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铝合金中温钎焊材料的突破
http://www.31alu.com 2017-09-08 10:24:50 来源:中国铝业网

  文章刊于Lw2016论文集——作者邢晓乐,李永锋,高洪辉,侯保平,吴广奇,刘辉(中铝河南洛阳铝加工有限公司)

  摘要:本文简要阐述了0.8mm厚5052-H32铝合金板材工艺试验过程。该试验采用半连续铸造铝合金扁锭,经热轧、冷轧生产拉杆旅行箱包用5052H32铝板材,对材料组织和性能等试验指标分析,确定成品退火制度,生产出满足客户力学性能和折弯要求的5052H32铝合金板材。

  5052铝合金是5系合金中的典型合金,主要元素为镁,并添加少量的Mn、Cr、Ti等合金元素,属于热处理不可强化铝合金,具有中等强度、良好的塑性、抗蚀性、可焊性和易于加工成形等特点,广泛用于石油化工行业、建筑行业、交通运输行业及电子通讯行业等。随着生活水平的提高和旅行用具轻量化的发展,拉杆旅行箱包用铝材需求逐渐增多。5052铝合金以其良好强度、塑性、焊接性能、不易腐蚀、轻量化等优点,被旅行箱包所青睐。

  在冷轧过程中如何优化生产工艺,满足拉杆旅行箱包用铝合金板材的强度和优良的冲压折弯性能尤为重要。5052合金扁铸锭经热轧、冷轧,制定两种试验方案,通过对材料退火、组织和性能等试验分析,确定合理的工艺制度,以期望达到最佳性能为目的,为下一步进行批量化生产满足条件的5052合金板材提供理论数据支撑。

  1试验方案

  1.1试验材料和试验目标值

  性能目标值:抗拉强度在220MPa——240MPa;屈服强度在150MPa——175MPa,延伸率≥14%;90°弯曲无裂纹。试验材料化学成分应符合表1。

  试验材料为我公司半连续铸造机铸造的5052合金扁铸锭,经锯铣,我公司2400mm单道次可逆式卷取热轧机轧制成6.5mm厚合金卷材。

  1.2试验方案设计

  设计两种工艺试验方案,对5052热轧试验料的组织和性能分析,确定合理的工艺方案,满足客户的性能要求指标和使用要求。

  试验方案一:5052试验料冷轧至0.8mm厚→清洗切边→退火→横剪切板→包装入库。

  试验方案二:5052试验料冷轧至1.15mm厚→清洗切边→中退→冷轧至0.8mm厚→清洗切边→稳定化处理→横剪切板→包装入库。

  对5052试验料成品取样,在试验室进行退火试验以确定试验料合理的退货工艺。分别在200℃——350℃温度进行小炉退火试验,保温2h后出炉空冷,分析退火温度对其力学性能和90°弯曲性能的影响,做金相组织,对其组织进行分析。

  2 试验结果分析

  2.1试退火温度对5052合金性能的影响

  图1为5052试验料的力学性能-退火温度变化曲线图。由图1可知,退火温度在200℃——230℃范围,其抗拉强度、屈服强度和延伸率变化较平稳;230℃——280℃范围,其抗拉强度和屈服强度随退火温度升高呈下降趋势,而其延伸率呈上升趋势。280℃——320℃范围,其抗拉强度、屈服强度趋于平稳、延伸率稍有上升,基本趋于平稳。320℃——320℃范围,抗拉强度、屈服强度和延伸率基本没有变化。根据5052试验料的力学性能-退火温度变化曲线图,退火温度在265℃——275℃时可满足产品力学性能指标。

  2.2组织分析

  图2为典型偏光组织。5052合金带材轧制至0.8mm,冷轧总加工率为87%,分析认为材料内部晶粒已完全破碎,晶粒已成细长的纤维状变形织构。退火温度在200℃——230℃范围,带材的退火处于回复阶段,内部组织仅发生了多边化亚晶的合并过程。退火温度在230℃——280℃范围,表现为冷轧变形织构和初见形核的再结晶,且随着温度升高,冷轧变形织构逐渐减少,再结晶织构逐渐增多。退火温度为320℃时,原细长的纤维状冷轧变形织构已逐渐被新的等轴晶粒替代,形成均匀细小的再结晶组织。

  结合图1知,当退火温度由320℃升高至350℃时,其力学性能保持不变,分析认为其晶粒并没有长大,而是材料内部发生了第二相质点(Mn、Fe)Al6和Mg2Al3等析出,在亚晶边界的第二相质点对晶界起到钉扎作用,在晶内的第二相质点起到弥散强化作用,这些第二相质点严重阻碍了再结晶晶界的迁移,阻止晶粒长大,有利于形成细小再结晶晶粒组织。

  2.3两种方案对比分析

  结合软化曲线,方案一成品退火工艺采用金属温度255℃——265℃/20h;方案二5052试验料冷轧至1.0mm进行中间退火后,给予20%的加工率轧制至0.8mm采用金属温度为180℃——200℃/20h的低温回复退火。测得其力学性能和用户在冲压机上经两次连续冲压后的情况。由表2可以看出,方案二经稳定化退火温度,其抗拉、屈服强度有所升高,伸长率略有下降。两种方案的力学性能测量结果均满足旅行箱用料的力学性能要求。

  但在下游客户使用中,发现方案一试验材料性能不稳定,在工厂连续作业冲压机上,给出同样大小的冲压力,制作出的部分旅行用箱有局部冲压开裂现象,冲制过程不连续,严重影响生产效率。而方案二试验材料性能较稳定,冲制后表面无裂口,冲制过程比较顺利。因此,采用试验方案二可以满足用户批量生产冲制要求。

  方案一生产5052板材局部冲压开裂,分析是因为冷作硬化的Al-Mg合金,由于α(Al)固溶体中存在Mg的过饱和度,引起化学自由能较高;冷变形产生大量位错又使应变能较高,导致材料性能不稳定,其形变抗力已小于凸模冲压力。方案二生产5052板材经过稳定化处理,减少了Mg在α(Al)的过饱和度和位错密度,进而获得更稳定的组织和力学性能,改善稳定化效果。

  3 结论

  1)退火温度在230℃——280℃之间,其抗拉强度和屈服强度随退火温度升高呈下降趋势,而其延伸率呈上升趋势。退火温度在280℃——350℃,其抗拉强度、屈服强度趋于平稳、延伸率稍有上升,基本趋于平稳。

  2)采用试验方案二(6.5mm厚5052热轧卷冷轧至1.0mm厚→清洗切边→中退→冷轧至0.8mm厚→清洗切边→稳定化处理→横剪切板→包装入库)可以满足拉杆旅行箱包产品的力学性能和冲压要求。

  参考文献

  [1] 肖亚庆,谢水生,刘静安等.铝加工实用技术手册.北京:冶金工业出版社,2004.

  [2] 王祝堂,田荣璋.铝合金及其加工手册(3版)[M].长沙:中南大学出版社,2005.

  [3] 刘静安,谢水生.铝合金加工产品的主要缺陷分析及质量控制.北京,冶金工业出版社,2012.

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