4343铝合金铸轧坯及其热处理工艺研究Word下载.docx
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但该系合金的缺点是含有大量的Si元素,在合金中形成的共晶si呈针状或片状,会严重损害合金强度、塑性等力学性能。
其加工坯料以铸锭热轧工艺为主,鲜少采用连续铸轧供坯。
本文以4343铝合金铸轧坯为研究对象,通过差热分析、金相显微观察、扫描镜及EDS分析,对其铸轧组织和均匀化退火工艺进行了实验研究。
分析4343铝合金铸轧组织的特点,并对其退火方案下的样品进行试验分析,优化4343铸轧板坯的退火工艺,满足冷轧成形工艺的要求。
主要进行了如下实验:
1、对4343铝合金进行差热分析,确定其退火温度界限。
2、对4343铝合金铸轧坯同一板面的不同位置取样,通过光学显微镜对其铸轧态组织的形貌、分布对比,确定铸轧板坯的质量对铸轧板料热处理制度及中间退火工艺的影响。
3、对板材进行多块取样,在马弗炉中进行不同制度的均匀化退火,以确定合理的均匀化退火工艺。
4、通过扫描电镜对不同均匀化退火制度下的样品的化合物分布、形态、大小进行观察,确定在不同退火制度下的化合物对铸轧板料质量和性能的影响。
结果表面:
4343铸轧坯在同一板面不同部位,由于冷却强度的差异导致铸轧态组织出现变化,只有通过中间均匀化退火消除板面组织不均产生的影响。
进行不同温度均匀化退火表明,480~520℃/3h的均匀化退火能不同程度地减少铸轧坯组织不均的现象,同时化合物分布较为弥散,化合物形貌以片状的、珊瑚状的α(Al)+Si(共晶)相化合物为主.最佳均匀化退火制度为520℃/3h。
关键词:
4343铝合金铸轧坯退火工艺
Abstract4343seriesAl-Sialloy,thealloyhasexcellentfillingpropertiesandbrazingproperties.Currently,countriesusuallyuseAl-sialloyorAl-Mg-Sialloyasafluxandbrazingfoilcladdingmaterial.However,thedisadvantageofalloycontainingSiinalargenumberofelementsinthealloytoformeutecticsiacicularorflake,willseriouslydamagethealloystrength,ductilityandothermechanicalproperties.Itsprocessingtoingotbillethotrollingprocessbased,rarelyusedforcontinuouscastingbillet.Inthispaper,4343aluminumbilletcastingastheresearchobject,bydifferentialthermalanalysis,metallographicmicroscope,scanningmicroscopyandEDSanalysisofitsorganizationandhomogenizationcastingprocesswasinvestigatedexperimentally.Analysisof4343aluminumalloycastingcharacteristicsoftheorganization,anditsannealedsamplestestedundertheprogramanalysis,optimization4343castingslabannealing,coldformingprocesstomeettherequirements.
Mainexperimentwereasfollows:
1.4343aluminumalloyfordifferentialthermalanalysistodeterminetheupperlimitoftheannealingtemperature.
2.Thedifferentlocationofsamplingof4343aluminumalloycastingbilletwithasurfacemorphology,opticalmicroscope,bycomparingthecastingmicrostructureonitsdistribution,todeterminetheeffectofcontinuouscastingslabqualityofcastingandrollingplatematerialheattreatmentsystemandintermediateannealingprocess.
3.Forapluralityofsamplingonsheet,homogenizingannealingsystemweredifferentinthemufflefurnace,todetermineareasonablehomogenizingannealingprocess.
4.byscanningelectronmicroscopyofdifferenthomogenizingannealingsystemsamplecompounds,morphology,sizedistributionwereobserved,todeterminetheinfluenceofcompoundindifferentannealingsystemoncastingqualityandpropertiesofrolledsheet.
Theresultsshowedthat:
4343castingbilletindifferentpartsofthesamesurface,becauseofthedifferenceofcoolingintensityleadstocastingmicrostructurechange,onlythroughthemiddleofhomogenizingannealingtoeliminatetheinfluenceofunevensurfacetissueproduced.Differenttemperaturehomogenizationannealingshows,homogenizingannealingof480~520℃/3hcanevidentlyreducecastingorganizationrolledbilletinequality,whilecompounddistributionismoredispersed,compoundmorphologytoflake,coralalpha(Al)+Si(eutectic)compound.Theoptimumhomogenizingannealingsystemis520℃/3h.
Keywords:
4343aluminumalloycastingbilletrollingannealingprocess
引言…………………………………………………………………………………………6
第一章绪论………………………………………………………………………………6
1.1铝及铝合金的分类……………………………………………………………………7
1.1.1铝的基本性质……………………………………………………………………7
1.1.2铝硅合金的成分、组织、性能…………………………………………………7
1.1.3铝合金的应用……………………………………………………………………9
1.2铝合金铸轧工艺……………………………………………………………………10
1.2.1铝合金铸轧工艺的特点…………………………………………………………10
1.2.2铝合金铸轧研究现状……………………………………………………………11
1.3铝合金的热处理及工艺……………………………………………………………11
1.3.1热处理目的………………………………………………………………………11
1.3.2退火处理…………………………………………………………………………12
1.3.3固溶处理…………………………………………………………………………12
1.3.4时效处理…………………………………………………………………………12
1.4铝硅合金的变质工艺的研究…………………………………………………………13
1.4.1钠(Na)变质……………………………………………………………………14
1.4.2锶(Sr)变质……………………………………………………………………14
1.4.3锑(Sb)变质……………………………………………………………………15
1.4.4稀土变质…………………………………………………………………………15
1.4.5复合变质…………………………………………………………………………16
1.4.6快速冷却变质……………………………………………………………………16
1.4.7其他变质方法……………………………………………………………………17
1.5本论文的主要研究内容及研究意义…………………………………………………17
第二章实验内容………………………………………………………………………18
2.1实验材料的制备………………………………………………………………………18
2.2差热分析DSC…………………………………………………………………………18
2.3实验方案………………………………………………………………………………19
2.4金相实验………………………………………………………………………………19
2.5扫描电镜及能谱分析…………………………………………………………………19
第三章实验结果及分析………………………………………………………………20
3.1腐蚀前铸轧坯金相组织形貌观察……………………………………………………20
3.2腐蚀后铸轧坯金相组织形貌观察……………………………………………………21
3.2.1均匀化退火前铸轧坯组织………………………………………………………22
3.2.2均匀化退火后组织观察…………………………………………………………23
3.3扫描电镜下析出物具体形貌分析……………………………………………………26
3.4铸轧坯退火制度对铸轧工艺的影响…………………………………………………27
3.5铸轧坯退火前后组织形貌对轧制性能的影响………………………………………27
第四章结论………………………………………………………………………………29
致谢…………………………………………………………………………………………30
参考文献……………………………………………………………………………………31
引言
随着汽车行业的飞速发展,轿车及运输车等对空调装置也提出了越来越高的要求。
空调装置已从独立的散热器与制冷装置,演变成现在能够选择内、外气并能调节湿度的一体式装置。
热交换器是汽车空调系统的重要部件,主要包括暖气装置的散热器和冷凝装置的冷凝器和蒸发器。
铝合金具有较高的机械强度和抗腐蚀性能,在冷凝器的制造行业中,铝制冷凝器正在逐步取代原有的不锈钢和铜制冷凝器。
这种冷凝器广泛应用于汽车及运输车等发动机水冷以及中型空调的冷却,是保证正常工作的关键部件之一,因此焊接质量尤其重要。
复合铝合金材料因其独特的优点逐渐应用到冷凝器的制造中,这又对其焊接提出了新的要求,本文就是来研究汽车冷凝装置上的热交换器钎焊层中广泛应用的4343铝合金。
做为一个包覆层要具有低熔点,凝固范围窄,流动性好,优良的耐蚀性等优点,还要有利于焊缝凝固时的补缩和减少裂纹等。
第一章:
绪论
1.1铝及铝合金的分类
纯铝具有优良的导电、导热、抗腐蚀性能好,尤其是铝合金密度小、力学性能好,因此广泛的应用于交通、机械、化工、建筑等行业。
合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。
形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。
不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。
可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能,它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。
图1铝及铝合金分类
一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能,物理性能和抗腐蚀性能。
铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金,铝铜合金,铝镁合金,铝锌合金和铝稀土合金,其中铝硅合金又有简单铝硅合金(不能热处理强化,力学性能较低,铸造性能好),特殊铝硅合金(可热处理强化,力学性能较高,铸造性能良好)。
1.1.1铝的基本性质
铝的化学符号为A1,原子序数13,原子量26.981539,属周期系IIIA族。
在地壳中的含量为8%,仅次于氧和硅。
它广泛分布于岩石、泥土和动、植物体内。
岩石中的铝主要以硅酸的形式存在。
铝为银白色的轻金属,熔点660.37°
C,沸点2467°
C,相对密度2.702。
铝为面心立方结构【1】。
纯铝较软,其强度依赖于它的纯度。
铝具有良好的延展性。
硅、铜、铁、锌、锡、镁、锰等金属易溶于熔融铝中形成相应的合金;
氢是能溶于铝中的唯一气体,其溶解度随温度升高而增大,但在金属凝结时接近于零。
铝具有良好的导电性和导热性。
纯铝的电导率是退火铜的64%。
温度在50k以下时电阻率小于极纯的铜和银,在1.2K以下可变为超导体。
1.1.2铝硅合金的成分、组织、性能
铝硅二元合金具有简单的共晶型相图,共晶成分在Si12.6%,亚共晶成分在Si1.65%,共晶成分为α(Al)和β(Si)两种相,亚共晶合金组织由α(Al)+共晶体(α+β),过共晶体由β(Si)+共晶体(α+β)。
由于结晶硅带入微量磷使亚共晶合金中出现初晶硅,并使共晶硅形成粗大的斑片状。
由Al-Si二元相图,含Si16%-18%处有流动峰值。
图2铝硅合金相图
共晶型Al-Si二元合金铸造性能优良,但力学性能不高,故只能用于压铸、挤压铸造等高速冷却的铸造方法;
对于低速冷却的铸造方法必须进行变质处理,细化共晶硅,以获得足够的力学性能。
铝与共晶硅的切削性能不好,除了进行变质处理,细化共晶硅、初晶硅,还可加入铋、铅等易切削元素。
对于砂型铸造,石膏型铸造等冷却速度慢的铸造方法,必须进行变质处理,细化共晶硅,以获得足够的力学性能。
细化共晶硅的变质处理不能同时细化初晶硅,对于有大量初晶硅的过共晶合金,必须采用加磷细化初晶硅,提高力学性能。
铝的塑性大,切削时需消耗很大的功,随硅量增加,共晶体增多,切削功可减小,但共晶硅硬度高,易磨损刀具,尤其是有粗大初晶硅的过共晶合金,刀具磨损更严重,被加工的表面很毛糙。
为改善切削加工性能,除进行相应的变质处理,细化共晶硅、初晶硅外,可加入铋、铅等易切削元素;
对过共晶合金可采用镶嵌钻石刀具,选择最佳切削速度和合适的切削液等,也能获得光洁的加工表面。
综上所述,为了兼顾合金的各种服役性能和工艺性能,铝硅类合金的含硅量一般为7%-12%。
1.1.3铝合金的应用
铝合金仍然保持了质轻的特点,但机械性能明显提高。
铝合金材料的应用有以下三个方面:
一是作为受力构件;
二是作为门、窗、管、盖、壳等材料;
三是作为装饰和绝热材料。
利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点,制成各种装饰品。
铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工,制成各种装饰板材、型材,作为装饰材料。
铝合金具有密度小,导热性好,易于成形,价格低廉等特点,已广泛应用与航空航天、交通运输、轻工建材等部门,是轻金属中应用最广、用量最多的合金。
随着电力工业的发展和冶炼技术的突破,其性价比大为提高,目前交通运输业已成为铝合金材料的第一大用户。
随着交通运输业现代化进程的加快,铝及铝合金材料在交通运输航空航天和汽车三大领域的应用将日益增加。
铝合金是亚音速飞机的主要用材,目前民用飞机结构上的用量为70%-80%,其中仅铝合金柳丁一项,每架飞机就有40-150万个;
据波音飞机公司的统计,制造各类民用飞机31.6万架,共用招材7100千吨,平均每架用铝2吨。
铝制零部件在先进军用飞机中的比例虽低一些,但仍占其自身总质量的40%-60%。
据预测,2010年全球航空航天铝材的消费量可达60万吨,年平均增长率为4.5%。
汽车用铝合金材料的3/4为铸造铝合金,主要是发动机部件,传动系部件和地盘行走系零部件。
变形铝合金主要用于热交换器系统,车身系部件。
预计10年内95%的气虹盖和50%的轿车发动机汽缸将用铝合金制造,轻型货车目标分别达到60%和25%水平。
铝基复合材料在某些范围内代替铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料,用于汽车关键零件,特别是高速运动的零件,对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等方面具有非常积极的作用,在汽车领域有着良好的应用前景【2】。
1.2铝合金的铸轧工艺
连续铸轧将铝带材成形工艺中的铸造和轧制合二为一,很大程度上缩短了生产流程和生产周期,已经成为铝加工生产带坯的主要方式之一。
铸轧过程中金属从熔融状态经两个相向旋转并通有内部循环冷却水的轧辊在35—95mm的铸轧区内,0.1~1.0s左右的时间里面强制冷却而凝固结晶,最后被轧制成形。
图3铸轧生产工艺流程图
1-除气系统;
2-过滤系统;
3-液面控制系统;
4-铸嘴;
5-铸轧机;
6-喷涂系统;
7-剪切机;
8-板卷;
图4铸轧示意图
1.2.1铝合金的铸轧特点
铝合金铸轧工艺是把熔融金属通过铸嘴浇入铸轧辊之间,在辊缝中完成浇铸、冷却、结晶、凝固、轧制和出坯这一系列的工艺过程【3】。
该技术的特点是金属凝固和轧制变形同时进行,液态金属在结晶凝固时同时承受压力加工和塑性变形,在很短时间内完成从液态金属到固态薄带的全部过程【4】。
相对于传统的生产工艺,双棍铸轧具有下列优点:
(1)简化了生产工序,减少了废料重溶,节省大量能源,成材率高;
(2)设备简单集中,投资少,占地面积小,建造速度快,生产成本低;
(3)可连续稳定地进行生产,简化了生产工艺,缩短了生产周期,生产效率大大提高,且便于实现自动化;
(4)液态金属在双辊铸轧过程中实现了快速凝固,促进了亚稳相的形成,扩大固溶度,细化了组织,从而大大改善了材料性能;
(5)此外,利用薄带铸轧技术的快速凝固特点,还可以生产出传统工艺难以礼制的材料以及具有特殊性能的新材料。
1.2.2铝合金的铸轧研究现状
铝合金铸轧技术工艺方案因结晶器的不同而分为辊式、带式与辊带式等,其中研究最多、进展最快、最具发展前途的当属双辊薄带铸轧技术【4】。
早在1846年,英国人亨利·
贝塞麦(HenryBessemer)首次提出了从旋转着的两个轧辊上方辊缝注入金属溶体生产铸坯的设想,它是铸造、凝固和轧制过程同时在一台轧机上一次完成的无锭轧制模型,但经过多年的努力都未获成功。
从那时起,双辊铸轧金属的工业化生产一直是各国金属工作者梦寐以求的目标【5】。
二十世纪50年代美国亨特·
道格拉斯(HunterDouglas)公司和法国彼涅公司最先研制出双辊式铸轧机,并首次成功的铸轧了铝带坯,到1990年世界上约有20%的铝轧制产品的坯料是由铸轧法生产出来的,如今双辊式铸轧已经成为生产薄铝板的主要方法之一【6-9】。
自从1956年美国哈兹利特(Hazelett)公司双辊带式连续铸造机成功地生产出了可连续进行热轧的厚带坯后,有许多的学者将目光投向了钢材、铝镁轻合金的双辊铸轧生产当中,以便用更快的速度生产更高质量的薄带,目前,己经能运用该技术在实验室或工厂中铸轧厚l-3mm的不绣钢、硅钢、高速钢薄带【3】。
1.3铝合金的热处理及工艺
1.3.1热处理目的:
热处理的目的大致有以下几个方面:
(1)充分提高铸件的机械性能,保证一定的塑性,提高合金抗拉强度和硬度,改善合金的切削加工性能等;
(2)消除由于铸件壁厚不均匀、快速冷却等所造成的内应力;
(3)稳定铸件的尺寸和组织,防止和消除因高温引起相变产生体积胀大现象;
(4)消除偏析和针状组织,改善合金的组织和机械性能。
1.3.2退火处理
退火:
产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。
通过原子扩散、迁移,使之组织更加均匀、稳定,内应力消除,可大大提高材料的塑性,但强度会降低。
(1)铸锭均匀化退火:
在高温下长期保温,然后以一定速度(高、中、低、慢)冷却,使铸锭化学成分、组织与性能均匀化,可提高材料塑性20%左右,降低挤压力20%左右,提高挤压速度15%左右,同时使材料表面处理质量提高。
(2)中间退火:
又称局部退火或工序间退火,是为了提高材料的塑性,消除材料内部加工应力,在较低的温度下保温较短的时间,以利于续继加工或获得某种性能的组合。
(3)完全退火:
又称成品退火,是在较高温度下,保温一定时间,以获得完全再结晶状态下的软化组织,具有最好的塑性和较低的强度。
1.3.3固溶处理
固溶淬火处理:
将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间,使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中,形成过饱和固溶体,然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温,它是一种不稳定的状态,因处于高能位状态,溶质原子随时有析出的可能。
但此时材料塑性较高,可进行冷加工或矫直工序。
(1)在线淬火:
对于一些淬火敏感性不高的合金材料,可利用挤压时高温进行固溶,然后用空冷(T5)或用水雾冷却(T6)进行淬火以获得一定的组织和性能。
(2)离线淬火:
对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间,然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中,以获得一定的组织和性能,根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。
1.3.4时效处理
时效:
经固溶淬火后的
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