擠、溫軋、溫頂鍛等。