李 超

(東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150060)

4047鋁合金具有中等強(qiáng)度、良好的耐蝕性、耐磨性，熔點(diǎn)低，良好的焊接性能及易加工成形等特點(diǎn)，是Al-Si系合金中的典型合金，其板材廣泛應(yīng)用在建筑材料、機(jī)械零件鍛造用材、焊接材料等領(lǐng)域?，F(xiàn)有用戶提出厚度為1.2mm的4047 H26合金板材訂貨意向，由于公司新生產(chǎn)線無成形的生產(chǎn)工藝。為滿足市場(chǎng)對(duì)4047 H26合金板材的需求,同時(shí)擴(kuò)大公司產(chǎn)品市場(chǎng)占有率，擬進(jìn)行4047 H26合金板材工藝研究。

本工藝研究將結(jié)合生產(chǎn)，摸索4047合金鑄錠熱軋、冷軋生產(chǎn)的軋制工藝，系統(tǒng)地研究加工率、退火溫度、退火保溫時(shí)間等因素對(duì)4047合金板材組織與性能的影響，并對(duì)比用戶提供的進(jìn)口4047 H26合金板材檢測(cè)結(jié)果，確定國產(chǎn)4047 H26合金板材的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出符合用戶要求的板材。

1 試驗(yàn)方案及目標(biāo)

4047 H26合金板材生產(chǎn)工藝流程為，熔鑄→銑面→加熱→熱軋→冷軋→(中間退火→冷軋)→精整→成品退火→成品剪切。本工藝研究采取冷軋中間退火再冷軋和一軋到底兩種冷軋軋制方案。

1.1 化學(xué)成分

4047鋁合金化學(xué)成分見表1。鑄塊規(guī)格為420mm×1450mm×4000mm(2塊)；成品規(guī)格狀態(tài)為4047 H26，1.2mm×1200mm×2000mm。

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

1.2 生產(chǎn)工藝

(1)鑄錠銑床銑面。大面兩側(cè)均勻銑至厚度395mm，側(cè)銑9°，側(cè)面銑削深度13mm。

(2)鑄錠加熱。臺(tái)車爐加熱，爐氣定溫560℃，加熱4.5h，轉(zhuǎn)定溫480℃，保溫6h，出爐軋制。

(3)熱軋。2100mm 1+1熱軋機(jī)組熱軋，成品厚度6.0mm，切邊至1300mm，凸度設(shè)定0.011mm。出爐溫度455℃，中間坯415℃左右，粗軋乳液壓力1.5bar，流量3000L/min，終了溫度320℃～330℃。

(4)冷軋工藝見表2和表3。

(5)精整矯直。拉彎矯清洗切邊，使用純拉伸工藝，延伸率給定0.25%。

(6)成品退火。取樣做不同溫度退火試驗(yàn)，確定退火溫度。

(7)成品剪切。橫剪剪切成品長度，覆膜，驗(yàn)收，包裝，交貨。

(8)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。用戶要求4047H26合金板材性能值，抗拉強(qiáng)度為185MPa～215MPa，屈服強(qiáng)度為160MPa～190MPa，延伸率≥2%。

表2 工藝一

表3 工藝二

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 宏觀組織觀察

經(jīng)肉眼觀察冷軋料卷，采用工藝一生產(chǎn)的冷軋料卷邊部無裂邊，采用工藝二生產(chǎn)的冷軋料卷邊部存在15mm深度裂邊。

2.2 微觀組織分析

2.2.1 工藝一

冷軋工藝為，6.0mm→3.0mm→中間退火(420℃/14h)→1.2mm。

(1)冷軋態(tài)微觀組織OM和SEM形貌

圖1為采用工藝一生產(chǎn)的4047合金冷軋態(tài)的微觀組織OM形貌照片，可以看出，晶粒沿變形方向有被拉長跡象，未觀察到明顯的晶粒形態(tài)。

圖1 冷軋態(tài)試樣LS面的微觀組織OM形貌(工藝一)Fig.1 OM morphology of LS surface of cold-rolledsamples (process 1)

圖2為采用工藝一生產(chǎn)的4047合金冷軋態(tài)試樣LS面微觀組織的SEM形貌。從圖2中可以看出，組織中存在3種形態(tài)的相，一種為大塊狀的Si相(A點(diǎn)所示)，一種為短棒狀或者桿狀的Si相(B點(diǎn)所示)，另一種相為亮白的Al(FeMn)Si相(C點(diǎn)所示)，組織中存在相的種類與進(jìn)口板料相同，Si相的尺寸也與進(jìn)口板料的相當(dāng)，另外發(fā)現(xiàn)含F(xiàn)e相的數(shù)量較進(jìn)口板料的少。

圖2 冷軋態(tài)微觀組織LS面的SEM形貌(工藝二)Fig.2 SEM morphology of LS surface with cold rolled microstructure (process 2)

(2)退火態(tài)微觀組織OM形貌

圖3為采用工藝一的4047合金板材不同退火態(tài)LS面的微觀組織形貌。從圖3中可以看出，冷軋態(tài)試樣經(jīng)100℃/2h、140℃/2h處理后的微觀組織與進(jìn)口4047合金板材組織形貌相當(dāng)，而180℃/2h處理后的微觀組織晶粒尺寸較進(jìn)口4047合金板材組織形貌有了明顯的增大趨勢(shì)。

圖3 退火態(tài)LS面的OM組織形貌(工藝一)Fig.3 OM morphology of LS surface of annealed samples (process 1)

2.2.2 工藝二

冷軋工藝為，6.0mm→1.2mm。

(1)冷軋態(tài)微觀組織OM和SEM形貌

圖4為采用工藝二生產(chǎn)的4047合金板材冷軋態(tài)試樣LS面微觀組織OM形貌，可以看出，經(jīng)冷軋變形后，晶粒沿軋制方向被明顯拉長，組織呈帶狀分布。

圖5為采用工藝二的4047合金板材冷軋態(tài)試樣LS面的微觀組織SEM形貌，與采用工藝一生產(chǎn)板材的微觀組織類似；與工藝一生產(chǎn)板材(圖2)的差異是組織中存在的大尺寸Si相數(shù)量更多，同時(shí)也多于進(jìn)口4047合金板材(圖6)中的大尺寸Si相。

圖4 冷軋態(tài)試樣LS面的微觀組織OM形貌(工藝二)Fig.4 OM morphology of LS surface of cold-rolled samples (process 2)

圖5 冷軋態(tài)試樣LS面的微觀組織SEM形貌(工藝二)Fig.5 SEM morphology of LS surface of cold-rolled samples (process 2)

圖6 進(jìn)口4047合金板材退火態(tài)LS面的微觀組織SEM形貌Fig.6 SEM Morphology of annealed LS surface of imported 4047 alloy sheet

(2)退火態(tài)微觀組織OM形貌

圖7為采用工藝二生產(chǎn)的4047合金板材退火態(tài)LS面的微觀組織形貌，與工藝一生產(chǎn)板材的微觀組織結(jié)果類似，經(jīng)100℃/2h～140℃/2h的退火處理后，微觀組組織與進(jìn)口4047合金板材的相當(dāng)，而180℃/2h處理后的微觀組織晶粒尺寸較進(jìn)口4047合金板材組織形貌也有了明顯的增大趨勢(shì)。

圖7 退火態(tài)LS面的OM組織形貌(工藝二)Fig.7 OM morphology of LS surface of annealed samples (process 2)

2.3 力學(xué)性能評(píng)價(jià)

2.3.1 工藝一

圖8為采用工藝一生產(chǎn)的4047合金板材冷軋態(tài)、冷軋態(tài)+1%預(yù)拉伸、進(jìn)口4047以及不同退火后L向的力學(xué)性能數(shù)據(jù)圖，圖中的直線為進(jìn)口4047的L向力學(xué)性能。從圖8中可以看出，退火溫度在100℃～140℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度與進(jìn)口板料的相當(dāng)。因此，采用工藝一生產(chǎn)的板材適宜的退火工藝為100℃/2h～140℃/2h。

2.3.2 工藝二

圖9為采用工藝二生產(chǎn)的4047合金板材冷軋態(tài)、冷軋態(tài)+1%預(yù)拉伸、進(jìn)口4047以及不同退火工藝處理后L向的力學(xué)性能數(shù)據(jù)圖，圖中的直線為進(jìn)口4047合金板材的L向力學(xué)性能。力學(xué)性能的變化趨勢(shì)與采用工藝一生產(chǎn)的板材相同。因此，采用工藝二生產(chǎn)的板材適宜的退火工藝為100℃/2h～140℃/2h。

圖8 冷軋態(tài)和退火態(tài)的力學(xué)性能數(shù)據(jù)圖(工藝一)Fig.8 Diagram of mechanical properties of cold-rolled and annealed states (process 1)

圖9 冷軋態(tài)和退火態(tài)的力學(xué)性能數(shù)據(jù)圖(工藝二)Fig.9 Diagram of mechanical properties of cold-rolled and annealed states (process 2)

3 結(jié)論

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室微觀組織分析和力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)，兩種不同的冷軋加工工藝均能夠滿足用戶需要，考慮采用工藝一能夠有效減少裂邊斷帶風(fēng)險(xiǎn)，更有利于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，所以冷軋加工工藝確定為，6.0mm→3mm→中間退火(420℃/14h)→1.2mm。

(2)通過力學(xué)性能數(shù)據(jù)圖分析板材試樣的退火工藝為100℃/2h～140℃/2h能夠達(dá)到用戶組織要求，考慮用戶對(duì)性能的要求以及工廠帶卷實(shí)際的升溫過程和退火處理后帶卷的降溫過程，確定4047 H26合金板材的退火工藝為，爐氣定溫140℃，加熱時(shí)間12h，金屬保溫時(shí)間2h。