吳　丹, 邵愛民

(1.江陰新仁科技有限公司, 江蘇 江陰 214407; 2.吉林麥達(dá)斯輕合金有限公司, 吉林 遼源 136200)

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5010H19鋁合金百葉窗帶材生產(chǎn)工藝研究

吳丹1, 邵愛民2

(1.江陰新仁科技有限公司, 江蘇 江陰 214407; 2.吉林麥達(dá)斯輕合金有限公司, 吉林 遼源 136200)

摘要：在5010合金范圍內(nèi),根據(jù)百葉窗帶材力學(xué)性能指標(biāo)要求,分析了微量元素對(duì)合金力學(xué)性能的影響,合理地進(jìn)行了Mg、Mn、Fe、Si元素含量的調(diào)整與匹配.從降本增效、提質(zhì)降耗的角度出發(fā),采用鑄軋坯料進(jìn)行生產(chǎn)工藝研究.通過工藝試驗(yàn),研究了均勻化退火對(duì)0.12 mm百葉窗帶材力學(xué)性能的影響,以及穩(wěn)定化處理對(duì)0.12 mm百葉窗帶材力學(xué)性能和剪切質(zhì)量的影響,從而確定了合理的生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)出符合標(biāo)準(zhǔn)、滿足用戶使用要求的百葉窗帶材產(chǎn)品.

關(guān)鍵詞：鋁合金; 均勻化退火; 穩(wěn)定化處理; 百葉窗帶材; 力學(xué)性能

0引言

目前,常用的鋁合金百葉窗帶材,主要采用5052H19、5182H19和5083H19鋁合金狀態(tài)帶材生產(chǎn),其坯料多為熱軋坯料[1-2].采用鑄軋-冷軋法生產(chǎn)板帶材是一種短流程、節(jié)能、高效的生產(chǎn)工藝,以其替代傳統(tǒng)的熱軋-冷軋法生產(chǎn)板帶材,對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本及提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義.

本文從降本增效、提質(zhì)降耗角度出發(fā),采用鑄軋坯料進(jìn)行生產(chǎn)工藝研究,對(duì)比分析經(jīng)均勻化退火[3]后壓延軋制生產(chǎn)和不經(jīng)均勻化退火直接壓延軋制生產(chǎn)兩種加工方式,對(duì)5010H19鋁合金薄板帶材力學(xué)性能的影響,以及穩(wěn)定化處理對(duì)5010H19鋁合金百葉窗帶材成品力學(xué)性能及剪切質(zhì)量的影響,從而確定合理的生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)出符合標(biāo)準(zhǔn)、滿足用戶使用要求的百葉窗帶材產(chǎn)品[3-4].

1試驗(yàn)

本試驗(yàn)主要研究?jī)?nèi)容為:均勻化退火對(duì)5010H19鋁合金薄板帶材力學(xué)性能的影響;穩(wěn)定化處理對(duì)5010H19鋁合金百葉窗帶材成品力學(xué)性能及剪切質(zhì)量的影響.

1.1試驗(yàn)材料

選擇連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的5010鋁合金鑄軋坯料,規(guī)格為7.0 mm×1 240 mm,化學(xué)成分見表1.

表1　5010鋁合金化學(xué)成分

1.2工藝流程

工藝1:鑄軋7.0±0.20 mm→冷軋至5.0 mm→均勻化退火(小于100 ℃裝爐,升溫2 h至530 ℃,保溫15 h,降溫1.5 h至340 ℃出爐空冷)→冷軋4個(gè)道次至0.65 mm→重卷切邊(切邊寬度:1 150 mm)→冷軋2個(gè)道次至0.32 mm→轉(zhuǎn)箔軋→箔軋3個(gè)道次至0.118±0.002 mm→力學(xué)性能檢查.

工藝2:鑄軋7.0±0.20 mm→冷軋至4.8 mm→冷軋5個(gè)道次至0.65 mm→重卷切邊(切邊寬度:1 150 mm)→冷軋2個(gè)道次至0.32 mm→轉(zhuǎn)箔軋→箔軋3個(gè)道次至0.118±0.002 mm→力學(xué)性能檢查→拉彎矯清洗→穩(wěn)定化退火(退火溫度120,150和180 ℃,保溫時(shí)間1,3和5 h)→厚剪分切→檢查包裝.

1.3試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值

力學(xué)性能指標(biāo)見表2,尺寸偏差見表3,其他指標(biāo)符合YS/T 621―2007標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定.

表2　鋁合金百葉窗帶材的力學(xué)性能指標(biāo)

表3　鋁合金百葉窗帶材的厚度和寬度

2結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果

不同加工工藝下力學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果見表4,不同穩(wěn)定化退火工藝下成品力學(xué)性能及剪切質(zhì)量的測(cè)試結(jié)果見表5.

表4　不同加工工藝下的力學(xué)性能

表5　工藝2中穩(wěn)定化退火成品性能及剪切質(zhì)量

不同工藝下成品的微觀組織形貌見圖1.從圖1中可以看出,經(jīng)過5.0 mm厚度均勻化退火再軋制到成品厚度0.118 mm時(shí),變形纖維組織沿軋制方向分布細(xì)小、彌散;不經(jīng)過5.0 mm厚度均勻化退火而直接軋制到成品厚度0.118 mm時(shí),變性纖維組織沿軋制方向排列分布明顯;不經(jīng)5.0 mm厚度均勻化退火,經(jīng)壓延軋制到0.118 mm厚度,再經(jīng)清洗、穩(wěn)定化退火后,變形纖維組織沿軋制方向排列分布不明顯.

不同穩(wěn)定化退火工藝下成品的剪切斷面示意圖和實(shí)拍圖分別見圖2和圖3.從圖3中可以看出,150 ℃×1 h穩(wěn)定化退火工藝下成品剪切斷面,無光撕裂面有毛刺;150 ℃×3 h穩(wěn)定化退火工藝下成品剪切斷面,分裂面參差不齊;150 ℃×5 h穩(wěn)定化退火工藝下成品剪切斷面,分裂面光滑平直.

圖1　不同工藝下成品組織形貌

圖2　不同穩(wěn)定化退火工藝下成品剪切斷面示意圖

圖3　150 ℃不同保溫時(shí)間下成品剪切斷面照片

2.2分析

2.2.1合金成分對(duì)力學(xué)性能的影響

5010合金是一種Al-Mg系合金,Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%～0.60%,300 K時(shí),Mg在Al中的固溶度為1.9%[5].因此,室溫下,Mg在5010合金中主要以固溶狀態(tài)存在,Mg在Al基體當(dāng)中有一定的固溶強(qiáng)化作用.該合金的另一種主要合金元素是Mn,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%～0.30%,700 k時(shí),Mn在Al中的固溶度為0.2%.因此,室溫下,Mn在5010合金中主要以MnAl6相存在于Al基體中,有一定的第二相硬化作用,能提高Al基體的再結(jié)晶溫度,阻止晶粒粗化,并使合金強(qiáng)度略有提高,尤其對(duì)屈服強(qiáng)度更為明顯[6].

Fe與Mn能形成難容的MnFeAl6化合物,從而降低Mn在合金中的作用.當(dāng)在鑄軋組織中形成較多硬而脆的FeAl3化合物時(shí),容易產(chǎn)生加工裂紋[6].此外,Fe還降低該系合金的耐腐蝕性能,因此Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般應(yīng)控制在0.4%以下.

Si是有害雜質(zhì),Si與Mg形成Mg2Si相,由于Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)過剩,降低了Mg2Si相在基體中的溶解度,所以不但強(qiáng)化作用不大,而且還降低了合金的塑性.軋制時(shí),Si比Fe的副作用更大些,因此Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在0.2%以下.

2.2.2均勻化退火對(duì)力學(xué)性能的影響

從Al-Mg合金相圖[7]分析,鋁鎂合金的共晶溫度為723 K,因此選擇小于100 ℃裝爐,升溫2 h至530 ℃,保溫15 h,降溫1.5 h至340 ℃出爐空冷的均勻化退火工藝.當(dāng)溫度達(dá)到430 ℃左右時(shí),已接近Al-Mg合金相圖共晶溫度,長(zhǎng)時(shí)間保溫后緩慢冷卻到室溫,有利于消除或減低晶內(nèi)化學(xué)成分和組織的不均勻性,改善合金組織,提高合金塑性,便于加工變形.均勻化退火消除了鑄軋組織非平衡狀態(tài),同時(shí)也消除了這種狀態(tài)的遺傳影響,提高合金在冷變形工序中的塑性,因而可提高總的冷加工率.由于消除了化學(xué)成分的不均勻性,合金的耐蝕性也相應(yīng)提高[8].

表4中,5.0 mm厚度冷軋壞料經(jīng)均勻化退火再軋制到成品厚度0.118 mm時(shí)的抗拉強(qiáng)度,比不經(jīng)過均勻化退火而直接軋制到成品厚度的抗拉強(qiáng)度低100 MPa.這說明經(jīng)均勻化退火處理后的冷軋坯料,減少或消除了Mg、Mn等元素的晶內(nèi)偏析;隨著溫度降低,只有少量過飽和的Mn合金元素在基體中以MnAl6相彌散析出.形成細(xì)微的彌散析出相,其后續(xù)壓延軋制過程中,加工硬化作用對(duì)力學(xué)性能的影響效果起主導(dǎo)作用,而基體的彌散強(qiáng)化作用很小;未經(jīng)均勻化處理的冷軋坯料直接軋制成薄板,除了加工硬化作用對(duì)力學(xué)性能的影響效果起主導(dǎo)作用外,Mg在鋁中的固溶強(qiáng)化作用和MnAl6第二相硬化作用,對(duì)合金強(qiáng)度的提高也有顯著的影響.

2.2.3穩(wěn)定化處理對(duì)力學(xué)性能及剪切質(zhì)量的影響

連續(xù)鑄軋生產(chǎn)過程中,由于非平衡狀態(tài)下的亞急冷凝固,會(huì)產(chǎn)生Mg5Al8相的晶內(nèi)偏析.因此,當(dāng)Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5%時(shí),再結(jié)晶溫度隨Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低,易發(fā)生時(shí)效軟化現(xiàn)象.為了保證最終產(chǎn)品能夠經(jīng)受繼續(xù)加工過程中的受熱作用而不發(fā)生變形,需要對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)定化退火,致使其力學(xué)性能達(dá)到穩(wěn)定.

表5中,未經(jīng)均勻化處理的5.0 mm厚度冷軋坯料,再經(jīng)冷軋、箔軋軋制到成品厚度0.118 mm,經(jīng)清洗、150 ℃×5 h穩(wěn)定化退火后,最終產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到370～380 MPa,伸長(zhǎng)率可達(dá)到3%～4%,力學(xué)性能穩(wěn)定,經(jīng)剪切分裂面光滑平直,剪切質(zhì)量較為理想.說明,在剪切時(shí),材料的抗拉強(qiáng)度越高,材料剪切過程延續(xù)時(shí)間就越短,剪切區(qū)就越小,無光撕裂面越容易發(fā)生二次剪切,分裂面越容易參差不齊;材料的伸長(zhǎng)率越高,材料剪切過程延續(xù)時(shí)間就越長(zhǎng),剪切區(qū)就越大,剪切平面越容易受到剪切力軋制而產(chǎn)生毛刺,分裂面也容易參差不齊.所以,在剪切刀片材質(zhì)強(qiáng)度不變的前提下,被剪切材料材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均要控制在一定范圍內(nèi),帶材的剪切斷面才能達(dá)到分裂面光滑平直的質(zhì)量效果.

3結(jié)論

(1) 采用鑄軋坯料不經(jīng)均勻化退火直接軋制生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的5010合金H19狀態(tài),成品公稱0.12 mm厚度百葉窗帶材,完全可以替代熱軋坯料生產(chǎn)的5052H19、5182H19和5083H19鋁合金百葉窗帶材,達(dá)到降本增效、提質(zhì)降耗的目的.

(2) 該生產(chǎn)工藝中,穩(wěn)定化退火工藝參數(shù)150 ℃×5 h為最佳,所生產(chǎn)的0.12 mm×25 mm的百葉窗帶材,可獲得力學(xué)性能和剪切質(zhì)量穩(wěn)定的、抗拉強(qiáng)度在370～380 MPa、斷后伸長(zhǎng)率在3%～4%范圍的符合用戶使用要求的合格產(chǎn)品.

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Research on Production Technology of 5010H19 Aluminium Alloy Strip for Persian BlindsWU Dan1, SHAO Aimin2

(1.Jiangyin XinRen Technology Co., Ltd., Jiangyin 214407, China;

2.Jilin MaiDas Technology Co., Ltd., Liaoyuan 136000, China)

Abstract：Within the range of the 5010 alloy,effect of trace elements on the mechanical properties of the alloy was analyzed and proper adjustment and matching in the contents of Mg,Mn,Fe,Si were made according to the mechanical property requirements of strip for Persian blinds.In order to cut the cost to increase the profit and increase the quality &reduce the consumption,cast-rolling sheet stock was adopted as the object of research on production technology.Effect of homogenization annealing on the mechanical properties of strip for 0.12 mm Persian blinds and that of stabilizing annealing on the mechanical properties of strip for 0.12 mm Persian blinds and shearing effect were investigated through technology tests to identify the strip for Persian blinds produced that conformed to the standard and satisfied users’ requirements with proper technology.

Keywords：aluminium alloy strip; homogenizing annealing; stabilizing treatment; strip for persian blinds; mechanical properties

中圖分類號(hào)：TG 335.55

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：吳丹(1974—),男,主要從事鋁加工方面的研究. E-mail:846081723@qq.com

收稿日期：2015-03-27