[DOC] 双零铝箔坯料生产中的热处理技术研究

1、双零铝箔坯料生产中的热处理技术研究第27卷第5期2011年9月昆明冶金高等专科学校journalofkunmingmetallurgycollegevo1.27no.5sep.2011doi:10.3969/j.issn.10090479.2011.05.008双零铝箔坯料生产中的热处理技术研究岳有成,杨钢,孙力军,饶竹贵(1.昆明理工大学材料科学与工程学院,云南昆明650093;2.云南冶金集团股份有限公司,云南昆明650224)摘要:简要评述了铝箔生产过程中的热处理技术研究状况,重点介绍了均匀化退火,中间退火,成品退火x-艺对铝箔生产的影响.通过均匀化退火,使可溶解的相组织完全或接近完全溶

2、解,降低内应力,提高塑性;通过中间退火处理,可以降低杂质元素si,fe的固溶度,恢复材料的塑性;成品退火则可以使铝箔完全再结晶,除掉成品表面的残油,使其能够自由展开,而且达到一定的机械性能.经合理的均匀化退火和中间退火后的铝箔坯料,有利于后续的轧制,最终获得较理想的铝箔成品;并对今后铝箔的热处理发展趋势进行了讨论.关键词:铝箔;均匀化退火;中间退火;成品退火中图分类号:tg166.3文献标识码:a文章编号:10090479一(2011)05002904heattreatmenttechnologyinaluminumfoilblankproductionyueyoucheng,yanggang

3、,sunlijun,raozhugui(1.facultyofmaterialscienceandtechnology,kunminguniversityofscienceandtechnology,kunming650093,china;2.yunnanmetallurgicalgroupco.,ltd.,kunming650224,china)abstract:heattreatmenttechnologyinaluminumfoilproductionprocesswasdiscussed.influenceofho-mogenizingannealing,middleannealing

4、andfinalannealingtreatmenttoaluminumfoilproductionwasin-troduced.homogenizingannealingmakesthesolublephasestructurecompletelyornearlycompletelydis-solved,thusreducingtheinternalstressandimprovingtheplasticity.bymiddleannealing,thesolidsolubilityofsiandfereducesandtheplasticityofa1platerecovers.andfi

5、nalannealinghelpsaluminumfoilfullyrecrystallizeandremovestheresidualoiloffinishedproductsurface,sothatthealuminumfoilcouldachievednicemechanicalpropertiesandexpandedeasily.aluminumfoilblandwithreasonableho-mogenizingandmiddleannealinginconducivetothesubsequentrollingandgethighqualityaluminumfoilprod

6、ucts.futuredevelopmentofheattreatmenttechnologyofaluminumfoilwasdiscussed.keywords:aluminumfoil;homogenizingannealing;middleannealing;finalannealing0引言铝箔被广泛用于电子工业,机电行业,航空航天业,包装行业,汽车制造业等,是一种重要的工业原材料.目前,我国每年消费铝箔超过16万t,其中市场消费量最大的产品是空调箔,其次是烟箔,三是装饰箔,四是电缆箔.铝箔是大规模工业化生产中厚度最薄的铝材产品,减少铝箔厚度,提高成品率是国内外铝箔工业的发展方向_1

7、-3.好的坯料是实现铝箔高成品率的关键.为此,铝箔坯料必须有优良的显微组织j.改善铝箔坯料显微组织的途径有2条:一是提高原始坯料的质量;二是要有合理的后续加工工艺j.在铝箔生产过程中,热处理是通过改变铝箔坯料的组织,尤其是晶粒的分布及大小,恢复轧制坯料的塑性,以获得预期的铝箔性能的一种重要工艺方法【.收稿日期:20110628基金项目:昆明市科技攻关项目:铝铸轧坯料生产超薄双零铝箔关键技术研究(08g040301).作者简介:岳有成(1984一),男,辽宁锦州人,硕士研究生,主要研究方向为金属热处理.昆明冶金高等专科学校2011年9月1热处理1.1均匀化退火及均匀化退火工艺选择铝锭经熔铸加工成

8、铸轧坯料,由于铸轧过程的快速冷却,铸轧坯料中可能出现多种非平衡亚稳相,虽然这些合金相的体积分数很小,但是却对产品的机械性能,加工性能以及化学性能等产生非常重要的影响,铸轧坯料的组织特征是强烈定向拉长的晶粒,以板厚的中心线为基准上下对称,属于铸造与轧制并存的无锭轧制过程,因此存在成分偏析和轧制应力;同时,在铝箔坯料的显微组织中,第二相的大小和si,fe在固溶体中的贫化程度是最主要的组织参数.第二相过大(>5x10bin)将使针孔率增加,第二相过小(<1x10mm)将使材料变形过程中的加工硬化率提高.但若将其加热至一定温度,提高原子扩散能力,就可较快完成由非平衡向平衡状态的转化过程,驱

9、使非平衡相溶解和过饱和的过渡元素相沉淀,并促进溶质的浓度均匀化,有效消除晶内偏析,区域偏析,从而改善铝基体的塑性,提高加工性能,同时促使si和fe的析出.一般地,坯料在经过一次轧制后要经过均匀化热处理j.均匀化退火是将坯料加热到接近固相线或共晶温度,长时间保温后冷却到室温,使可溶解的相组织完全或接近完全溶解,形成过饱和固溶体以及少量弥散析出的细小质点,降低内应力,提高塑性_9.均匀化退火工艺主要包括均匀化温度,保温时间和冷却速率j.均匀化过程中,非平衡p.(a1fe-si)相和alfe,alfe相将逐渐溶解并分别向平衡p(a1fesi)相和alfe转变,与此同时,原有alfe和b(a1fesi

10、)相不断长大.均匀化温度越高,上述过程进行的越快越充分,在尽可能提高均匀化退火温度的同时,还应视温度高低选取恰当的保温时间和冷却速率.一般情况,均匀化退火的温度比再结晶退火温度要高,因此在均匀化退火过程中,冷轧板的组织发生了再结晶,从而生成比较圆整均匀的等轴晶,若均匀化温度高,保温时间长,则会造成再结晶后晶粒的长大.从物相分析结果来看,空冷和炉冷的冷却方式下物相种类并不发生变化,因此宜选用冷却速度较快的空冷方式,同时这也是工业生产上容易实现和节省工时,降低耗能的一种方式.目前大多数企业均采用将经过一次冷轧后的坯料进行均匀化退火,采用冷轧设备对5.56.5mm的铸轧坯料进行一次轧制,轧制后的坯料

11、厚度为2.03.5mm,然后将其放入退火炉升温至500oc以上,保温10h以上,随炉冷却至200oc左右时出炉空冷.1.2中间退火中间退火是指对经过冷轧大变形后的板坯进行的部分再结晶退火工艺.铸轧坯料经过若干道次的冷轧后,金属内部晶粒变长,晶格畸变严重,位错密度增大,坯料的加工硬化升高,延伸率降低.严重影响到后续轧制过程,因此需要进行一次中间退火.1.2.1中间退火后的显微组织与第二相尺寸分布中间退火的温度一般>340.温度在340时析出物的数量较少,随着退火温度的升高,化合物的数量逐渐增多,当温度达到380时细小析出物的数量最多,温度持续升高时化合物数量减少,尺寸变大.通过分析发现,退

12、火过程中析出的细小化合物主要呈粒状.当退火温度在380时,细小粒状化合物有的依附于原仪c(a1fesi)相析出,有的在其他地方形核析出,当退火时间延长时,这些细小粒状析出物逐渐聚集长大成为球状.si,fe固溶在铝中不仅增加材料的硬度,而且增加加工硬化率,尤其是固溶si,它强烈地增加加工硬化率,使铝箔轧制过程中变形抗力明显增大.对生产(67)x10mm左右的铝箔来说,第二相化合物的尺寸应控制在(15)x10mm,这样对后续的加工最为有利.目前有关铝箔热处理技术研究表明,铝箔再结晶过程中表现出与传统的再结晶规律相悖的现象:再结晶晶粒随退火温度升高而减小或变化不大.针对再结晶晶粒随退火温度的升高而减

13、小的现象,在生产中可以适当提高退火温度来获得更加细小的再结晶组织,但根本的方法是控制析出相,通过工艺处理使第二相充分析出并长大,为后续的再结晶退火过程提供更多的形核衬底,从而获得理想的再结晶组织.1.2.2中间退火最佳工艺选择当冷变形金属被加热的温度给原子所提供的热能足以克服原子间的结合力,使原子发生迁移和自由第5期岳有成,杨钢,孙力军,等:双零铝箔坯料生产中的热处理技术研究31扩散,再结晶过程才会得以发生.再结晶温度的高低取决于原子迁移重新形成晶核和长大所需要的激活能的大小.经过长时间的实验研究,认为经过340以上,约6h退火,铝箔毛料有较好的显微组织,si和fe析出充分,化合物尺寸分布峰值

14、在(23)10mm之间.退火后的铝箔毛料有较好的轧制性能,铝箔成品率可高达80%以上.1.3成品退火铝箔轧制到成品厚度后所进行的最后一次退火称为成品退火.一般情况下,轧制完的卷材应尽快分卷和退火,尽可能减少存放时间.星铝箔轧制后,铝箔表面会残留部分轧制油,为了减少表面残油,又能保证其硬状态的力学性能,可采.用低温除油退火工艺.成品退火的时间与箔材的宽度有很大关系,如图1所示,同时应考虑客户的要求.1.3.1除油与力学性能现代铝箔生产一般采用热处理方法除油,主要考箔材宽度/mm图1箔材宽度与成品退火时间关系图虑油类的扩散和挥发问题.铝箔退火工艺设计一般包括2个方面,其一是彻底除油;其二是改变铝箔

15、的力学性能.退火过程中这两个方面是同时进行的,在实际的生产中,消除油斑比改善力学性能更难一些,生产中一般采用两种方法,一是在低温完全除油后再升温,以温度来改善力学性能;二是采用长时间较高温度退火,在除油的同时改善机械性能”.1.3.2成品退火工艺选择1)加热速度箔卷的直径越大,箔卷的热均匀性越差,若加热速度太快,容易造成箔卷表面与心部温度差别太大,使箔卷表面起鼓,起棱.在实际生产中,在保证质量的前提下,快速加热易于得到细小均匀的组织,改善其性能;因此,应尽量提高加热速度.有轴流式循环风机的退火炉.由于气流循环快温度均匀,可适当提高加热速度.2)保温时间保温时间和加热时间在一定条件下可相互影响,

16、加热温度高,保温时间就短,当加热温度一定时,保温时间要保证铝箔表面和内部温度均匀.保温时间的选择要考虑下列因素:铝箔卷的宽度和直径:当退火温度一定时,为达到除油效果,随着铝箔卷宽度和直径的增大,应延长保温时间.孔隙率对除油效果影响较大,孔隙率大,保温时间可缩短.对有性能要求的铝箔,保温时间要足以使铝箔卷表面,内部组织和性能均匀.考虑到生产效率,在能够保证铝箔退火质量的前提下,应尽量提高加热温度,缩短保温时间.3)冷却速度铝箔厚度越薄,宽度和直径越大,冷却速度应越慢.冷却速度太快,会引起铝箔卷表面和内部温差增大,产生较大的热变形,使铝箔卷表面起鼓,起棱.这是由于铝箔是按照一定的卷取密度卷取,所以

17、层与层之间必然存在空气膜.在退火时,铝箔是热的良导体,而空气膜是热的不良导体,因此层与层之间的热传递就比从端面的热传递要小得多,一旦冷却速度过快,层与层之间的热传递效率就会较表面低,导致成品铝箔表面的质量缺陷引.2发展现状与趋势2008年,全国热处理加工厂,点总数约16000个,目前热处理加工市场现有服役热处理设备约18万台,其中电炉占90%左右,可控气氛,真空炉,感应炉等缺少氧化设备的占20%以下,多数企业仍主要采用普通箱式炉,井式炉,台车式炉,盐浴炉生产1-20.由于机械产品终端用户不断增长的高要求,产品制造企业和热处理加工企业间的激烈竞争,近代热处理的生产技术有了飞速发展.尤其是作为世界

18、头号大国的美国在制定和实施热处理技术发展路线图,提出能源质量,减排,设备,均匀性和重现性,生产成本和利润等长远目标以及实施一系列高新技术研32昆明冶金高等专科学校2011年9月发项目之后,热处理技术更发生了翻天覆地的变化.在高科技的带动下,出现了一系列计算机模拟软件,例如thermocalc软件包,它是完成多元系统热力学计算的有力工具,足可满足计算机热力学和扩散控制模拟要求的科学软件工具.它能根据材料的化学成分,系统的温度和压力预见所产生的平衡和准平衡状态下的相组成,特别是ssiefficientfuelsystem软件可以监控辐射管中的过剩氧,调节空/燃混合比,使燃烧产物在高温下保持低的氧浓

19、度,减少用于加热空气中氮的废热,从而减少排出nox.利用该软件可实现对物理数据资源的有效利用,做到快速查询,实现对能源,劳动力和材料的有效管理.3结语在铝箔生产过程中主要存在着3个退火过程,即均匀化退火,中间退火以及成品退火,每个退火过程在铝箔的生产中都起着不同的作用.均匀化退火可以使坯料中的不平衡共晶组织在基体中分布均匀,提高坯料的塑性,改善坯料的组织和性能;中间退火可以降低杂质元素si,fe的固溶度,恢复材料的塑性;成品退火则可以使铝箔完全再结晶,除掉成品表面的残油,使其能够自由展开,而且满足客户所需求的机械性能.在生产过程中,合理制定3个退火工艺,对于提高成品率,改善产品质量等有着重要的

20、意义.参考文献:1郑璇.关于铝箔化学成分的探讨j.轻合金加工技术,1993,21(1):18.2张家树.国外铝箔工业概况j.轻合金加工技术,1993,21(1):15.3樊玉庆,程杰.铝箔的机械性能及其改善j.轻合金加工技术,1990,18(9):1115.4schniederw.thequalityneedsofa1tibprealloysforrefinementofgraininaluminum,1998,(1):70.5linnh,changcp,kaopw.theeffectofannealingtemperatureontherecrystallizationkineticsofcommeciallypurealuminumj.metal1.mater.trans.a,1995,26a:2185.6汤爱涛,潘复生,张静.aa1235铝箔坯料退火工艺和显微组织的研究j.轻合金加工技术,1999,27(7):2022,32.7董则防,张安乐,陈峰,等.退火制度对铝箔性能的影响j.热加工工艺,2009,38(24):157158,161.8张