空調(diào)散熱用鋁箔鑄軋工藝問(wèn)題的理論研究

尹 騰

(乳源瑤族自治縣陽(yáng)之光親水箔有限公司，廣東 韶關(guān) 512700)

國(guó)內(nèi)家用電器中,空調(diào)已經(jīng)成為一種不可或缺的產(chǎn)品.優(yōu)質(zhì)高效的生產(chǎn)空調(diào)器用鋁箔是促進(jìn)空調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)有效措施.常規(guī)空調(diào)用鋁箔主要DC、CC兩種生產(chǎn)工藝，其中工藝加工復(fù)雜，成材率低，市場(chǎng)工業(yè)化生產(chǎn)主要采用CC（連續(xù)鑄軋）方式生產(chǎn)。合金系列有3102,8011,1200等多種，其中最廣泛使用的是3102合金。本論文將就鑄軋用3102合金的鑄軋生產(chǎn)工藝進(jìn)行探討。通過(guò)解決鑄軋生產(chǎn)中的常見(jiàn)缺陷，提高產(chǎn)業(yè)成熟度。

1 工藝研究

澆注溫度和鑄軋速率匹配性研究。鑄軋過(guò)程中，澆注溫度和鑄軋速率會(huì)直接影響帶材的成型以及性能。澆注溫度變化，會(huì)導(dǎo)致鋁合金熔液的過(guò)熱度變化，間接地影響軋輥與熔池之間的換熱系數(shù)，從而影響熔池內(nèi)部的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)。鑄軋速率的不同會(huì)直接影響輥/帶界面的熱流密度。

圖1 不同澆注溫度條件下中心對(duì)稱面的溫度分布（熱成像儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）

澆注溫度分別為670℃、680℃、690℃和700℃時(shí)，如圖1所示：隨著鋁熔體澆注溫度的提高，鋁帶坯的整體溫度略有提高，液相線（830℃）位置向熔池出口處移動(dòng)。由于最終凝固點(diǎn)的變化直接促進(jìn)了液穴的深度的變化。如圖2所示，液穴深度隨著澆注溫度的提高而逐漸增加。當(dāng)澆注溫度為670℃時(shí)，液穴深度為6.9mm；當(dāng)澆注溫度為為680℃時(shí)，液穴深度為7.2mm；當(dāng)澆注溫度為690℃時(shí)，液穴深度為7.5mm；當(dāng)澆注溫度為700℃時(shí)，液穴深度為8.1mm。根據(jù)計(jì)算的理論區(qū)間，當(dāng)澆注溫度為690℃時(shí)，可以作為鑄軋速率為1.0m/min的最優(yōu)澆注溫度。當(dāng)澆注溫度低于690℃時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致“軋卡”現(xiàn)象；或者鑄帶橫向溫度分布不均，產(chǎn)生裂紋缺陷。澆注溫度高于690℃時(shí)，鑄軋區(qū)深度將會(huì)超過(guò)計(jì)算區(qū)間的上線，會(huì)導(dǎo)致鋁熔液出了鑄造區(qū)還沒(méi)完成凝固就進(jìn)入軋制區(qū)，從而形成“跑湯”現(xiàn)象。

圖2 鑄軋速度為1.0 m/min時(shí)，不同澆注溫度條件下液穴深度

2 澆注溫度和鑄軋速率對(duì)晶粒尺寸的影響

晶粒細(xì)化是提高鋁及鋁合金板帶材強(qiáng)度和韌性的重要手段之一，是改善鋁材質(zhì)量的重要途徑。不同的鑄軋速率和澆注溫度條件對(duì)鑄軋帶坯晶粒組織產(chǎn)生不同的影響。圖3展示了在鑄軋速0.8m/min，1.0m/min，1.2 m/min板坯橫截面晶粒組織形貌。從圖中可以看出，包含了三種晶粒結(jié)構(gòu)：靠近軋輥的Ⅰ區(qū)域激冷區(qū)，由細(xì)小的等軸晶組成；具有一定傾斜度的Ⅱ區(qū)域柱狀晶區(qū)；以及由一些被拉長(zhǎng)壓扁柱狀晶和等軸晶Ⅲ區(qū)域混合晶區(qū)。

圖3 常規(guī)鑄軋鋁合金板材顯微組織形貌

當(dāng)鋁熔體與軋輥表面接觸時(shí)，會(huì)引起不均勻形核及大部分晶粒任意方向分布。激冷區(qū)域的晶粒會(huì)緊貼近軋輥表面，不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。而伴隨著大量的熱量傳遞（即熱量從鋁熔液傳遞到軋輥，然后被軋輥內(nèi)通的循環(huán)冷卻水帶走），晶體會(huì)沿著與熱流流動(dòng)相反的方向生長(zhǎng)，并且在軋輥的軋制力作用下（軋制力分為凈水壓力和剪切力），晶粒被壓扁，并且沿著軋輥剪切面方向傾斜。從而形成了傾斜度的柱狀晶區(qū)。然而，中心區(qū)域晶粒形貌的形成有一些不同理論，主體認(rèn)為形成這個(gè)區(qū)域的一個(gè)重要的因素是在結(jié)晶過(guò)程中枝晶壁末端被鋁熔液熔化，在熔體最后凝固的過(guò)程中成為了新的形核點(diǎn)，因此達(dá)到了晶粒細(xì)化的效果，并且剪切應(yīng)力隨著距離軋輥表面距離的增加而逐漸減弱，最終形成了有等軸晶和被拉長(zhǎng)的柱狀晶組成的混合晶區(qū)域。

晶體的形核和生長(zhǎng)與過(guò)冷度有直接關(guān)系，如圖4所示。伴隨著過(guò)冷度的升高，形核率和長(zhǎng)大速率都是先增大后減小。增加過(guò)冷度的方法主要有：通過(guò)降低澆注溫度從而降低鑄軋輥溫度；另外，隨著鑄軋速度的降低，會(huì)導(dǎo)致液穴長(zhǎng)度的減小，即減小了鑄造區(qū)的長(zhǎng)度，使得鋁熔體凝固時(shí)的過(guò)冷度ΔT增加。因此，降低澆注溫度，減小鑄軋速度都可以增強(qiáng)過(guò)冷度。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的三種鑄軋坯橫截面的晶粒尺寸分布情況，鑄軋速率1.2m/min，澆注溫度670℃ 和鑄軋速為1.0m/min，澆注溫度690℃晶粒尺寸都小于鑄軋速率0.8m/min，澆注溫度700℃時(shí)的晶粒尺寸。

圖4 金屬凝固時(shí)形核率、長(zhǎng)大速率與過(guò)冷度的關(guān)系

3 結(jié)語(yǔ)

澆注溫度與鑄軋速度是空調(diào)鋁箔用材料鑄軋生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)，與跑湯等工藝缺陷密切相關(guān)，同時(shí)更與晶粒組織密切相關(guān)，因此在生產(chǎn)中需要進(jìn)行良好的匹配。