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產(chǎn)品知識(shí)
鋁合金中溫釬焊材料的突破
日期：2017-09-20 人氣：
內(nèi)容提示： 文章刊于Lw2016論文集——作者邢曉樂,李永鋒,高洪輝,侯保平,吳廣奇,劉 輝(中鋁河南洛陽鋁加工有限公司) 摘要：本文簡(jiǎn)要闡述了0.8mm厚5052-H32鋁合金板材工藝試驗(yàn)…
文章刊于Lw2016論文集——作者邢曉樂,李永鋒,高洪輝,侯保平,吳廣奇,劉 輝(中鋁河南洛陽鋁加工有限公司)
摘要：本文簡(jiǎn)要闡述了0.8mm厚5052-H32鋁合金板材工藝試驗(yàn)過程。該試驗(yàn)采用半連續(xù)鑄造鋁合金扁錠，經(jīng)熱軋、冷軋生產(chǎn)拉桿旅行箱包用5052H32鋁板材，對(duì)材料組織和性能等試驗(yàn)指標(biāo)分析，確定成品退火制度，生產(chǎn)出滿足客戶力學(xué)性能和折彎要求的5052H32鋁合金板材。
5052鋁合金是5系合金中的典型合金，主要元素為鎂，并添加少量的Mn、Cr、Ti等合金元素，屬于熱處理不可強(qiáng)化鋁合金，具有中等強(qiáng)度、良好的塑性、抗蝕性、可焊性和易于加工成形等特點(diǎn)，廣泛用于石油化工行業(yè)、建筑行業(yè)、交通運(yùn)輸行業(yè)及電子通訊行業(yè)等。隨著生活水平的提高和旅行用具輕量化的發(fā)展，拉桿旅行箱包用鋁材需求逐漸增多。5052鋁合金以其良好強(qiáng)度、塑性、焊接性能、不易腐蝕、輕量化等優(yōu)點(diǎn)，被旅行箱包所青睞。
在冷軋過程中如何優(yōu)化生產(chǎn)工藝，滿足拉桿旅行箱包用鋁合金板材的強(qiáng)度和優(yōu)良的沖壓折彎性能尤為重要。5052合金扁鑄錠經(jīng)熱軋、冷軋，制定兩種試驗(yàn)方案，通過對(duì)材料退火、組織和性能等試驗(yàn)分析，確定合理的工藝制度，以期望達(dá)到最佳性能為目的，為下一步進(jìn)行批量化生產(chǎn)滿足條件的5052合金板材提供理論數(shù)據(jù)支撐。
1 試驗(yàn)方案
1.1試驗(yàn)材料和試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值
性能目標(biāo)值：抗拉強(qiáng)度在220MPa——240MPa；屈服強(qiáng)度在150MPa——175MPa，延伸率≥14%；90°彎曲無裂紋。試驗(yàn)材料化學(xué)成分應(yīng)符合表1。
試驗(yàn)材料為我公司半連續(xù)鑄造機(jī)鑄造的5052合金扁鑄錠，經(jīng)鋸銑，我公司2400mm單道次可逆式卷取熱軋機(jī)軋制成6.5mm厚合金卷材。
1.2試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)兩種工藝試驗(yàn)方案，對(duì)5052熱軋?jiān)囼?yàn)料的組織和性能分析，確定合理的工藝方案，滿足客戶的性能要求指標(biāo)和使用要求。
試驗(yàn)方案一：5052試驗(yàn)料冷軋至0.8mm厚→清洗切邊→退火→橫剪切板→包裝入庫。
試驗(yàn)方案二：5052試驗(yàn)料冷軋至1.15mm厚→清洗切邊→中退→冷軋至0.8mm厚→清洗切邊→穩(wěn)定化處理→橫剪切板→包裝入庫。
對(duì)5052試驗(yàn)料成品取樣，在試驗(yàn)室進(jìn)行退火試驗(yàn)以確定試驗(yàn)料合理的退貨工藝。分別在200℃——350℃溫度進(jìn)行小爐退火試驗(yàn)，保溫2h后出爐空冷，分析退火溫度對(duì)其力學(xué)性能和90°彎曲性能的影響，做金相組織，對(duì)其組織進(jìn)行分析。
2 試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 試退火溫度對(duì)5052合金性能的影響
圖1為5052試驗(yàn)料的力學(xué)性能-退火溫度變化曲線圖。由圖1可知，退火溫度在200℃——230℃范圍，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率變化較平穩(wěn)；230℃——280℃范圍，其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨退火溫度升高呈下降趨勢(shì)，而其延伸率呈上升趨勢(shì)。280℃——320℃范圍，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度趨于平穩(wěn)、延伸率稍有上升，基本趨于平穩(wěn)。320℃——320℃范圍，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率基本沒有變化。根據(jù)5052試驗(yàn)料的力學(xué)性能-退火溫度變化曲線圖，退火溫度在265℃——275℃時(shí)可滿足產(chǎn)品力學(xué)性能指標(biāo)。
圖1 5052試驗(yàn)料力學(xué)性能-退火溫度變化曲線圖
2.2 組織分析
圖2為典型偏光組織。5052合金帶材軋制至0.8mm，冷軋總加工率為87%，分析認(rèn)為材料內(nèi)部晶粒已完全破碎，晶粒已成細(xì)長的纖維狀變形織構(gòu)（見圖2a）。退火溫度在200℃——230℃范圍，帶材的退火處于回復(fù)階段，內(nèi)部組織僅發(fā)生了多邊化亞晶的合并過程。退火溫度在230℃——280℃范圍，表現(xiàn)為冷軋變形織構(gòu)和初見形核的再結(jié)晶（見圖2b），且隨著溫度升高，冷軋變形織構(gòu)逐漸減少，再結(jié)晶織構(gòu)逐漸增多。退火溫度為320℃時(shí)，原細(xì)長的纖維狀冷軋變形織構(gòu)已逐漸被新的等軸晶粒替代，形成均勻細(xì)小的再結(jié)晶組織（見圖2c）。
結(jié)合圖1知，當(dāng)退火溫度由320℃升高至350℃時(shí)，其力學(xué)性能保持不變，分析認(rèn)為其晶粒并沒有長大，而是材料內(nèi)部發(fā)生了第二相質(zhì)點(diǎn)（Mn、Fe）Al6和Mg2Al3等析出，在亞晶邊界的第二相質(zhì)點(diǎn)對(duì)晶界起到釘扎作用，在晶內(nèi)的第二相質(zhì)點(diǎn)起到彌散強(qiáng)化作用，這些第二相質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了再結(jié)晶晶界的遷移，阻止晶粒長大，有利于形成細(xì)小再結(jié)晶晶粒組織。
2.3兩種方案對(duì)比分析
結(jié)合軟化曲線（見圖1），方案一成品退火工藝采用金屬溫度255℃——265℃/20h；方案二5052試驗(yàn)料冷軋至1.0mm進(jìn)行中間退火后，給予20%的加工率軋制至0.8mm采用金屬溫度為180℃——200℃/20h的低溫回復(fù)退火。測(cè)得其力學(xué)性能（見表2）和用戶在沖壓機(jī)上經(jīng)兩次連續(xù)沖壓后的情況（見圖3）。由表2可以看出，方案二經(jīng)穩(wěn)定化退火溫度，其抗拉、屈服強(qiáng)度有所升高，伸長率略有下降。兩種方案的力學(xué)性能測(cè)量結(jié)果均滿足旅行箱用料的力學(xué)性能要求。
但在下游客戶使用中，發(fā)現(xiàn)方案一試驗(yàn)材料性能不穩(wěn)定，在工廠連續(xù)作業(yè)沖壓機(jī)上，給出同樣大小的沖壓力，制作出的部分旅行用箱有局部沖壓開裂現(xiàn)象（如圖3），沖制過程不連續(xù)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。而方案二試驗(yàn)材料性能較穩(wěn)定，沖制后表面無裂口，沖制過程比較順利。因此，采用試驗(yàn)方案二可以滿足用戶批量生產(chǎn)沖制要求。
方案一生產(chǎn)5052板材局部沖壓開裂，分析是因?yàn)槔渥饔不腁l-Mg合金，由于α（Al）固溶體中存在Mg的過飽和度，引起化學(xué)自由能較高；冷變形產(chǎn)生大量位錯(cuò)又使應(yīng)變能較高，導(dǎo)致材料性能不穩(wěn)定，其形變抗力已小于凸模沖壓力。方案二生產(chǎn)5052板材經(jīng)過穩(wěn)定化處理，減少了Mg在α（Al）的過飽和度和位錯(cuò)密度，進(jìn)而獲得更穩(wěn)定的組織和力學(xué)性能，改善穩(wěn)定化效果。
3 結(jié)論
1）退火溫度在230℃——280℃之間，其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨退火溫度升高呈下降趨勢(shì)，而其延伸率呈上升趨勢(shì)。退火溫度在280℃——350℃，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度趨于平穩(wěn)、延伸率稍有上升，基本趨于平穩(wěn)。
2）采用試驗(yàn)方案二（6.5mm厚5052熱軋卷冷軋至1.0mm厚→清洗切邊→中退→冷軋至0.8mm厚→清洗切邊→穩(wěn)定化處理→橫剪切板→包裝入庫）可以滿足拉桿旅行箱包產(chǎn)品的力學(xué)性能和沖壓要求。
參考文獻(xiàn)
[1] 肖亞慶，謝水生，劉靜安等.鋁加工實(shí)用技術(shù)手冊(cè).北京：冶金工業(yè)出版社，2004.
[2] 王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊(cè)（3版）[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2005.
[3] 劉靜安，謝水生.鋁合金加工產(chǎn)品的主要缺陷分析及質(zhì)量控制.北京，冶金工業(yè)出版社，2012.
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