4047 H26合金板材生產工藝研究

李 超

(東北輕合金有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150060)

4047鋁合金具有中等強度、良好的耐蝕性、耐磨性，熔點低，良好的焊接性能及易加工成形等特點，是Al-Si系合金中的典型合金，其板材廣泛應用在建筑材料、機械零件鍛造用材、焊接材料等領域?，F有用戶提出厚度為1.2mm的4047 H26合金板材訂貨意向，由于公司新生產線無成形的生產工藝。為滿足市場對4047 H26合金板材的需求,同時擴大公司產品市場占有率，擬進行4047 H26合金板材工藝研究。

本工藝研究將結合生產，摸索4047合金鑄錠熱軋、冷軋生產的軋制工藝，系統地研究加工率、退火溫度、退火保溫時間等因素對4047合金板材組織與性能的影響，并對比用戶提供的進口4047 H26合金板材檢測結果，確定國產4047 H26合金板材的生產工藝，生產出符合用戶要求的板材。

1 試驗方案及目標

4047 H26合金板材生產工藝流程為，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 化學成分

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

表1 化學成分(質量分數，%)

1.2 生產工藝

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

(2)鑄錠加熱。臺車爐加熱，爐氣定溫560℃，加熱4.5h，轉定溫480℃，保溫6h，出爐軋制。

(3)熱軋。2100mm 1+1熱軋機組熱軋，成品厚度6.0mm，切邊至1300mm，凸度設定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，確定退火溫度。

(7)成品剪切。橫剪剪切成品長度，覆膜，驗收，包裝，交貨。

(8)試驗目標。用戶要求4047H26合金板材性能值，抗拉強度為185MPa～215MPa，屈服強度為160MPa～190MPa，延伸率≥2%。

表2 工藝一

表3 工藝二

2 試驗結果與分析

2.1 宏觀組織觀察

經肉眼觀察冷軋料卷，采用工藝一生產的冷軋料卷邊部無裂邊，采用工藝二生產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)冷軋態微觀組織OM和SEM形貌

圖1為采用工藝一生產的4047合金冷軋態的微觀組織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。

圖1 冷軋態試樣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為采用工藝一生產的4047合金冷軋態試樣LS面微觀組織的SEM形貌。從圖2中可以看出，組織中存在3種形態的相，一種為大塊狀的Si相(A點所示)，一種為短棒狀或者桿狀的Si相(B點所示)，另一種相為亮白的Al(FeMn)Si相(C點所示)，組織中存在相的種類與進口板料相同，Si相的尺寸也與進口板料的相當，另外發現含Fe相的數量較進口板料的少。

圖2 冷軋態微觀組織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LS面的微觀組織形貌。從圖3中可以看出，冷軋態試樣經100℃/2h、140℃/2h處理后的微觀組織與進口4047合金板材組織形貌相當，而180℃/2h處理后的微觀組織晶粒尺寸較進口4047合金板材組織形貌有了明顯的增大趨勢。

圖3 退火態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)冷軋態微觀組織OM和SEM形貌

圖4為采用工藝二生產的4047合金板材冷軋態試樣LS面微觀組織OM形貌，可以看出，經冷軋變形后，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合金板材冷軋態試樣LS面的微觀組織SEM形貌，與采用工藝一生產板材的微觀組織類似；與工藝一生產板材(圖2)的差異是組織中存在的大尺寸Si相數量更多，同時也多于進口4047合金板材(圖6)中的大尺寸Si相。

圖4 冷軋態試樣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 進口4047合金板材退火態LS面的微觀組織SEM形貌Fig.6 SEM Morphology of annealed LS surface of imported 4047 alloy sheet

(2)退火態微觀組織OM形貌

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

圖7 退火態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 力學性能評價

2.3.1 工藝一

圖8為采用工藝一生產的4047合金板材冷軋態、冷軋態+1%預拉伸、進口4047以及不同退火后L向的力學性能數據圖，圖中的直線為進口4047的L向力學性能。從圖8中可以看出，退火溫度在100℃～140℃時，抗拉強度和屈服強度與進口板料的相當。因此，采用工藝一生產的板材適宜的退火工藝為100℃/2h～140℃/2h。

2.3.2 工藝二

圖9為采用工藝二生產的4047合金板材冷軋態、冷軋態+1%預拉伸、進口4047以及不同退火工藝處理后L向的力學性能數據圖，圖中的直線為進口4047合金板材的L向力學性能。力學性能的變化趨勢與采用工藝一生產的板材相同。因此，采用工藝二生產的板材適宜的退火工藝為100℃/2h～140℃/2h。

圖8 冷軋態和退火態的力學性能數據圖(工藝一)Fig.8 Diagram of mechanical properties of cold-rolled and annealed states (process 1)

圖9 冷軋態和退火態的力學性能數據圖(工藝二)Fig.9 Diagram of mechanical properties of cold-rolled and annealed states (process 2)

3 結論

(1)根據實驗室微觀組織分析和力學性能檢測結果評價，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險，更有利于現場生產，所以冷軋加工工藝確定為，6.0mm→3mm→中間退火(420℃/14h)→1.2mm。

(2)通過力學性能數據圖分析板材試樣的退火工藝為100℃/2h～140℃/2h能夠達到用戶組織要求，考慮用戶對性能的要求以及工廠帶卷實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℃，加熱時間12h，金屬保溫時間2h。