5010H19鋁合金百葉窗帶材生產工藝研究

吳　丹, 邵愛民

(1.江陰新仁科技有限公司, 江蘇 江陰 214407; 2.吉林麥達斯輕合金有限公司, 吉林 遼源 136200)

?

5010H19鋁合金百葉窗帶材生產工藝研究

吳丹1, 邵愛民2

(1.江陰新仁科技有限公司, 江蘇 江陰 214407; 2.吉林麥達斯輕合金有限公司, 吉林 遼源 136200)

摘要：在5010合金范圍內,根據百葉窗帶材力學性能指標要求,分析了微量元素對合金力學性能的影響,合理地進行了Mg、Mn、Fe、Si元素含量的調整與匹配.從降本增效、提質降耗的角度出發,采用鑄軋坯料進行生產工藝研究.通過工藝試驗,研究了均勻化退火對0.12 mm百葉窗帶材力學性能的影響,以及穩定化處理對0.12 mm百葉窗帶材力學性能和剪切質量的影響,從而確定了合理的生產工藝,生產出符合標準、滿足用戶使用要求的百葉窗帶材產品.

關鍵詞：鋁合金; 均勻化退火; 穩定化處理; 百葉窗帶材; 力學性能

0引言

目前,常用的鋁合金百葉窗帶材,主要采用5052H19、5182H19和5083H19鋁合金狀態帶材生產,其坯料多為熱軋坯料[1-2].采用鑄軋-冷軋法生產板帶材是一種短流程、節能、高效的生產工藝,以其替代傳統的熱軋-冷軋法生產板帶材,對企業提高生產效率、節能降耗、降低生產成本及提高市場競爭力具有重要意義.

本文從降本增效、提質降耗角度出發,采用鑄軋坯料進行生產工藝研究,對比分析經均勻化退火[3]后壓延軋制生產和不經均勻化退火直接壓延軋制生產兩種加工方式,對5010H19鋁合金薄板帶材力學性能的影響,以及穩定化處理對5010H19鋁合金百葉窗帶材成品力學性能及剪切質量的影響,從而確定合理的生產工藝,生產出符合標準、滿足用戶使用要求的百葉窗帶材產品[3-4].

1試驗

本試驗主要研究內容為:均勻化退火對5010H19鋁合金薄板帶材力學性能的影響;穩定化處理對5010H19鋁合金百葉窗帶材成品力學性能及剪切質量的影響.

1.1試驗材料

選擇連續鑄軋生產的5010鋁合金鑄軋坯料,規格為7.0 mm×1 240 mm,化學成分見表1.

表1　5010鋁合金化學成分

1.2工藝流程

工藝1:鑄軋7.0±0.20 mm→冷軋至5.0 mm→均勻化退火(小于100 ℃裝爐,升溫2 h至530 ℃,保溫15 h,降溫1.5 h至340 ℃出爐空冷)→冷軋4個道次至0.65 mm→重卷切邊(切邊寬度:1 150 mm)→冷軋2個道次至0.32 mm→轉箔軋→箔軋3個道次至0.118±0.002 mm→力學性能檢查.

工藝2:鑄軋7.0±0.20 mm→冷軋至4.8 mm→冷軋5個道次至0.65 mm→重卷切邊(切邊寬度:1 150 mm)→冷軋2個道次至0.32 mm→轉箔軋→箔軋3個道次至0.118±0.002 mm→力學性能檢查→拉彎矯清洗→穩定化退火(退火溫度120,150和180 ℃,保溫時間1,3和5 h)→厚剪分切→檢查包裝.

1.3試驗目標值

力學性能指標見表2,尺寸偏差見表3,其他指標符合YS/T 621―2007標準規定.

表2　鋁合金百葉窗帶材的力學性能指標

表3　鋁合金百葉窗帶材的厚度和寬度

2結果與分析

2.1試驗結果

不同加工工藝下力學性能的測試結果見表4,不同穩定化退火工藝下成品力學性能及剪切質量的測試結果見表5.

表4　不同加工工藝下的力學性能

表5　工藝2中穩定化退火成品性能及剪切質量

不同工藝下成品的微觀組織形貌見圖1.從圖1中可以看出,經過5.0 mm厚度均勻化退火再軋制到成品厚度0.118 mm時,變形纖維組織沿軋制方向分布細小、彌散;不經過5.0 mm厚度均勻化退火而直接軋制到成品厚度0.118 mm時,變性纖維組織沿軋制方向排列分布明顯;不經5.0 mm厚度均勻化退火,經壓延軋制到0.118 mm厚度,再經清洗、穩定化退火后,變形纖維組織沿軋制方向排列分布不明顯.

不同穩定化退火工藝下成品的剪切斷面示意圖和實拍圖分別見圖2和圖3.從圖3中可以看出,150 ℃×1 h穩定化退火工藝下成品剪切斷面,無光撕裂面有毛刺;150 ℃×3 h穩定化退火工藝下成品剪切斷面,分裂面參差不齊;150 ℃×5 h穩定化退火工藝下成品剪切斷面,分裂面光滑平直.

圖1　不同工藝下成品組織形貌

圖2　不同穩定化退火工藝下成品剪切斷面示意圖

圖3　150 ℃不同保溫時間下成品剪切斷面照片

2.2分析

2.2.1合金成分對力學性能的影響

5010合金是一種Al-Mg系合金,Mg的質量分數為0.20%～0.60%,300 K時,Mg在Al中的固溶度為1.9%[5].因此,室溫下,Mg在5010合金中主要以固溶狀態存在,Mg在Al基體當中有一定的固溶強化作用.該合金的另一種主要合金元素是Mn,其質量分數為0.10%～0.30%,700 k時,Mn在Al中的固溶度為0.2%.因此,室溫下,Mn在5010合金中主要以MnAl6相存在于Al基體中,有一定的第二相硬化作用,能提高Al基體的再結晶溫度,阻止晶粒粗化,并使合金強度略有提高,尤其對屈服強度更為明顯[6].

Fe與Mn能形成難容的MnFeAl6化合物,從而降低Mn在合金中的作用.當在鑄軋組織中形成較多硬而脆的FeAl3化合物時,容易產生加工裂紋[6].此外,Fe還降低該系合金的耐腐蝕性能,因此Fe的質量分數一般應控制在0.4%以下.

Si是有害雜質,Si與Mg形成Mg2Si相,由于Mg質量分數過剩,降低了Mg2Si相在基體中的溶解度,所以不但強化作用不大,而且還降低了合金的塑性.軋制時,Si比Fe的副作用更大些,因此Si的質量分數應控制在0.2%以下.

2.2.2均勻化退火對力學性能的影響

從Al-Mg合金相圖[7]分析,鋁鎂合金的共晶溫度為723 K,因此選擇小于100 ℃裝爐,升溫2 h至530 ℃,保溫15 h,降溫1.5 h至340 ℃出爐空冷的均勻化退火工藝.當溫度達到430 ℃左右時,已接近Al-Mg合金相圖共晶溫度,長時間保溫后緩慢冷卻到室溫,有利于消除或減低晶內化學成分和組織的不均勻性,改善合金組織,提高合金塑性,便于加工變形.均勻化退火消除了鑄軋組織非平衡狀態,同時也消除了這種狀態的遺傳影響,提高合金在冷變形工序中的塑性,因而可提高總的冷加工率.由于消除了化學成分的不均勻性,合金的耐蝕性也相應提高[8].

表4中,5.0 mm厚度冷軋壞料經均勻化退火再軋制到成品厚度0.118 mm時的抗拉強度,比不經過均勻化退火而直接軋制到成品厚度的抗拉強度低100 MPa.這說明經均勻化退火處理后的冷軋坯料,減少或消除了Mg、Mn等元素的晶內偏析;隨著溫度降低,只有少量過飽和的Mn合金元素在基體中以MnAl6相彌散析出.形成細微的彌散析出相,其后續壓延軋制過程中,加工硬化作用對力學性能的影響效果起主導作用,而基體的彌散強化作用很小;未經均勻化處理的冷軋坯料直接軋制成薄板,除了加工硬化作用對力學性能的影響效果起主導作用外,Mg在鋁中的固溶強化作用和MnAl6第二相硬化作用,對合金強度的提高也有顯著的影響.

2.2.3穩定化處理對力學性能及剪切質量的影響

連續鑄軋生產過程中,由于非平衡狀態下的亞急冷凝固,會產生Mg5Al8相的晶內偏析.因此,當Mg質量分數<5%時,再結晶溫度隨Mg質量分數的增加而降低,易發生時效軟化現象.為了保證最終產品能夠經受繼續加工過程中的受熱作用而不發生變形,需要對最終產品進行穩定化退火,致使其力學性能達到穩定.

表5中,未經均勻化處理的5.0 mm厚度冷軋坯料,再經冷軋、箔軋軋制到成品厚度0.118 mm,經清洗、150 ℃×5 h穩定化退火后,最終產品的抗拉強度可達到370～380 MPa,伸長率可達到3%～4%,力學性能穩定,經剪切分裂面光滑平直,剪切質量較為理想.說明,在剪切時,材料的抗拉強度越高,材料剪切過程延續時間就越短,剪切區就越小,無光撕裂面越容易發生二次剪切,分裂面越容易參差不齊;材料的伸長率越高,材料剪切過程延續時間就越長,剪切區就越大,剪切平面越容易受到剪切力軋制而產生毛刺,分裂面也容易參差不齊.所以,在剪切刀片材質強度不變的前提下,被剪切材料材質的抗拉強度和伸長率均要控制在一定范圍內,帶材的剪切斷面才能達到分裂面光滑平直的質量效果.

3結論

(1) 采用鑄軋坯料不經均勻化退火直接軋制生產工藝生產的5010合金H19狀態,成品公稱0.12 mm厚度百葉窗帶材,完全可以替代熱軋坯料生產的5052H19、5182H19和5083H19鋁合金百葉窗帶材,達到降本增效、提質降耗的目的.

(2) 該生產工藝中,穩定化退火工藝參數150 ℃×5 h為最佳,所生產的0.12 mm×25 mm的百葉窗帶材,可獲得力學性能和剪切質量穩定的、抗拉強度在370～380 MPa、斷后伸長率在3%～4%范圍的符合用戶使用要求的合格產品.

參考文獻:

[1]中華人民共和國國家發展和改革委員會.YS/T 621—2007百葉窗用鋁合金帶材[S].北京:中國標準出版社,2007.

[2]王治國,李振芳.5083H19鋁合金百葉帶的研制[J].輕合金加工技術,1998,26(9):16-20.

[3]崔忠圻.金屬學與熱處理[M].北京:機械工業出版社,2004.

[4]武恭,姚良均,李震夏,等.鋁及鋁合金材料手冊[M].北京:科學出版社,1997.

[5]蒙多爾福L F.鋁合金的組織與性能[M].王祝堂,張振錄,鄭璇,等譯.北京:冶金工業出版社,1988.

[6]肖亞慶,謝水生,劉靜安,等.鋁合金加工技術實用手冊[M].北京:冶金工業出版社,2005.

[7]金相圖譜編寫組.變形鋁合金金相圖譜[M].北京:冶金工業出版社,1975.

[8]王祝堂.變形鋁合金熱處理工藝[M].長沙:中南大學出版社,2011.

Research on Production Technology of 5010H19 Aluminium Alloy Strip for Persian BlindsWU Dan1, SHAO Aimin2

(1.Jiangyin XinRen Technology Co., Ltd., Jiangyin 214407, China;

2.Jilin MaiDas Technology Co., Ltd., Liaoyuan 136000, China)

Abstract：Within the range of the 5010 alloy,effect of trace elements on the mechanical properties of the alloy was analyzed and proper adjustment and matching in the contents of Mg,Mn,Fe,Si were made according to the mechanical property requirements of strip for Persian blinds.In order to cut the cost to increase the profit and increase the quality &reduce the consumption,cast-rolling sheet stock was adopted as the object of research on production technology.Effect of homogenization annealing on the mechanical properties of strip for 0.12 mm Persian blinds and that of stabilizing annealing on the mechanical properties of strip for 0.12 mm Persian blinds and shearing effect were investigated through technology tests to identify the strip for Persian blinds produced that conformed to the standard and satisfied users’ requirements with proper technology.

Keywords：aluminium alloy strip; homogenizing annealing; stabilizing treatment; strip for persian blinds; mechanical properties

中圖分類號：TG 335.55

文獻標志碼：A

作者簡介：吳丹(1974—),男,主要從事鋁加工方面的研究. E-mail:846081723@qq.com

收稿日期：2015-03-27