退火溫度對(duì)鑄軋3004鋁合金帶材性能的影響

吳廣奇，白萬(wàn)真

(1中鋁東輕河南生產(chǎn)基地，河南 洛陽(yáng) 471003)(2中鋁河南鋁業(yè)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471003)

3004是AL-Mn系添加Mg的合金，3004合金屬熱處理不可強(qiáng)化的鋁合金，3004合金綜合了AL-Mn系和AL-Mg系二元合金的優(yōu)點(diǎn)[1]，添加Mg合金可以提高其強(qiáng)度，并抑制再結(jié)晶晶粒粗大化的傾向。具有較高的強(qiáng)度、耐蝕性和良好的加工成形性能，廣泛地應(yīng)用于汽車制造業(yè)、制罐業(yè)、建筑裝飾等方面，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

目前，3004鋁板帶生產(chǎn)主要采用以下兩種生產(chǎn)工藝：一種是半連續(xù)鑄造扁錠供坯經(jīng)熱軋、冷軋至成品的生產(chǎn)工藝，為大多數(shù)鋁加工企業(yè)所采用；另一種是鑄軋卷供坯直接冷軋的生產(chǎn)工藝。在相同生產(chǎn)規(guī)模條件下，鑄軋卷供坯生產(chǎn)3004合金鋁帶材省掉了傳統(tǒng)半連續(xù)鑄造-熱軋帶坯生產(chǎn)工藝的開錠、銑面、加

熱等許多中間工序，生產(chǎn)周期短，節(jié)約能源，生產(chǎn)成本比較低，采用3004合金鑄軋坯料生產(chǎn)出合格的滿足顧客使用性能的產(chǎn)品是眾多鋁加工技術(shù)工作者努力研究的方向。對(duì)鑄軋成品料退火溫度進(jìn)行試驗(yàn)研究，以期達(dá)到最佳性能，為批量生產(chǎn)滿足條件的鑄軋3004合金帶材提供理論數(shù)據(jù)支撐。

1 化學(xué)成分

3004合金鑄軋?jiān)囼?yàn)料厚度為7.0mm，其化學(xué)成分應(yīng)符合表1所示。

表1 3004合金鑄軋?jiān)囼?yàn)料的化學(xué)成分不大于( % )

2 工藝流程及試驗(yàn)方法

采用的試驗(yàn)工藝流程為：3004鑄軋?jiān)囼?yàn)料冷軋至1.8mm→切邊→冷軋至0.9mm厚→清洗→退火→倒卷→包裝。

對(duì)3004鑄軋料成品取樣，分別在220℃-420℃溫度進(jìn)行小爐退火試驗(yàn)，保溫一小時(shí)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。并做偏光組織照片[2]，對(duì)其組織進(jìn)行分析試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 退火溫度對(duì)其性能的影響

圖1為力學(xué)性能-退火溫度變化曲線圖。由圖1可以看出，隨著退火溫度的升高，鑄軋3004合金帶材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，而其延伸率呈上升趨勢(shì)。隨退火溫度升高，在退火溫度280℃時(shí)，曲線斜率變化，當(dāng)溫度繼續(xù)升高至380℃，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度迅速降低、延伸率迅速提高，退火溫度在420℃時(shí)，曲線驟變勢(shì)頭趨于平緩。

圖1 鑄軋3004鋁合金帶材力學(xué)性能-退火溫度變化曲線圖

3.2 退火溫度對(duì)其組織的影響

圖2 不同退火溫度偏光組織照片(×100)

圖2為典型偏光組織。鑄軋3004試驗(yàn)料冷軋至0.9mm，冷軋總加工率為88%左右，分析認(rèn)為，在此次冷軋變形下，材料內(nèi)部晶粒已完全破碎，原鑄態(tài)組織(見圖2a)已被細(xì)長(zhǎng)的纖維狀冷軋變形織構(gòu)(見圖2b)替代，材料已達(dá)完全加工硬化狀態(tài)。隨著退火溫度的升高，原來(lái)的纖維狀冷軋變形織構(gòu)逐漸減少，在退火溫度為420℃時(shí)基本消失；細(xì)小的晶粒逐漸增多，并均勻彌散分布。

分析認(rèn)為，當(dāng)退火溫度為220℃～290℃時(shí)，內(nèi)部仍為細(xì)長(zhǎng)的纖維狀冷軋變形組織，基本為回復(fù)階段，晶內(nèi)位錯(cuò)逐漸遷移，形成規(guī)則排列，但其內(nèi)部還存在大量的位錯(cuò)，此時(shí)強(qiáng)度略有下降，延伸率變化不大，晶內(nèi)位錯(cuò)不斷遷移、調(diào)整和排布，有序排列完成后形成亞晶織構(gòu)，為形核創(chuàng)造了有利的條件；當(dāng)退火溫度達(dá)到290℃～380℃時(shí)，原細(xì)長(zhǎng)的纖維狀冷軋變形織構(gòu)晶粒正逐漸被新的等軸晶粒替代見圖2(b、c)，形成均勻細(xì)小的再結(jié)晶組織，隨退火溫度逐漸升高，晶粒逐漸增多。這一點(diǎn)從由圖1軟化曲線也可以看出，隨退火溫度升高，室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度逐漸降低，延伸率逐漸提高，當(dāng)溫度繼續(xù)升高至380℃，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度迅速降低、延伸率迅速提高，溫度在400℃左右時(shí)基本完成了再結(jié)晶過程。

當(dāng)退火溫度升高到400℃以上時(shí)，其晶粒并沒有長(zhǎng)大，此時(shí)認(rèn)為材料內(nèi)部發(fā)生了第二相質(zhì)點(diǎn)(Mn、Fe)Al6和Mg2Al3析出，并分布于晶內(nèi)及晶界，這些第二相質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了位錯(cuò)和晶界的遷移，阻止晶粒長(zhǎng)大，形成細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，同時(shí)也起著彌散強(qiáng)化的作用，并具有較高的變形抗力，這也是該合金在退火狀態(tài)也可保持較高強(qiáng)度的原因。

3.4 退火溫度對(duì)其彎曲性能的影響

表2為試驗(yàn)料的90°彎曲性能-退火溫度之間變化關(guān)系情況。由表2可看出，隨退火溫度升高，其90°彎曲性能向著較好方向發(fā)展，退火溫度在340℃以上時(shí)，其彎曲處無(wú)裂紋，因此退火溫度在340℃以上時(shí)利于材料的加工性能，溫度低于340℃時(shí)，不能滿足彎曲性能要求。

表2 不同退火溫度對(duì)彎曲性能的影響

4 結(jié)論

1)退火溫度約在220℃-400℃時(shí)，3004合金鑄軋料完成了再結(jié)晶過程；在380℃-400℃時(shí)形成彌散、細(xì)小均勻的晶粒，基本消除了晶內(nèi)偏析現(xiàn)象;

2)退火溫度在340℃以上時(shí)，3004合金鑄軋料90°

折彎無(wú)裂紋。

[1] 肖亞慶，謝水生，劉靜安，等.鋁加工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：71.

[2] L.F.蒙多爾福.鋁合金的組織與性能[M].王祝堂，等譯。北京：冶金工業(yè)出版社，1984.9.