1070鋁合金擠壓板材生產(chǎn)工藝研究

李洪林，周廣宇，王國冰，吳 琪，馮志強

（遼寧忠旺集團有限公司，遼寧遼陽111003）

0 前言

1070屬于純鋁合金，不能通過熱處理強化，其強度低、切削性不好。但其板材具有塑性高、耐蝕、導電性和導熱性好等特點，可進行接觸焊、氣焊[1]，常應用于制造一些具有特定性能的結(jié)構(gòu)件、電儀表部件、熱交換材料等。例如其鋁箔制品可用作墊片及電容器、電子管隔離網(wǎng)、電纜的防護套，以及網(wǎng)、線芯及飛機通風系統(tǒng)的零件及裝飾件。

1070合金板材生產(chǎn)過程中，易出現(xiàn)板材表面色差大以及震紋等問題，其電導率可達到59.5%IACS。此次所需產(chǎn)品表面不能有明顯色差，表面粗糙度Rz≤18，電導率要求≥61%IACS。本文對擠壓模具結(jié)構(gòu)、擠壓速度及合金成分進行了優(yōu)化設計，并對擠壓后的板材進行表面質(zhì)量和性能檢測，以獲得最佳的工藝參數(shù)，并產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1070鋁合金板材的生產(chǎn)工藝路線為：熔煉鑄造→均勻化退火→鑄錠加熱→擠壓→淬火→鋸切→性能檢測。對鑄錠化學成分進行設計，化學成分見表1中a、b兩種配比。

客戶按照JISH 4100標準檢測，要求產(chǎn)品表面平整、潔凈，無劃痕、無油污，不能有明顯色差和表面機械紋，表面粗糙度（Rz≤18）；切割面應平滑，無毛刺、毛邊、拉毛、夾渣；電導率≥61%IACS。具體性能參數(shù)見表2。

表1化學成分（質(zhì)量分數(shù)/%）

表2性能指標

1.2 試驗方法

在相同擠壓工藝參數(shù)下，設計兩種不同結(jié)構(gòu)的模具，擠壓工藝參數(shù)見表3。根據(jù)不同的合金成分、擠壓速度和模具結(jié)構(gòu)設計，選取三因素兩水平做L4（2^3）的正交表，如表4所示。正交試驗共4組，分別按照表3生產(chǎn)工藝參數(shù)進行生產(chǎn)，并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化，分析在不同因素水平組合下擠壓板材的電導率和表面質(zhì)量情況。

表3 生產(chǎn)工藝參數(shù)

表4 L4（2^3）因素水平表

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 電導率分析

用于強化合金的常規(guī)方法通常會降低導電性，例如合金化、沉淀強化和應變硬化[3]。要想提高強度而又不損害太多的導電性，微合金化是實現(xiàn)高導電率和高強度電導體的最有效方法之一[4]。采用AG-X 100KN電子萬能試驗機、渦流電導儀對試樣進行力學性能和電導率檢測，其正交試驗數(shù)據(jù)結(jié)果見表5。通過表5正交數(shù)據(jù)結(jié)果可知，只有采用化學成分b生產(chǎn)的產(chǎn)品電導率符合客戶的高性能指標。因此，在JISH4100標準范圍內(nèi)，微調(diào)合金元素，將鑄錠的鋁含量由99.7%提高到99.8%，可有效提高擠壓產(chǎn)品的電導率值。

表5正交試驗數(shù)據(jù)結(jié)果

2.2 表面質(zhì)量分析

擠壓制品速度越快，其產(chǎn)品表面質(zhì)量越難以控制。根據(jù)表4數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，采用化學成分a進行擠壓時，當制品擠壓速度達到10m/min時，2#擠壓模具生產(chǎn)的制品仍然具有良好的表面情況，只有輕微的震紋；采用化學成分b進行擠壓生產(chǎn)時，當擠壓速度控制在6m/min，同時采用2#擠壓模具，可以得到優(yōu)質(zhì)的制品表面；而采用化學成分a和1#模具進行擠壓時，當擠壓速度達到10m/min時，其制品表面已出現(xiàn)嚴重震紋并伴有起浪現(xiàn)象。

2.3 模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖1是本試驗采用的兩種不同結(jié)構(gòu)的擠壓模具截面圖。合理的模具結(jié)構(gòu)在一定程度上可控制產(chǎn)品的內(nèi)部組織和力學性能。合理的模具設計和精確的制作能大大提高模具使用壽命，提高生產(chǎn)率、降低能耗[2]。針對1070鋁合金鑄錠本身較軟的特點，根據(jù)以往生產(chǎn)經(jīng)驗，在鑄錠經(jīng)模具擠壓成型的過程中，金屬流經(jīng)過模具工作帶的擠壓時間越短越好。于是按照這個思路設計了2#模具。相比于1#模具，其獨特之處在于把工作帶打磨成2～5°的微小傾角，即打磨成促流角，使模具工作帶長度由2.0變成0.2，降低工作帶粘著區(qū)寬度，減小該區(qū)的摩擦力，增大滑動區(qū)。這樣，不僅不會影響模具壽命，而且能有效避免1070鋁合金擠壓板材表面起浪面、粗糙度變大等問題。

圖1模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

通過上述試驗分析，發(fā)現(xiàn)在1070純鋁合金擠壓生產(chǎn)時，將鑄錠中Al質(zhì)量分數(shù)提高至99.8%，控制擠壓工藝速度為6～8m/min，對模具增設促流角并縮短模具工作帶長度，可生產(chǎn)出符合客戶要求的高質(zhì)量表面和高電導率的1070擠壓板材。

3 結(jié)論

（1）對于純鋁系鋁合金，生產(chǎn)工藝對材料的電導率影響不大，鑄錠成分對材料電導率影響較為明顯，可對鑄錠成分做進一步提純，減少雜質(zhì)相的配比，以此提高材料電導率。

（2）增設促流角并縮短模具工作帶長度，降低工作帶粘著區(qū)寬度，增大滑動區(qū)，不僅不影響模具壽命，還能有效避免1070鋁合金擠壓板出現(xiàn)表面起浪面、粗糙度變大等問題。

（3）合理控制制品擠壓速度，當擠壓工藝速度為6～8m/min時，制品表面質(zhì)量最好。