冷轧对纯铝的组织性能的影响详解.docx
- 文档编号:26620181
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:22.62KB
冷轧对纯铝的组织性能的影响详解.docx
《冷轧对纯铝的组织性能的影响详解.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《冷轧对纯铝的组织性能的影响详解.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
冷轧对纯铝的组织性能的影响详解
冷轧对纯铝的组织性能的影响
前言
铝是一种年轻的金属,从发现到现在也不过200年历史。
由于它具有一系列无可比拟的优点,且在地壳中资源丰富,因而获得了十分迅猛的发展。
铝加工产业包括铝合金的制各及其熔炼与铸造、铝及铝合金板、带、条、箔材、管、棒、型、线材,锻件与模锻件,粉材以及深加工产品的生产与经营,是一个涉及面很广,对国防军工现代化、国民经济发展和人民生活水平提高有重大影响的行业,是一个技术含量和附加值很高的产业。
由于轧制加工方法,具有生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化和自动化等优点,约90%上的铝加工产品都须经过轧制成材。
一、铝板带箔材轧制生产概述
铝产品的平板轧制生产
所谓轧制,是指轧件依靠摩擦力被拉进旋转的轧辊问,借助轧辊施加的压力,使其横断面减少,形状改变,厚度变薄而长度增加的一种塑性变形过程。
板带箔材轧制属于平轧产品(FRPS)生产。
根据轧辊旋转方向的不同,轧制又可分为纵轧、横轧和斜轧。
铝及铝合金加工材中以压延材(板、带、条、箔材)应用最广,产量最大,其产量约占
世界铝材总年产量的58%。
铝产品的平板轧制生产主要分3个阶段:
热轧、冷轧、薄带及箔材轧制。
(1)热轧:
使金属在再结晶温度以上的轧制过程。
金属在该过程中无加工硬化,具有较高的塑性和较低的变形抗力,可以用较少的能量得到较大的变形。
为了保证产品的组织性能,应严格控制加热温度、变形速度、变形终了温度、变形程度和加工后轧材的冷却速度。
(2)冷轧:
金属在不产生回复和再结晶的温度以下的轧制过程。
热轧带材需通过冷轧加工成更薄的带材。
虽然这一变形过程叫做“冷”轧,但每道次轧制中带材的温度也会上升100℃左右,因此需要喷射大量的轧辊冷却液,以维持轧辊和带材的热平衡;冷轧后可得到表面光洁、尺寸精确、组织性能良好的产品。
(3)薄带和箔材轧制:
用冷轧的方法迸一步对板材进行减薄,一般把厚度为0.2~4mm的板材称为薄板,其中厚度0.2~1.2mm又称为超薄板带,厚度小于0.2mm的板材称为极薄板带材,也称箔材。
二、冷轧生产
1、冷轧薄板带生产特点
(1)冷轧由于不存在热轧温降与温度不均匀的弊病,可以得到厚度更薄、精度更高的冷轧带钢和冷轧薄板。
如现代可逆冷轧机可以生产厚度为0.15~3.5mm,板厚精度为±5微米,平直度为5~20I的薄板。
(2)冷轧板表面清洁光亮,并可根据不同用途制造不同表面粗糙度。
(3)性能好、品种多、用途广。
2、冷轧机的种类及发展趋势
世界各国研制开发的冷轧机类型很多,应用较广泛的现代冷轧机有:
四辊可逆式轧机、HC轧机、PC轧机、MKW(偏八辊)轧机、森吉米尔轧机等。
大量不规范设计的轧机已被开发:
行星轧机、异步轧机、静压一弯曲一拉伸轧机、往复式轧机等。
近期内,由于铝带箔轧机的设计已相当完善,可以满足各种合金产品和自动化生产的需要,在轧机设计方面只会有许多小的进步,如增加系统的可靠性、提高生产能力
和产品质量、设备的灵活性更强。
将来,发展倾向于将不同领域的独立观念有机地结合到一起,从而开发出更现代化的轧机。
第一,综合问题处理模块,由过程自动化的各单元(厚度控制、板形控制、机械装置及传动系统等)连接起来构成:
第二,改进带卷(或带材)输送流程(如自动喂料等),减少卷材处理时间,提高自动化程度和生产效率;第三,采用低磨损、高性能新机械材料。
3、影响冷轧产品质量的因素
近年来,用户对冷轧板带的要求日益严格。
现在用户既要求整个板卷又要求板卷和板卷之间的厚度和性能均匀一致。
为保证冷轧板质量,需对其质量影响因素进行控制,这主要包括:
原材料的质量、熔炼、铸坯、熟轧、冷轧、退火等方面。
三、冷轧工艺制度
轧制工艺制度的确定是冷轧带钢生产中最重要的工艺问题,合理的轧制工艺制度是保证轧制过程实现优质、高产、低耗的重要条件。
1、冷轧压下制度
冷轧压下制度包括两部分:
总压下量的确定和道次压下量的分配。
(1)、冷轧总压下量是指两次退火间的压缩率即在一个轧程内的压缩率。
视冷轧的目的不同,总压下量确定也不同的。
必须考虑到金属的塑性限制、设备条件的限制、最小可轧厚度的限制。
成品冷轧总压缩率主要由产品的组织性能和表面质量所决定,应根据不同制品来确定冷轧压缩率。
如软制品一般要求成品冷轧总压缩率在50%以上,而需抛光轧制的制品一般要在1.5~3.0%之问。
(2)、道次压下量的分配与金属塑性、咬入、轧辊强度和主电机能力等条件有关。
一般,重有色金属道次压缩率一般在45%以下,铝合金在55%以下。
2、冷轧时的轧制速度
冷轧速度是冷轧的一个重要工艺参数,它直接决定了轧机的生产率。
如蒂森克虏伯的尼洛斯塔公司的一套20辊轧机可以轧制的带钢最大宽度为1350mm,带钢厚度为0.2~2.5mm。
最大轧制速度为800m/min,钢卷单重最大30t。
提高冷轧速度的条件是:
带材应有足够的长度、轧机有较强的冷却与润滑系统、有准确的厚度和板形检测装置、有高性能的压下系统、要相应地增大主电动机的功率等。
同时还要协调好这些条件,才能得到合理的高轧制速度。
3、冷轧时的张力
在带材冷轧过程中,几乎都采用张力,尤其对薄带材和极薄带材,若不采用张力,甚至不可能轧出成品来。
因为张力在轧制过程中有以下作用:
能够降低单位压力、减少轧辊的弹性压扁和轧辊弹跳值、能够用张力来控制辊型、保证轧制的稳定、为实现轧制过程的机械自动化创造条件。
只有采用合适的张力才能很好地控制产品质量和稳定轧制过程。
张力的大小要视不同的金属和轧制条件而定。
在实际生产中,单位张力应远远小于金属的屈服极限,最合适的单位张力范围在:
(0.2~0.4)σ0.2。
轧制张力是冷连轧带钢生产过程中必需严格控制的重要参数,它不仅影响轧制工艺条件,影响产品尺寸精度与板形质量,甚至能使整个轧制过程变得不稳定。
4、冷轧时的工艺润滑与冷却
铝材冷轧工艺润滑剂由轻质矿物油和添加剂组成,其中基础油的成分类型、添加剂的种类与含量不但对其相关的理化性能而且更重要的是对其轧制润滑效果以及轧后及退火后铝板表面质量产生重要影响删。
它的主要作用是㈣:
润滑板带与轧辊,降低摩擦力;冷却板带与轧辊;冲洗板带与轧辊,以得到较好的板带表面质量;提高板带在中间过程的防锈能力。
加工硬化使金属的变形抗力增大,金属的变形热与摩擦热使轧件和轧辊的温度升高,辊系阃的热量流动使轧辊轴向温升不均匀,产生热凸度。
对于现代高速、大轧制力的轧机,这一点更为突出。
所以选择合适的冷却润滑剂,对控制板形十分重要。
其中轧制油的工作温度、工作压力、流量和分布是主要影响因素。
四、实验材料
1、实验材料的选择
工业纯铝具有塑性高、耐蚀、导电性和导热性能好的特点,但强度低,不能通过热处理强化,切削性不好。
多利用其优点制造一些具有特定性能的结构件,如铝箔制成垫片及电容器等。
本实验选用的工业纯铝为1060(L2)、厚度为3mm、厚度偏差为士o.23(GBT/3194-1998)、宽度为20mm、供货状态为完全退火态(O)。
L2中铁和硅是主要杂质,从A1-Fe和Al-Si系二元平衡相图可知,在共晶温度时铁、硅在铝中最大溶解度分别为0.052%和1.65%,在室温分别约为0.002%和0.05%。
实验用纯铝L2内的铁和硅的含量分别为0.4%、0.25%,则室温生成的组织是a(Al)及a(Al)+FeAl3共晶和极少Si。
其化学成分和主要性能指标分别如表3-1和表3-2所示:
表3-I实验材料的化学成分(wt%)
Table3-1Chemicalcompositionsofthematerialforexperiment(wt%)
牌号
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Zn
其他
Al
L2
0.25
0.40
0.05
0.03
0.03
0.05
余量
99.6
表3-2实验用铝的室温性能
Table3-2Room-temperatureproperlyofthematerialforexperiment
牌号
品种
状态
密度
抗拉强度
规定非比例伸长应
伸长率(50mm)
L2
带材
O
2.71
55-95
---
≥35
2、实验材料的预备热处理
工业生产中铝、镁合金材料常采用的退火制度有:
坯料退火、中间退火和成品退火。
成品退火可分为高温退火(生产软制品)和低温退火(生产不同状态的半硬制品)两种。
为了使供货状态为H12的LF21与供货状态为O的L2带材进行对比性实验,需保证它们具有相同初始状态。
因此需对铝合金进行成品高温退火,退火温度不宜过高,保温时间不宜过长。
将实验铝合金材料在空气电阻炉中进行完全退火,退火的工艺为:
金属温度390℃~410℃、保温1.5小时、出炉后空气冷却。
五、实验方案及工艺流程
1、实验方案
本文选用工业纯铝L2为原料,将其轧制成不同厚度的薄带,用金相显微组织分析结合显微硬度分析,研究各个工艺参数对冷轧铝显微组织的影响,最后对板形中的弯曲情况进行研究。
轧制规程如表3.3所示;
表3-3轧制规程
Table3-3MillCondition
轧制道次
轧前高度H/mm
轧后高度h/mm
绝对压下量Δh/mm
总压下率ε/%
道次压下率ε/%
压下系数η
1
3
2
3
2、工艺流程
为保证能得到理想的试样,需要在轧制前后做好充分的准备工作和后处理工作,制定一套合理的制样工艺流程,如图3-2所示。
(1)原料:
综合考虑本次实验目的和轧机能力限制,实验材料选择工业纯铝L2,在日常生产生活中应用十分普遍,并且塑性好有利于顺利轧制。
(2)改善咬入:
根据轧制咬入条件:
f=tanα或者β≥α
在轧制前对轧件进行预处理,使其能在轧制过程中顺利咬人。
式中:
f—轧件与轧辊间的摩擦系数;
β—摩擦角;
α—咬入角,它是轧件法向力与轧辊中心连线的夹角;
在刚开始咬入时,其数值等于接触角为α:
当α=β时,为咬入的临界条件,把此时的咬入角称为最大咬入角,它取决于轧件和轧辊的材质、接触表面状态和接触条件等。
如纯铝的最大咬入角为20°~22°、摩擦系数为0.36~0.40。
根据实验方案和轧辊尺寸参数,利用以上公式计算发现当轧制第二道次时将无法咬入即摩擦角β小于咬入角α,应想办法给予解决。
改善咬入的方法有:
1.将轧件的小头或楔形端先送入轧制。
2.用外力将轧件强制推入轧辊中。
3.改善轧件或轧辊的表面状态以增大摩擦角。
4.合理地调节轧制速度,因为系数随轧制速度的提高而减少。
综合考虑,本文选择第一种方法,把原料头部用铝板锉锉成楔形,以能顺利咬入为准,用800#砂纸打磨毛刺,以免在咬入时损伤轧辊。
(3)清洗:
轧制前要对轧件和轧辊进行清洗,去除表面上的油污、颗粒、杂质等。
先用干净的抹布擦去轧件和轧辊的硬颗粒和杂质,再在碱液为轧件和轧辊除油污,最后用脂棉蘸取无水乙醇擦拭和吹风机吹干待用。
(4)涂油:
为轧件和轧辊涂冷轧油。
本文轧制油来自广西南南铝业公司提供的铝带箔材轧制专用冷轧油,冷轧油的具体主要性能如表3-4所示。
经实验发现,该冷轧油效果很好、油膜强度大、轧后轧件表面十分光亮、脱脂性能好并有利于咬入。
(5)试轧:
本实验轧机采用手动压下螺杆和轴承座间的平衡弹簧来调节辊缝,但由于轧辊连接齿轮的传动误差和轧辊辊跳的影响,将使得辊缝的调节不能单单依靠压下螺杆上的刻度值。
因此,在每次轧制前取一小段轧件进行试轧,试轧后检查轧件中部两端尺寸是否达到要求尺寸,直到轧件两端尺寸相同并达到实验要求尺寸时既可停止试轧,进行下一步冷轧。
(6)冷轧:
本轧机没有有导位装置,在轧制时一定要保证进科平直,以免出现轧偏变形的现象。
(7)除油:
轧制后试样用四氯化碳或苛性钠和碳酸钠混合碱液进行清洗,以去除轧制油和其它污物。
(8)制样、分析;用电火花线切割来取样,经镶样、打磨、抛光、腐蚀等,为实验观察分析提供试样。
六、金相显徽组织观察
在进行金相试样的观察、检测中,金相试样的制各是一个很关键的步骤,试样制备的质量直接关系到试样检测的成功与否。
整个金相检测过程如图3-7:
金相试样预磨(预磨)
金相试样镶嵌(镶嵌)
金相试样切割(取样)
→→
↓
金相显微镜检测(观察)
金相试样腐蚀(腐蚀)
金相试样抛光(抛光)
←←
金相图谱分析(分析)
↓
图3-7金相检测过程图
Fig3-7Theprocessofmetallographicalmeasuring
(1)金相试样切割与镶嵌
对于不同性质的材料,试样截取的方法各有所异,但应遵循一个共同的原则,即应保证被观察的截面不产生组织变化。
本次实验轧制后试样的最小厚度为1.2mm,出现一定程度的弯曲,同时由于加工硬化作用较原始试样硬度有大幅提高。
采用手锯取样,易产生附加变形,对以后的组织观察不利。
因此采用电火花线切割机来取样。
(2)金相试样预磨和抛光
试样镶样完成后,采用碳化硅砂纸依次按400#,800#,1200#,1500#号砂纸进行打磨(实验结果表明SiC砂纸打磨效果优于A1203砂纸)。
纯铝质地较软,打磨过程中需不断用水冲洗,防止硬颗粒和电木粉嵌入其中,并能避免因磨面温度升高引起组织变化和金属扰乱层增厚,为后续的机械抛光带来困难。
打磨过程中要求用力均匀且时间不易过长,以防出现多面,影响打磨质量。
抛光时压力不宜过大,抛光时间也不宜过长,一般情况下抛光3~5分钟即可。
抛光时用粒度分别为3.5、2.5、1.5、1.5水溶性金刚石抛光膏进行粗抛和精抛,最后一道用清水来抛。
在抛光过程中,一定要注意要适量适时加水,湿度以抛磨的样品取出后能迅速从样品表面一端干到另一端为宜,磨料太稀或太浓均易使样品表面于在磨制过程中氧化,至表面产生一层晶态灰白的氧化膜。
由于氧化膜的作用,试样一腐蚀,表面立即发灰,在高倍观察时则可见铝基体上很多小黑点,造成组织假相。
(3)金相试样的腐蚀
根据实验分析的需要,在金相分析时希望能看到较为清晰的晶界。
本文采用常规腐蚀工艺,腐蚀完成后可以观察到清晰的金相组织。
腐蚀剂:
4.5%HCl+3.5%HF+5.5%HN03+86.5%H20(体积百分比)
腐蚀时间:
90~140s。
原始试样选择腐蚀时间偏长些,而轧制变形后试样由于其晶界能量大幅提高而易于被腐蚀,腐蚀时间选择偏短些。
注:
常规浸蚀剂的失效时间比较短,尽量要现配现用,放置8小时以上基本达不到良好的浸蚀效果;浸蚀好的样品要尽快照相和实验,以免氧化,达不到很好的效果。
腐蚀过深影响金相组织观察和照片质量,因此腐蚀应适度。
(4)金相显微镜检测(观察、分析)
把腐蚀好的试样,利用高温金相显微镜来观察分析。
由于实验目的是观察不同工艺条件下,显微组织的变化,主要看晶粒的大小、分布、形状以及纤维组织,因此选择放大倍数为x100、×200。
七、显徽维氏硬度的测量
硬度是衡量材料软硬程度的指标。
硬度可以定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力,它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。
显微硬度试验可以作为金相显微组织研究的附件。
通过对金相显微组织硬度的测定比较,来研究金相组织。
显微硬度的测量要求试样的表面粗糙度在Ra0.05微米上,可以把金相显微观察后的试样直接用进行硬度测量。
硬度测试在HVS.1000型显微硬度计(DigitalMicrohardncssTester)上进行,载荷为HV0.05(0.4903N),加载时间为10秒,选择金刚石正四角锥压头对角1360。
八、晶粒度的测量
现有的几种晶粒度测定方法中,截距法是较通用的测量尺寸的方法,直观测量也方便,其意义见图3-10,Lr一测量线的长度,N一测量线穿过晶粒个数。
晶粒平均截距D=Lr/N,晶粒平均截距表示的是组织的平均晶粒尺寸。
为更好的说明轧制细化过程,轧制组织以轧制方向的垂直方向计算晶粒尺寸.每个试样测量五次求取平均值。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 冷轧 组织 性能 影响 详解