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1、美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,铝的制造技术：变形与退火,美铝亚洲合金与产品技术培训 中国渤海 2006年2月28日 3月2日,朗斯 博士 /桑德斯 博士 美铝技术中心 美国宾州 美铝中心,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,铝的加工过程,铸锭 金属处理 铸造 均匀化/ 预热 热轧 冷轧 退火,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,变形铝合金的加工,无论产品种类如何，其目的都是在可接受的成本范围内，获得稳定可重复满足客户性能需要的微观组织结构。 冶金工作者通过控制化学成分、铸造、热处理、机械处理以得到所需的微观结构。 控制晶粒结构 加工硬化与不完全退
2、火 人工时效,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,热轧 温度的影响,为什么需要热变形? 流变应力更小，能耗更低 可加工性提高，通过锻造或挤压工艺能加工出形状复杂的产品,与其它金属相比，铝合金的一个主要优势是能够被加工成各种不同形状的产品。 热变形包括轧制（板、带、箔）、挤压（线、棒、条、管、型材等）或锻造。,压力 (MPa),真应变,板坯连铸3004合金，应变速率0.1/秒,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,铸态晶粒的变形,晶粒沿着加工方向发生变形。最终产品有可能保持这种变形后的晶粒结构，这种情况称作“未发生再结晶”，也有可能在热变形或者热处理过程中发生再结晶（自
3、然或人为地）。,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,再结晶,再结晶 从变形晶粒中的晶核上形成无应变新晶粒的过程。 有可能发生在: 后续热变形过程中 退火或时效处理中 其驱动力是冷加工或热加工过程中储存的应变能。,(来源: D. Altenpohl, 从内部看铝合金, Aluminium-Verlag, 杜塞尔多夫, p. 133, 1982),美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,热变形,在热变形过程中，有四个过程将同时发生 应变强化 通过回复或再结晶释放应变能 弥散物形成 溶质析出 有可能发生再结晶 晶粒和颗粒按照变形方向排列 对热变形过程进行控制是保证产品一致性的
4、关键 轧制产品: 前端到后端, 边缘-中心-边缘以及厚度方向 挤压件: 前端到后端，不同位置,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,不可热处理铝合金轧制产品,热轧过程将主要影响：表面质量、尺寸公差、整体性质 轧制产品主要是不可热处理铝合金 1xxx, 3xxx, 5xxx 铸造设备和加工过程各不相同 热轧参数（温度、应变量、延迟时间）必须被严格控制以控制 晶粒尺寸 某些产品中出现择优取向和制耳,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,不可热处理铝合金的加工流程,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,操作流程中需考虑的问题 将有助于确定何时何步骤需要退火,对最终
5、产品的要求是什么? 最终厚度、平整度、热处理状态、表面、尺寸公差 晶粒尺寸与制耳率 热轧机或铸轧机的生产能力如何? 出口厚度、合金类型 热轧 出口温度 冷轧机的瓶颈在哪里? 单机架或多机架 压下量 (功率) 出口温度 表面质量 有哪些精整设备可供使用？ 纵切, 剪边, 矫直, 涂油, 清洗,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,可逆式热轧机开坯,连轧到指定厚度,完成的热轧带卷,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,晶体学织构与制耳,某些/很多再结晶晶粒具有立方织构取向,注: 对于面心立方结构的铝，晶格的立方体面平行于铝板表面，棱平行于轧制方向，因此会产生立方织构。,影响
6、织构和制耳的因素： 成分 均匀化 压下量和温度 退火,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,冷轧薄板和铝箔,热轧后，继续减小产品厚度，直到达到最终厚度 对厚度和平整度的公差要求极高 需要很高的表面质量,以Warrick 2号冷轧机为例的多机架冷轧机示意图,在单机架冷轧机出口处进行盘卷,多机架轧机,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,冷轧过程中晶粒结构变形过程,热轧后,40% (e=0.53),69% (e=1.16),77% (e=1.49),83% (e=1.78),90% (e=2.26),Warrick工厂,5182合金,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，200
7、6年2月,在黎巴嫩工厂生产的不完全退火产品*,1100 或 7072 双辊铸轧到 5mm 轧到 2.5mm 在575C均匀化 轧到 0.8mm 裁边 轧到 0.075-0.25mm 不完全退火 剪切 包装,3003 双辊铸轧到 5mm 在575C均匀化 轧到1mm 裁边 轧到0.06-0.25mm 不完全退火 剪切 包装,*来源于R. N. Zook在Lancaster工厂的培训资料,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,不完全退火状态 (H2x),必须控制薄板或铝箔的性能以达到在H19和 完全软化之间的状态 与H12-H15相比，H22- H25不仅具有较高的强度，而且具有更好的
8、成型性 成型性对于冲压或拉制产品来说很重要（如机械装配的热交换器翅片） 但是 如果不对加工过程进行精确控制的话，产品将不是太硬（成型性差）就是太软（报废）,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,为什么要用H2x状态?,对于H28 (和 H27)，不完全退火将减少成型后的回弹效应 回弹效应是指材料弯曲后具有的恢复原来形状的趋势 回弹效应可以通过抗拉强度和屈服强度之间的差值来估测 回弹效应将引起轧制散热器翅片中，翅片排列密度和长度的不一致 (中部的翅片，或翅片中部) 与轧制H1x状态相比，不完全退火将提高工厂的机动灵活性 不需要中间退火,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月
9、,通过铸轧机制造的1100合金带材的不完全退火曲线 (厚度约0.010 mm),A,B,C,D,A,B,D,C,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,205,225,245,265,285,305,325,345,365,385,405,425,445,465,485,505,525,545,565,585,605,625,645,665,685,705,抗拉强度,屈服强度,%延伸率,强度下限,强度上限,1100-H22 屈服强度,温度（F）,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,黎巴嫩工厂生产的H2x产品,机械装配散热片 1100-H25 7072-H25 (1
10、100-H22) 钎焊散热片 C300-H28 3003-H24 C300-H24 变形容器 3003-H24,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,对于连铸产品，不完全退火的关键要素,确定不完全退火的曲线形状 以及不同卷之间曲线形状的变化 确定不完全退火曲线中关键点的位置 (再结晶温度) 以及不同卷之间曲线形状的变化 明确温度,以及在各温度点上时间的敏感性 通常情况下，需要对温度进行较粗略控制，而需对时间进行精确控制,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,黎巴嫩工厂的不完全退火生产情况,1100 或 7072 双辊铸轧到 5 mm 轧到 2.5 mm 在575C均匀化
11、 轧制到 0.8mm 剪边 轧到 0.075-0.25 mm 不完全退火 剪切 包装,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,黎巴嫩工厂的3003合金,通过铸轧工艺得到的3003,合金的不完全退火曲线,0.07到0.11毫米,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,210,230,250,270,290,310,330,350,370,390,410,430,450,470,490,510,530,550,570,590,610,630,650,670,690,710,50度的退火温度操作窗口,3003-H24 屈服强度,抗拉强度,屈服强度,%延伸率,强度下限,强度上
12、限,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,黎巴嫩工厂的3003合金,铸造一致性十分重要 表面的再结晶温度可能与中心部分的再结晶温度不同,通过铸轧工艺得到的部分退火铝箔的表面晶粒结构,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,普通合金的不完全退火： 黎巴嫩工厂的最优方法,热处理炉 良好的维护 装货量 认真控制入炉的卷带尺寸 周期 时间和温度的交替控制 温度测量 保持一致性的关键,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,必须保证装货量的一致性,起始温度必须保持一致 从轧机上刚轧完的卷带和室温下的盘卷的温度不同 每次入炉的卷带数量必须和炉温测量结果相协调 每个卷带的尺寸
13、、宽度和重量 (外径) 黎巴嫩的范围是最宽宽度的10%和最大重量的20% 最大的卷带在最热的位置 在黎巴嫩工厂，最大的卷带在炉膛的最里面 在轧机的卷轴侧壁上安装了炉料热电偶 炉料热电偶安装在炉膛最里面的卷料上，远离循环热气流,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,周期,温度,净化,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,不完全退火的周期 “粗略控制温度精确控制时间”,净化 某些时候不完全退火温度比净化温度更低 热位差 控制热位差温度，使其低于80C 当金属达到保温温度时，使热位差降到0 防止外径软化 不得炉冷,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,温度测量,冶
14、金学上,保温起始于均温区金属温度在目标温度的+1.5C或-3C范围内的时候 (没有单独的热电偶时，比目标温度低 8F时) 每个单独的热电偶都不得超过目标温度1.5C 在保温过程中，均温区的每两块金属之间的温差应在2C以内 不能将所有的热处理炉视为完全相同的炉子。每个炉子必须有单独的温度测量系统,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,温度测量,所有炉膛区进入保温过程的时间差必须在1小时之内。 所有区域的保温时间必须在四小时到五小时之间。 对于温控测量载荷,最短和最长的循环时间。 不仅要注意温控和炉料热电偶的温度，而且要注意生产出的产品的实际性能。,美铝公司产品与技术培训 中国渤海，2006年2月,总结: 不完全退火,在不完全退火中，保证金属温度均匀是成功的关键 卷带尺寸, 热位差, 卷带在炉中的位置 “了解你的炉子” 保证上游工序的一致性是至关重要的 保证成分、均匀化、冷加工的一致性 与实验室的不完全退火同时监测,
